Этот фильм приглашает вас в путешествие
…путешествие сквозь время и пространство
Я хочу рассказать вам историю инструмента, который распахнул небесные горизонты,
приближая нас к пониманию Вселенной, проникая глубже,
чем когда бы то ни было, к самым дальним пределам пространства и времени.
ESA ПРЕДСТАВЛЯЕТ
Hubble – 15 лет открытий
ИСТОРИЯ ХАББЛА
Глядя на ночное небо, мы видим знакомое мерцание звездного света.
Света, пролетевшего огромное расстояние.
Но мы видим мерцания не самих звезд…
Вселенная восхитительно прозрачна.
Свет далеких звезд и галактик может путешествовать почти неизменным через пространство тысячи,
миллионы, даже биллионы лет.
Но затем, в последние несколько микросекунд перед тем,
как свет достигнет наших глаз, аккуратное изображение этих звезд и галактик вдруг портится.
Это происходит оттого, что свет проходит через нашу атмосферу, вечно меняющуюся воздушную шубу с парами воды и пылью,
и тонкие детали космических объектов замываются.
Астрономы всего мира долгие годы мечтали об обсерватории в космосе.
Уже в 1923 году известный немецкий ученый в области ракетной техники Герман Оберт предложил вынести телескоп в космос.
Однако мечта обогнала развитие технологий на десятилетия.
В 1946 году американский астроном Лайман Спитцер предложил более реалистичный план запуска космического телескопа.
На космической орбите над земной атмосферой телескоп мог бы принимать первичный свет звезд,
галактик и других объектов, неискаженный воздухом, которым мы дышим.
В результате можно получить изображения даже более четкие, чем с помощью самого большого земного телескопа;
изображения, четкость которых ограничена лишь качеством оптики.
В семидесятых годах двадцатого века NASA – Национальное Управление Аэронавтики и Космоса США – и ESA
– Европейское Космическое Агентство –начали совместное проектирование и строительство космического телескопа Hubble.
Телескоп был назван в честь Эдвина Пауэла Хаббла – основателя современной космологии,
который в двадцатых годах двадцатого века доказал, что не все, что мы видим в небе, лежит в пределах Млечного пути.
Напротив, космос простирается намного намного дальше.
Работы Хаббла навсегда изменили наше представление о месте человечества во Вселенной,
и нельзя было выбрать имени лучше для самого могущественного телескопа всех времен, чем имя Эдвина Хаббла.
Два десятилетия напряженного труда ученых и инженеров
многих стран мира ушли на то, чтобы Хаббл был наконец создан.
24 апреля 1990 года пять астронавтов на борту космического корабля Дискавери отправились в путешествие,
навсегда изменившее наше видение Вселенной! Они вывели долгожданный Космический
Телескоп на околоземную орбиту на высоте приблизительно 600 км.
На Земле астрономы с нетерпением ожидали первых результатов
Но менее чем через два месяца стало ясно, что с помощью Хаббла можно видеть как угодно, но только не четко.
Зеркало имело серьезные погрешности…
Четкие изображения Хаббл не мог получать из-за дефекта формы зеркала.
Край зеркала был изогнут чуть меньше, всего лишь на пятую долю толщины человеческого волоса,
но для выполнения своей задачи Хаббл должен был быть совершенен в малейших деталях…
Разочарование было почти невозможно перенести.
Не только астрономам, но и американским и европейским налогоплательщикам…
Тем не менее, в последующие два года специалисты NASA и ESA
совместно спроектировали и построили корректирующую оптическгю систему, названную COSTAR,
Corrective Optics Space Telescope Axial Replacement -
Корректирующее Осевое Замещение Оптики Космического Телескопа.
Теперь хозяева Хаббла столкнулись с жестокой
необходимостью принять решение:
какой научный прибор им придется убрать, чтобы поставить на спутнике COSTAR
В конце концов был выбран высокоскоростной фотометр.
Полет для починки Хаббла в 1993 году вошел в историю
как одно из величайших человеческих достижений.
Он привлек внимание не только астрономов, но и общественности - в значительной степени потому,
что подобных полетов Шаттла больше не было.
Тщательно спланированная и великолепно выполненная операция достигла успеха во всем.
COSTAR исправил зрение Хаббла лучше, чем кто либо смел надеяться.
Когда на экраны компьютеров пришли первые изображения после модернизации,
стало совершенно ясно что, очки привезенные Хабблу астронавтами полностью исправляют его близорукость.
Хаббл наконец заработал!
