Некоторые вопросы о расширений вселенной и постоянной хаббла

Применение в астрономии

Модель Большого взрыва

Благодаря открытию Хабблом красных спектральных смещений, в астрономии появилось доказательство динамичной и постоянно расширяющейся Вселенной. Ученый создал закон, согласно которому стало очевидным, что в космическом пространстве существует какая-то структурная субстанция, влияющая на распространение галактик в разные стороны. Если бы космические образования двигались только по инерции и повинуясь гравитации, то можно было бы со временем наблюдать их замедление. Поскольку галактики продолжают разбегаться с ускорением, то на них действует некая разгоняющая сила, получившая определение темной энергии.

Пользуясь законом Хаббла, можно с достаточной точностью определять расстояния от Земли до самых дальних квазаров и галактик.

История открытия

График из оригинальной работы Хаббла 1929 года

В 1913—1914 годах американский астроном Весто Слайфер установил, что Туманность Андромеды и ещё более десятка небесных объектов движутся относительно Солнечной системы с огромными скоростями (порядка 1000 км/с). Это означало, что все они находятся за пределами Галактики (ранее многие астрономы полагали, что туманности представляют собой формирующиеся в нашей Галактике планетные системы). Другой важный результат: все исследованные Слайфером туманности, кроме трёх, удалялись от Солнечной системы. В 1917—1922 годах Слайфер получил дополнительные данные, подтвердившие, что скорость почти всех внегалактических туманностей направлена прочь от Солнца. Артур Эддингтон на основе обсуждавшихся в те годы космологических моделей Общей теории относительности предположил, что этот факт отражает общий природный закон: Вселенная расширяется, и чем дальше от нас астрономический объект, тем больше его относительная скорость.

Вид закона для расширения Вселенной был установлен экспериментально для галактик бельгийским учёным Жоржем Леметром в 1927 году, а позже — знаменитым Э. Хабблом в 1929 году с помощью 100-дюймового (254 см) телескопа, который разрешает ближайшие галактики на звезды. Среди них были цефеиды, используя зависимость «период-светимость» которых, Хаббл измерил расстояние до них, а также красное смещение галактик, позволяющее определить их радиальную скорость.

Полученный Хабблом коэффициент пропорциональности составлял около 500 км/с на мегапарсек. Современное значение составляет 67,80 ± 0,77 км/с на мегапарсек. Столь существенную разницу обеспечивают два фактора: отсутствие поправки нуль-пункта зависимости «период-светимость» на поглощение (которое тогда ещё не было открыто) и существенный вклад собственных скоростей в общую скорость для местной группы галактик.

Великий Эдвин

Многие астрономические константы со временем корректируются, появляются новые открытия. Но все они не идут в сравнение с Законом расширения Вселенной. Знаменитого астронома XX века Хаббла (со времен Коперника равных ему не было!) ставят в один ряд с основателем экспериментальной физики Галилео Галилеем и автором новаторского вывода о существовании звездных систем Уильямом Гершелем.

Еще до того, как был открыт закон Хаббла, его автор стал членом Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки, позже академий в разных странах, имеет множество наград. Многие, наверное, слышали про то, что свыше десяти лет назад выведен на орбиту и успешно действует космический телескоп «Хаббл»

Это имя носит кратер на луне, одна из малых планет, вращающихся между орбитами Марса и Юпитера (астероид).

Будет не совсем справедливо утверждать, что астроном только и мечтал об увековечивании своего имени, но есть косвенные свидетельства того, что Эдвин любил привлечь внимание. Сохранились фото, где он весело позирует рядом с кинозвездами

Чуть ниже мы расскажем о его попытках «зафиксировать» достижение на лауреатском уровне, еще и таким образом войти в историю космологии.

Синее смещение

Есть и противоположный красному смещению эффект – синее смещение. Такое название дали явлению, при котором линии видимого электромагнитного излучения в спектрах далеких галактик характеризуются сдвигом к коротковолновому концу. Этот феномен тоже объясняется движением источника излучения, только в этом случае он становится не дальше, а ближе. Существуют модели Вселенной, где ее эволюционное развитие на отдельной стадии предполагает, что свободная электромагнитная волна испытывает космологическое синее смещение.