И это был лишь первый полет Шаттла к Хабблу.
Телескоп был сконструирован с возможностью модернизации, чтобы использовать новые возможности.
Более совершенные приборы, электронные или механические системы могут быть установлены на спутнике по мере их изобретения.
К тому же, как автомобиль нуждается в техобслуживании, так и Хаббл время от времени нуждается в настройке.
Инженеры и ученые периодически посылают Шаттл к Хабблу, чтобы астронавты могли модернизировать его,
используя гаечные ключи, отвертки и другие инструменты как простые автомеханики.
Состоялось уже четыре полета по обслуживанию Хаббла – в 1993, 1997, 1999 и 2002 годах –
все они были выполнены астронавтами на космических кораблях NASA Шаттл. – Следующий планировался на 2005 год,
но был, к несчастью, отменен из-за трагического взрыва корабля Колумбия.
Будущее Хаббла еще не ясно.
Первоначально проект был рассчитан на 15 лет работы,
но сейчас его время существования оценивается в 20 лет. Хаббл все еще получает самые потрясающие результаты в истории астрономии,
важная работа Хаббла в конце концов будет завершена.
Автоматический непилотируемый модуль пристыкуется к Хабблу на орбите.
Покидая Хаббл, робот оставит на нем ракетный модуль,чтобы после еще нескольких лет
плодотворных наблюдений инженеры на Земле могли использовать этот
двигатель для управления спуском Хаббла в атмосферу
и контролировать его последний путь в тихое место океана.
Однако уход Космического Телескопа Хаббла со сцены не означает ,
что нашему уникальному видению Вселенной придет конец.
Скорее, это веха на пути к еще более удивительным открытиям и получению изображений из космоса.
Ведь у Хаббла есть последователь.
Космический телескоп Джеймса Вебба проектируется прямо сейчас и может быть запущен уже в 2011 году.
Тогда с помощью
Космического Телескопа Джеймса Вебба ученые надеются совершить новые открытия
и узнать еще больше о нашей загадочной Вселенной.
ХАББЛ ВБЛИЗИ
Хаббл это модернизируемый космический телескоп, работающий на околоземной орбите на высоте почти 600 км,
где атмосфера уже почти не искажает изображения.
Он совершает оборот вокруг Земли за 97 минут.
Его создали для получения изображений с высоким разрешением и точных спектров,
поскольку он собирает свет звезд в более четкие изображения, чем это возможно на Земле из-за мерцаний.
Чем больше зеркало телескопа, тем больше света от изучаемого слабого объекта он соберет.
Несмотря на сравнительно скромный размер зеркала
- 2,4 метра в диаметре - Хаббл вполне может состязаться с земными телескопами,
имеющими зеркала с собирающей поверхностью в 10 и 20 раз больше.
Хаббл это большой спутник
длиной 16 метров, размером с небольшой автобус.
Это также одно из самых сложных достижений технологий.
Он содержит более 3000 сенсорных устройств, постоянно считывающих информацию о состоянии оборудования,
чтобы обслуживающий персонал на Земле мог все контролировать.
Время Хаббла стоит очень дорого. Астрономы всего мира регулярно
заказывают гораздо больше времени, чем имеется в наличии.
Поддерживапь работоспособность Хаббла 24 часа 7 дней в неделю - непростая задача.
Ни одна секунда не должна быть потеряна, и все задачи – наблюдения или так называемые вспомогательные задачи,
такие как поворот телескопа или переход на новую программу наблюдений – тщательно спланированы.
Для астрономов наиболее важными на Хаббле являются научные инструменты.
На Хаббле есть две группы инструментов – здесь и здесь.
Разные инструменты служат разным целям. Часть из них получают изображения, а другие –
расщепляют свет звезд и галактик на спектры, похожие на радуги.
Уникальное положение Хаббла в космосе делает для него возможными наблюдения в инфракрасном и ультрафиолетовом свете,
которые иначе просто поглотились бы атмосферой, не дойдя до земных телескопов.
Свет этих длин волн выявляет свойства небесных объектов, которые иначе остались бы скрытыми от нас.
Некоторые инструменты, как NICMOS – the Near Infrared Camera and Multi-object Spectrograph, Камера для близкого инфракрасного диапазона и Многообъектный спектрограф
– предназначены для инфракрасных наблюдений, некоторые, как ACS – the Advanced Camera for Surveys – Усовершенствованная камера для обзоров – предназначены для наблюдений в ультрафиолетовой и видимой части спектра.