Исследуя удаляющиеся объекты, теоретически астрономы сталкиваются только с красным смещением, но некоторые квазары и радиогалактики образуют направленные в нашу сторону джеты – лучи, преодолевающие большие расстояния. Эта струя вещества набирает скорость, приближающуюся к световой. И тогда в соответствии с доплеровским эффектом наблюдатель обнаруживает «посинение» спектра. Однако последнее не свидетельствует о приближении, так как по причине расширения при всей своей скорости джеты «улетают» в противоположную сторону.

Фотографии квазара GB1508+5714, сделанные в оптическом и рентгеновском диапазонах телескопом «Чандра» / NASA/STScI/CXC/SAO/A.Siemiginowska

Пример такого явления ученые нашли в квазаре GB1508+5714, который удаляется от нашей галактики со скоростью, превышающей световую в 1,13 раза, и имеет красное смещение 4,3. Джет этого объекта направлен на смотрящего с Земли, но скорость его частиц не достигает световой, поэтому расстояние между наблюдателем и квазаром неминуемо увеличивается, а не сокращается.

Обнаружен Космос

Хаббл использовал метод Шепли для измерения расстояния до переменной звезды. Оказалось, что оно исчисляется миллионами световых лет от Земли, что находится далеко за пределами Млечного Пути. Сама галактика содержит миллионы звезд. Известная Вселенная резко расширилась в тот же день и – в некотором смысле – был обнаружен сам Космос!

Газета «Нью-Йорк Таймс» писала: «Обнаруженные спиральные туманности являются звездными системами. Доктор Hubbel (так в оригинале) подтверждает мнение, что они похожи на «островные вселенные», похожие на нашу собственную». Открытие имело большое значение для астрономического мира, но величайший момент Хаббла был еще впереди.

Гравитационное красное смещение

Американский астроном Эдвин Хаббл совершил одно из своих величайших открытий совершенно случайно. В 1929 году, работая на 100-дюймовом хейловском телескопе и измеряя спектральные свойства галактик У. Гершеля, он отметил одну любопытную закономерность.

Сами галактики вроде бы были во многом схожи по строению с нашим Млечным путем, но вот спектры ярчайших звезд из этих далеких галактик, заметно отличались от спектров “местных звезд нашей галактики. Все они были характерно “сдвинуты” в более длинноволновую, или красную сторону спектра. Эффект сразу же получил вполне говорящее название – эффект красного смещения.

Вот так и выглядит красное смещение – с Земли мы видим не реальный спектр далекой звезды, а его же, но сдвинутым в красную сторону

Любопытно было также и то, что в пределах одной галактики, красное смещение звезд было как правило примерно одинаковым, но вот для разных галактик оно заметно отличалось.

Вскоре Э.Хабблу удалось установить закономерность: величина красного смещения прямо пропорциональна расстоянию до галактики.

Иными словами – чем больше эффект красного смещения, тем дальше от нас находится наблюдаемая галактика. Развивая эту идею, Эдвин Хаббл пришел к тому, что сейчас нам известно как закон Хаббла, выражающийся формулой:

где: c – скорость света, z – величина красного смещения, r – расстояние до галактики, а H – постоянная Хаббла (70 (км/с) · Мпк−1.).

Интересно, что закон Хаббла можно подвергнуть довольно занятной проверке – зная, что все пространство “в начале времен” было сжато в одну точку и оценив величину красного смещения для самых удаленных объектов, можно было бы рассчитать теоретический возраст нашей вселенной (т.н. Хаббловский возраст вселенной).

Хаббловский возраст вселенной в итоге почти точно соответствует “стандартному возрасту” вселенной, рассчитываемому по космологической модели Фридмана.

Как далеко, как быстро?

Даже сегодняшние астрономы используют переменные звезды, цефеиды, для того чтобы оценить скорость расширения нашей локальной вселенной. Главная их цель — точное измерение постоянной Хаббла. А для этого нужно знать расстояние до какого-либо объекта и величину его скорости, или красного смещения. Красное смещение несложно измерить по атомным спектрам. Частоту определенного атомного перехода в свете звезды можно сравнить с нею же, но полученной в лаборатории, разница между ними и даст величину красного смещения. Расстояния определять труднее, поскольку для этого необходимо наблюдать за некоторым небесным телом, для которого известна его длина или истинная яркость, «стандартная свеча».

Способов определения астрономических расстояний существует немало. Способ цефеид хорошо работает для ближних галактик, в которых еще можно различить индивидуальные звезды. Однако на расстояниях много больших необходимы другие методы. Они существуют, и все их можно объединить, соорудив гигантскую измерительную линейку, или «шкалу расстояний». Однако, поскольку каждый метод имеет свои особенности, точность этой расширенной шкалы все еще оставляет желать лучшего.

Ныне постоянная Хаббла известна с точностью около 10%, за что следует благодарить главным образом наблюдения за галактиками и космическим микроволновым фоновым излучением, проведенные космическим телескопом «Хаббл». Расширение вселенной началось с породившего ее Большого взрыва — вот с тех пор галактики и разлетаются. Закон Хаббла позволяет установить предельный возраст вселенной. Поскольку она постоянно расширяется, можно проследить этот процесс вспять, к начальной точке. Получается 14 миллиардов лет. По счастью, скорости расширения не достаточно для того, чтобы порвать вселенную на куски. На самом-то деле космос точно сбалансирован, полностью разорваться он не может и содержит массу достаточную, чтобы со временем начать сжиматься в точку.

Последние прорывы

На фотографии — звезда RS Кормы, которая является цефеидой

Совсем недавно в сфере измерения межзвездных расстояний был отмечен значительный прогресс, который связан с использованием космического телескопа названого в честь Э.Хаббла (Hubble Space Telescope, HST). С помощью, которого идет осуществление проекта поиска цефеид отдаленных от нас галактик. Одна из целей проекта это более точное определение постоянной Хаббла, лидер всего проекта Венди Фридман и ее сослуживцы дают ей оценку 0.7, в отличии от принятой 0.55 ещё самим Эдвином. Так же телескопом Хаббл ведет поиск сверхновых типа la на космических расстояниях и определением возраста Вселенной.

Константа

Некоторые ученые, объясняя природу цефеидов, сравнивают их с надувными резиновыми мячами. Они то увеличиваются, то уменьшаются, то приближаются, то отдаляются. Лучевая скорость при этом колеблется. При сжатии температура «путешественниц» увеличивается (хотя поверхность уменьшается). Пульсирующие звезды представляют собой необычный маятник, который, рано или поздно, остановится.

Как и остальные туманности, Андромеда охарактеризована ученым, как островное вселенское пространство, напоминающее нашу галактику. В 1929 году Эдвин обнаружил: лучевые скорости галактик и их расстояния взаимосвязаны, линейно зависимы. Был определен коэффициент, выражаемый в км/с на мегапарсек (Мпс). Это так называемая постоянная Хаббла. Расширяется Вселенная – меняется константа. Но в конкретный момент во всех точках системы мироздания она одинакова. В 2016 году – 66,93 ± 0,62 (км/с)/Мпк.

Представления о системе мироздания, продолжающей эволюцию, расширяющейся, тогда получили наблюдательную основу. Процесс активно изучался астрономом до самого начала Второй мировой войны. В 1942 году он возглавил Отдел внешней баллистики на Абердинском испытательном полигоне (США). Разве об этом мечтал сподвижник, пожалуй, самой загадочной науки на свете? Нет, ему хотелось «расшифровывать» законы потаенных уголков далеких галактик! Что касается политических взглядов, то астроном открыто осуждал лидера Третьего рейха Адольфа Гитлера. На исходе своей жизни Хаббл прослыл мощным противником применения оружия массового поражения. Но вернемся к туманностям.

Материалы по теме

Горизонт событий

Главное значение закона Хаббла для астрономии заключается в том, что он подтверждает постулат: Вселенная постоянно расширяется. Вместе с этим закон Хаббла служит дополнительным подтверждением теории Большого взрыва, ведь, как считают современные ученые, именно Большой взрыв послужил толчком для расширения «материи» Вселенной.