Различные механические и электрические устройства поддерживают функцилнирование Хаббла.
Хаббл получает энергию из панелей солнечных батарей, расположенных на боковых сторонах, которые трансформируют солнечный свет в электричество.
Гироскопы, звездные камеры и механические соединения поддерживают Хаббл в устойчивом состоянии, правильно ориентированным
– не слишком близко к Солнцу, Луне или Земле, поскольку они повредили бы светочувствительные приборы,
- и точно указывая на объекты, часами и сутками наблюдаемые в это время.
На боковой стороне Хаббла есть несколько антенн связи, которые необходимы для посылки наблюдений
и других данных на Землю.
Хаббл посылает свои данные сначала на один из спутников в систему связи,
который затем перенаправляет сингнал в Уайт Сэндс, Нью-Мексико.
Наблдения пересылаются из NASA в США в Европу, где они хранятся в огромном архиве данных в Мюнхене.
На боковой стороне Хаббла есть несколько антенн связи, которые необходимы для посылки наблюдений и других данных на Землю.
Хаббл посылает свои данные сначала на один из спутников в систему связи, который затем перенаправляет сингнал в Уайт Сэндс,
Нью-Мексико. Наблдения пересылаются из NASA в США в Европу, где они хранятся в огромном архиве данных в Мюнхене.
Ни одному государству не по силам осуществить такой грандиозный проект в одиночку.
С самого начала Хаббл является главным продуктом сотрудничества NASA и ESA, Европейского космического агенства.
Хаббл исключительно важен для европейской астрономии. Европейские астрономы получают
15% наблюдательного времени на Хаббле, что дает несколько тысяч научных публикаций за год.
С Хабблом работают две группы европейских специалистов. 15 человек из ESA в настоящее время работают в научном институте космического
телескопа в США и 20 других работают в таком же европейском институте в Мюнхене, Германия.
РАССКАЗЫ О ПЛАНЕТАХ
Космос не имеет границ.
В этой огромной Вселенной наши ближайшие родственники - объекты Солнечной системы.
У нас с ними одщее происхождение и одна судьба.
Наша Солнечная системы сформировалась около четырех с половиной миллиардов лет назад из огромного пылевого облака.
По иронии судьбы, непосредственной причиной нашего рождения,
возможно, стал смертоносной силы термоядерный взрыв одной из соседних звезд.
Разрушительная сила взрыва могла нарушить неустойчивое равновесие в газовом облаке,
вызывая сжатие части вещества, его падение в центр, создавая новую звезду
- наше Солнце – а небольшая часть коллапсирующего вещества стала разнообразными планетами, которые мы видим сегодня вокруг.
Другими словами, мы - просто остатки после создания нашего Солнца.
Планеты родились в крутящемся диске пыли и газа, оставшемся после появления нашей материнской звезды.
Твердые планеты сформировались ближе к центру Солнечной системы, а загадочные газовые гиганты – дальше от него.
И потом, когда свирепый ветер из ионизованных атомов подул от Солнца, или,
возможно, от горячих соседних звезд, или от близкой сверхновой
– только крупные планеты смогли сохранить свою газовую оболочку,
и последние клочки разреженного облака были выметены.
Итак, в зоопарке небесных тел нашей Солнечной системы есть каменные миры…
… и огромные газовые планеты.
Даже сейчас нет точной оценки того, сколько вещества, или сколько планет существует в нашей Солнечной системе.
После открытия Плутона в 30-х годах XX века, и его спутника Харона в 70х,
астрономы пытаются вычислить, есть ли еще что-нибудь там, позади девятой планеты.
В 2003 году, Хаббл заметил что-то, движущееся достаточно быстро относительно далеких звезд,
чтобы быть объектом Солнечной системы.
Подсчеты показали, что объект может быть размером с планету, и его назвали Седной, по имени эскимосской богини.
Седна, возможно, имеет 1500 км в диаметре, это где-то три четверти Плутона,
но будучи так далеко, даже Хабблу она кажется всего лишь маленьким пятнышком.
Тем не менее, это самый крупный объект, обнаруженный в Солнечной системе после Плутона.
Солнце находится в 15 миллиардох километров от Седны –
– в 100 раз больше, чем от Земли –
и дает ей тепла и света лишь как полная Луна.
Так что Седна погружена в вечную мрачную зиму…
Седна- не единственный загадочный объект.
Осколки после формирования планет все еще путешествуют повсюду
в виде астероидов и комет разных форм и размеров.