Закон Хаббла позволил выяснить также, что Вселенная расширяется во всех направлениях одинаково. В какой точке космического пространства не оказался бы наблюдатель, если он посмотрит вокруг себя, он заметит, что все объекты вокруг него одинаково от него удаляются. Наиболее удачно этот факт можно выразить цитатой философа Николая Кузанского, который еще в XV веке сказал: «Любая точка есть центр Безграничной Вселенной».

При помощи закона Хаббла современные астрономы могут с высокой долей вероятности просчитывать положение галактик и скоплений галактик в будущем. Точно так же с его помощью можно вычислить предположительное месторасположение любого объекта в космическом пространстве, спустя определенное количество времени.

Открытие закона

Возраст и будущее Вселенной может быть определено путем измерения постоянной Хаббла

Предпосылкой к открытию закона Хаббла был целый ряд астрономических наблюдений. Так, в 1913 году американский астрофизик Вейл Слайдер обнаружил, что Туманность Андромеды и несколько других огромных космических объектов движутся с большой скоростью, относительно Солнечной системы. Это дало ученому основание предположить, что туманность – это не формирующиеся в нашей галактике планетарные системы, а зарождающиеся звезды, которые находятся за пределами нашей галактики. Дальнейшее наблюдение за туманностями показало, что они не только являются другими галактическими мирами, но и постоянно удаляются от нас. Этот факт дал возможность астрономическому сообществу предположить, что Вселенная постоянно расширяется.

В 1927 году бельгийский ученый-астроном Жорж Леметр экспериментально установил, что галактики во Вселенной удаляются друг от друга в космическом пространстве. В 1929 году американский ученый Эдвин Хаббл при помощи 254-сантиметрового телескопа установил, что Вселенная расширяется и галактики в космическом пространстве удаляются друг от друга. Используя свои наблюдения, Эдвин Хаббл сформулировал математическую формулу, которая по сегодняшний день точно описывает принцип расширения Вселенной, и имеет огромное значение, как для теоретической, так и практической астрономии.

Генезис закона Хаббла-Леметра

Закон Хаббла-Леметра получил свое название от американского астронома Эдвина Хаббла, который опубликовал его в 1929 году . Это было первое свидетельство расширения Вселенной, общего явления, предсказанного общей теорией относительности, и Большого взрыва, наиболее естественной космологической модели . Хаббл открыл этот закон, наблюдая почти систематическое красное смещение в галактиках, точную природу которых он ранее обнаружил, наблюдая за переменными звездами определенного типа — цефеидами . Эти звезды подвержены изменениям яркости, чьи период связан с абсолютной яркостью в законе, установленный астроном Генриетта Ливитт в начале XX — го века . Таким образом, наблюдение периода изменения цефеид в другой галактике позволило определить их относительное расстояние. Скорость полета этих же галактик была измерена путем наблюдения красного смещения в их спектре, эффект интерпретируется как следствие их движения в полете (см. Эффект Доплера-Физо ).

Именно сравнивая этот сдвиг с расстоянием до этих галактик, он обнаружил линейную связь между ними, о которой было объявлено в 1929 году . По этой причине авторство закона Хаббла-Леметра обычно приписывается Эдвину Хабблу. Однако двумя годами ранее Жорж Лемэтр предсказал существование этого закона, изучив модель, являющуюся результатом общей теории относительности. В своей статье, написанной на французском языке и опубликованной в Annales de la société scientifique de Bruxelles, он ясно указывает, что этот закон, который он предсказал, подтверждается наблюдениями, имеющимися в его распоряжении (в основном, работами Хаббла и Густава Стрёмберга ). Будучи опубликованным на французском языке и переведенным на английский Артуром Эддингтоном после публикации результатов Хаббла (в 1931 году ), этот результат Лемэтра остался незамеченным, тем более что английский перевод его статьи Эддингтона странным образом отрезан от фразы ключ, который устанавливает отношения. Однако с тех пор Марио Ливио доказал, что Лемэтр сам перевел свою публикацию на английский и поэтому подвергся самоцензуре, чтобы избежать споров, связанных с этим открытием, тем самым оставив честь открытия Хабблу.

В октябрь 2018, члены Международного астрономического союза одобряют резолюцию, в которой рекомендуется называть закон Хаббла-Леметра законом, описывающим расширение Вселенной, напоминая о роли, которую сыграл Жорж Леметр в открытии этого закона.

Космический телескоп «Хаббл»

Косми́ческий телеско́п «Хаббл» — автоматическая обсерватория на орбите вокруг Земли, названная в честь Эдвина Хаббла. Телескоп «Хаббл» — совместный проект НАСА и Европейского космического агентства; он входит в число Больших обсерваторий НАСА.

На картинке – фотографии с телескопа «Хаббл»: Трехраздельная туманность. Эта туманность обозначается также M20. Ее можно легко найти на небе с помощью бинокля в созвездии Стрельца. Мощный процесс звездообразования создал не только многоцветие, но и хаос. Красное свечение обусловлено высокоэнергичным излучением, которое возбуждает межзвездный водород. Темные пылевые волокна, пронизывающие M20 , образовались в атмосферах холодных гигантских звезд и в остатках вспышек сверхновых. Пока еще остается неизвестным, какая яркая молодая звезда освещает голубую отражательную туманность. M20 находится на расстоянии 3 тысяч световых лет от нас. Диаметр этой туманности составляет 50 световых лет.

Размещение телескопа в космосе даёт возможность регистрировать электромагнитное излучение в диапазонах, в которых земная атмосфера непрозрачна — в первую очередь, в инфракрасном диапазоне. Благодаря отсутствию влияния атмосферы, разрешающая способность телескопа в 7-10 раз больше, чем у аналогичного телескопа, расположенного на Земле.

На картинке: старт шаттла «Дискавери» с телескопом «Хаббл» на борту.

< Назад
Вперёд >

Примечания

↑ 12
А.В. Засов.,К.А. Постнов. Общая Астрофизика. — Фрязино: Век 2, 2006. — С. 421-432. — 496 с. — ISBN 5-85099-169-7.
Стивен Вайнберг. Космология. — Москва: УРСС, 2013. — С. 21-81. — 608 с. — ISBN 978-5-453-00040-1.
Хаббла закон / Новиков И. Д. // Физика космоса: Маленькая энциклопедия / Редкол.: Р. А. Сюняев (Гл. ред.) и др. — 2-е изд. — М. : Советская энциклопедия, 1986. — С. 709. — 783 с. — 70 000 экз.
Хаббла закон (Физическая энциклопедия. В 5-ти томах)
Edwin Hubble in translation trouble : Nature News
↑ 12 P. A. R. Adeet al . (Planck Collaboration) (22 March 2013). «Planck 2013 results. I. Overview of products and scientific results».Astronomy and Astrophysics1303 : 5062. arXiv:1303.5062. DOI:10.1051/0004-6361/201321529. Bibcode: 2013arXiv1303.5062P. Проверено 2014-06-14.
Ю. Н. Ефремов. Постоянная Хаббла. Архивировано 11 августа 2011 года.

Физическая интерпретация закона Хаббла-Леметра

Если ограничиться применением закона Хаббла-Леметра в локальной вселенной (несколько сотен миллионов световых лет), то вполне возможно истолковать закон Хаббла-Леметра как движение галактик в пространстве. Однако, поскольку закон устанавливает кажущуюся скорость удаления, пропорциональную расстоянию, его экстраполяция приводит к выводу, что достаточно далекие галактики удаляются от нас со скоростью, превышающей скорость света, что явно противоречит специальной теории относительности . Фактически, мы должны применять закон Хаббла-Леметра не в рамках специальной теории относительности, а в рамках общей теории относительности . Это оговаривает, среди прочего, что понятие относительной скорости между двумя объектами (например, двумя удаленными галактиками) является чисто локальным понятием: можно измерить разницу в скорости между двумя объектами, только если их траектории «достаточно близки» друг от друга. другой. Конечно, необходимо указать этот последний термин, который в данном случае по существу говорит о том, что понятие относительной скорости имеет значение только в области пространства-времени, которая может быть правильно описана метрикой Минковского . Действительно, можно показать (см. Расширение Вселенной ), что масштаб длины, за пределами которого мы больше не можем локально описать расширяющееся пространство с помощью метрики Минковского, является в точности радиусом Хаббла, то есть расстоянием, за пределами которого кажущиеся скорости удаления являются точно релятивистскими.

Таким образом, интерпретация в терминах движения в пространстве, описываемая специальной теорией относительности, становится совершенно неверной в тот момент, когда возникает парадокс скорости удаления, превышающей скорость света. Этот парадокс разрешается в рамках общей теории относительности, которая позволяет интерпретировать закон Хаббла-Леметра не как движение в пространстве, а как расширение самого пространства. В этом контексте постулат о невозможности превышения скорости света, часто (и неправильно), используемый в специальной теории относительности, переформулируется более точно, утверждая, что никакой сигнал не может двигаться со скоростью, превышающей скорость света, причем скорости локально измеряются с помощью наблюдатели в регионах, где пространство может быть описано специальной теорией относительности (т. е. в мелком масштабе).

Космический телескоп «Хаббл»

Телескоп «Хаббл», названный в честь Эдвина Хаббла, был запущен на орбиту 24 апреля 1990 года. Это совместный проект NASA и Европейского космического агентства, задуманный как обсерватория общего назначения для исследования Вселенной в видимом, ультрафиолетовом и инфракрасном диапазонах волн. Входит в число NASA.

Телескоп «Хаббл»

(Фото: NASA)

20 мая 1990 года телескоп сделал первую фотографию звездного скопления NGC 3532.

Слева — снимок, сделанный из обсерватории Лас Кампанас, Чили. Справа — часть первого изображения «Хаббла»

(Фото: NASA, ESA, and STScI)

«Хаббл» вращается вокруг Земли на высоте около 540 км и наклонен на 28,5 градусов к экватору. Чтобы совершить один оборот, ему требуется 95 минут.

Орбитальный телескоп провел более 1 млн наблюдений и предоставил данные, которые астрономы использовали, чтобы написать свыше 18 тыс. рецензируемых научных публикаций (от формирования планет до гигантских черных дыр). Эти документы упоминались в других публикациях более 900 тыс. раз.

Чем известен «Хаббл»

Благодаря изучению пульсирующих звезд удалось определить возраст нашей Вселенной — 13,8 млрд лет.
В январе 1992 года астрономы подтвердили существование планет за пределами солнечной системы.
Телескоп зафиксировал редкое явление — столкновение кометы Шумейкера-Леви 9 с Юпитером в 1994 году. Это первые в истории фотографии столкновения двух объектов Солнечной системы.

Серия снимков, сделанных с помощью космического телескопа «Хаббл» NASA, показывает эволюцию области падения кометы Шумейкера-Леви

(Фото: H. Hammel, MIT and NASA)

Телескоп детально зафиксировал эволюцию погоды Юпитера, в том числе редкий шторм возле экватора планеты.
«Хаббл» показал Плутон впервые с момента открытия планеты в 1930 году.
Аппарат сфотографировал шлейф газа и пыли высотой 400 км в результате извержения вулкана Ио, самой большой внутренней луны Юпитера.

Изображения сделаны 14 февраля 2007 года. На левом видны оранжевые овальные отложения серы вокруг вулкана Пеле. На правом изображении виден большой шлейф, поднимающийся над поверхностью, недалеко от северного полюса

(Фото: NASA, ESA, and J. Spencer (SwRI))

Подтвердил предположения о наличии сверхмассивных черных дыр в ядрах Галактик.
Нашел самый далекий из известных на сегодня космических объектов — галактику GN-z11. Сейчас мы видим ее такой, какой она была 13,4 млрд лет назад.

Галактика GN-z11, показанная на вставке, видна в прошлом на 13,4 млрд лет, всего через 400 млн лет после Большого взрыва, когда возраст Вселенной составлял всего 3% от ее нынешнего возраста. Учитывая расширение Вселенной, сейчас на деле она находится в 32 млрд световых лет от нас

(Фото: NASA, ESA, P. Oesch (Yale University))

Подтвердил существование на спутнике Юпитера Ганимеде огромного подземного океана под 150-километровой толщей льда. На основании этого открытия астрономы внесли крупнейший спутник в Солнечной системе в список возможных кандидатов на поиск жизненных форм.
Обнаружил водяной пар на экзопланете K2-18b из обитаемой зоны, а также первую подтвержденную межзвездную комету 2I/Borisov.

13 июня 2021 года компьютер, отвечающий за научное оборудование «Хаббла», перестал реагировать на команды с Земли. Устранить поломку инженерно-научной группе, обслуживающей телескоп, удалось только к 16 июля 2021 года.

У орбитального «Хаббла» есть два аккаунта в Twitter — Hubble NASA и Hubble ESA, два официальных YouTube канала — NASA и ESA, а также аккаунты в Instagram и .

Посвященный «Хабблу» ролик NASA

Изображения и данные, полученные с космического телескопа «Хаббл», показывают галактики такими, какими они были миллиарды лет назад.

Управление

Управляется и контролируется телескоп в реальном времени 24/7 из центра управления в городе Гринбелт в штате Мэриленд. Задачи центра делятся на два вида: технические (обслуживание, управление и мониторинг состояния) и научные (выбор объектов, подготовка задач и непосредственно сбор данных). Еженедельно Хаббл получает с Земли более 100 000 разных команд: это корректирующие орбиту инструкции, и задания на съемку космических объектов.

Хаббл — телескоп занятой, но даже его плотный график позволяет помочь совершенно любому, даже непрофессиональному, астроному. Ежегодно в Институт Исследований Космоса с Помощью Космического Телескопа поступает по тысяче заявок на бронирование времени от астрономов из разных стран. Около 20% заявок получают одобрение экспертной комиссии и, по данным НАСА, благодаря международным запросам проводится плюс-минус 20 тысяч наблюдений ежегодно. Все эти заявки стыкуются, программируются и отправляются Хабблу из все того же центра в Мэриленде.

Осложняющие факторы в работе телескопа

Поскольку телескоп находится на низкой орбите, что необходимо для обеспечения обслуживания, значительная часть астрономических объектов затемнена Землёй чуть меньше половины всего времени.
Из-за повышенного уровня радиации наблюдения невозможны, когда телескоп пролетает над Южно-Атлантической аномалией.
Минимально допустимое отклонение от Солнца составляет около 50° для предотвращения попадания прямого солнечного света в оптическую систему, что, в частности, делает невозможными наблюдения Меркурия, а прямые наблюдения Луны и Земли ограничены.
Так как орбита телескопа проходит в верхних слоях атмосферы, плотность которых меняется с течением времени, невозможно точно предсказать местоположение телескопа. Ошибка шестинедельного предсказания может составлять до 4 тыс. км. В связи с этим, точные расписания наблюдений составляются всего на несколько дней вперёд, чтобы избежать ситуации, когда выбранный для наблюдения объект будет не виден в назначенное время.

Никакой статичности

Как мы говорили, победа к «Копернику №2» пришла в 1929 году, когда он классифицировал все известные туманности и измерил их скорости от спектров излучаемого света. Его поразительная находка, что все галактики отступают от нас со скоростями, увеличивающимися пропорционально их удаленности от Млечного Пути, потрясла мир. Закон Хаббла отменил традиционное представление о статической Вселенной и показал, что сама она полна динамики. Сам Эйнштейн склонял голову перед столь потрясающей наблюдательностью.

Автор теории относительности подкорректировал собственные уравнения, которыми обосновывал расширение Вселенной. Теперь Хаббл показал, что Эйнштейн был прав. Хаббловское время – величина, обратная постоянной Хаббла (tH = 1/H). Это характерное время расширения Вселенной на текущий момент.

Не пыль и газ, а другие галактики

Харлоу Шепли считал, что ширина галактики 300 000 световых лет (приблизительно в десять раз выше допустимого значения). Однако Шепли, как и большинство астрономов того времени, был уверен: Млечный Путь – это и есть вся Вселенная. Несмотря на предположение, впервые сделанное Уильямом Гершелем в XVIII веке, он разделял распространенное мнение, что все туманности для относительно близлежащих объектов – всего лишь пятна пыли и газа в небе.

Сколько горьких, холодных ночей провел Хаббл, сидя у мощного телескопа Хукера, прежде чем смог доказать, что Шепли не прав. В октябре 1923 года Эдвин заметил в М31 туманности (созвездие Андромеды) «вспыхнувший» объект и предположил, что он не относится к Млечному Пути. После тщательного изучения фотопластин, на которых была запечатлена та же площадь, ранее исследованная другими астрономами, в том числе, Шепли, Эдвин понял, что это цефеида.

Будущее телескопа Хаббл

Хаббл должен сойти с орбиты после 2030-го года. Этот факт кажется грустным, но на самом деле телескоп на много лет превысил длительность своей изначальной миссии.

Телескоп несколько раз модернизировали, меняли оборудование на все более совершенное, но основной оптики эти доработки не касались.

Значительное превышение бюджета и отставание от графика постройки «Джеймса Уэбба» вынудили НАСА перенести предполагаемую дату старта миссии сначала на сентябрь 2015 года, а затем — на октябрь 2018 года. В настоящее время запуск запланирован на март 2021 года. Но и после этого Хаббл продолжит работать, пока не выйдет из строя. В телескоп вложены невероятные объемы труда ученых, инженеров, астронавтов, людей других профессий и денег американских и европейских налогоплательщиков.

В ответ человечество имеет беспрецедентную базу научных данных и объектов искусства, помогающих понять устройство вселенной и создающих моду на науку.

Сложно понять ценность Хаббла не астроному, но для нас это прекрасный символ достижений человечества. Не беспроблемный, со сложной историей, телескоп стал успешным проектом, который еще, будем надеяться, больше десяти лет будет трудиться на благо науки.

Космический телескоп Хаббл

Сегодня множество обсерваторий наблюдают за разными участками ночного неба, но полученные данные сильно отличаются друг от друга. То же самое касается космического телескопа Хаббл, который служит человечеству верой и правдой более 30 лет. И хотя ожидаемый срок службы телескопа давно истек, Хаббл по-прежнему открывает нам Вселенную.

Недавно открытый ускоренный характер расширения Вселенной вызывает много споров и приводит к появлению большого числа гипотез.

В ходе исследования, опубликованного в научном журнале Physical Review Letters (в рамках проекта SHOES), ученые проанализировали 42 сверхновых, одна из которых взрывалась примерно раз в год. Затем астрономы рассчитали новое значение постоянной Хаббла, включая более точные оценки возраста Вселенной и ее будущего.

Полученные расчеты также свидетельствуют о том, что скорость расширения Вселенной неравномерна: дальние галактики отдаляются быстрее, чем те, что расположены ближе к нам. Разница между новыми и ранее имеющимся данными достигает 9%, но мнения ученых вновь разделились.

За последние 30 лет мир узнал о Вселенной много нового. И этими знаниями мы обязаны космическому телескопу Хаббл

Исследователи также обнаружили ранее незамеченное математическое свойство космологических моделей: за расширение Вселенной отвечает таинственная темная энергия. Считается, что она составляет большую часть энергии во Вселенной, но что именно она собой представляет пока неизвестно.

Три вида туманностей

Представьте: в черном, огромном безвоздушном пространстве звездные системы тихо и медленно удаляются друг от друга: «Прощай! Прощай! Прощай!». Пожалуй, оставим в стороне «лирические отступления» и обратимся к научным сведениям. В 1929 году самый влиятельный астроном XX века американский ученый Эдвин Пауэлл Хаббл (1889-1953) пришел к выводу: происходит неуклонное расширение Вселенной.

Человек, всю свою сознательную жизнь посвятивший разгадке структуры космоса, родился в Маршфилде (штат Миссури). С младых ногтей интересовался астрономией, хотя в итоге стал дипломированным юристом. После окончания Кембриджского университета Эдвин работал в Чикаго, в Йоркской обсерватории. В Первую мировую войну (1914-1918 гг.) воевал. Фронтовые годы лишь отодвинули открытие во времени. Сегодня весь ученый мир знает, что такое постоянная Хаббла.

Открытие закона

Возраст и будущее Вселенной может быть определено путем измерения постоянной Хаббла

А Вы смотрели: Пульсар Вела