Иногда их орбиты ведут к катастрофе…
Космический телескоп Хаббла был свидетелем последнего пути кометы Шумахера-Леви 9…
Ее разорвало на сотни клочков гравитационным полем Юпитера, когда она проходила мимо этой массивной планеты летом 1992 года.
Два года спустя, те осколки вернулись ( чтобы быть пойманными?) и вонзились прямо в сердце атмосферы Юпитера.
Хаббл проводил остатки кометы в последний путь и доставил ошеломляющие фотографии высокого разрешения,
показавшие шрамы на этой планете. Наша Земля вполне могла получить любой из этих черных синяков…
К планетам нашей Солнечной системы часто посылают космические зонды со сложными инструментами.
Они обеспечивают тщательное исследование этих далеких мест.
Хаббл несет свою уникальную службу, открывая нам окно в Солнечную систему.
Вот как мы получили уникальные панорамы штормов на других планетах,
…смену сезонов на них
…и неповторимые виды других событий в атмосфере,
таких, как известные на Земле полярные сияния.
Даже хотя ясно, что Солнечная система приготовила еще очень много сюпризов,
Хаббл также должен обратиться к другим звездам в поисках планетных систем
Астрономы начинают поиски жизни во Вселенной.
Для начала они сосредоточились на поиске планет, похожих на Землю.
В 2001 году Хаббл впервые прямо наблюдал атмосферу
планеты вне Солнечной системы и частично определил ее состав.
Выявление химического состава атмосфер планет вне Солнечной системы,
однажды позволит нам найти признаки внеземной жизни.
Все живые существа дышат, и это меняет состав аимосферы так, что это можно зафиксировать.
Астрономы полагают, что существует множество планетных систем, похожих на нашу,
обращающихся вокруг звезд нашей галактики. Рождение, жизнь,
смерть и возрождение звезд продолжаются в бесконечном цикле, в котором звезды,
рожденные из газа и пыли, светят миллионы и миллиарды лет, умирают и возвращают газ и пыль,
чтобы сформировать новые звезды.
Побочными продуктами этого бесконечного процесса являются планеты и химические элементы, которые делают возможной жизнь.
На космических просторах дуют вечные ветры и течение жизни продолжается…
ЖИЗНЬ ЗВЕЗД
Наше Солнце, дающее энергию жизни на Земле, - это звезда.
Совершенно обычная звезда,
похожая на миллиарды других в нашей галактике .
Звезда это ни что иное, как светящийся газовый шар.
Она образуется из сжавшегося газового облака и на протяжении своей жизни излучает энергию,
выделяющуюся в цепочке термоядерных реакций, идущих в ее ядре.
В большинстве звезд идет процесс термоядерного горения,
в ходе которого водород превращается в гелий – как в водородной бомбе.
Собственно, звезды это фабрики, перерабатывающие легкие элементы в более тяжелые в цепи ядерных реакций.
Они будут продолжать светить, пока не сожгут все горючее.
Такова жизнь звезды: тихое начало и спокойное движение к иногда драматическому концу. Но как мы можем быть уверены,
что верно рисуем себе картину жизни звезды вроде Солнца, если она живет в миллион и более раз дольше,чем человек?
Для изучения цикла жизни какого либо вида организмов на Земле нам нет нужды следить
за отдельным его представителем на протяжении всей его жизни.
Вместо этого мы можем наблюдать много таких организмов одновременно.
Так мы увидим все различные фазы его жизненного цикла.
Например, каждый этап жизни отдельного человека несет отпечаток опыта человечества.
Так же и со звездами...
Звезды живут и умирают миллионы и миллиарды лет.
Даже самые недолговечные звезды живут по крайней мере миллион лет
– дольше, чем вся история человечества!
Вот почему так исключительно необычно суметь проследить возрастные изменения в отдельных звездах.
Чтобы узнать больше о звездах,
мы должны найти примеры разных звезд на каждой стадии их жизни и соединить
в последовательность от рождения до смерти.
Яркие изображения, полученные Хабблом,запечатлели бурное рождение звезд и воспроизвели
множество порясающих наше воображение красочных деталей.
Наблюдая рождение звезд по соседству, мы словно пользуемся машиной времени,
чтобы воспроизвести создание нашей Солнечной системы.
Часто Хабблу приходится много трудиться для того, чтобы получитьэту информацию, потому что тайна
рождения звезд спрятана за занавесом мягко светящихся молекулярно-полевых облаков, где формируются звезды.
По всей Вселенной прямо сейчас формируются звезды.
Огромные газо-пылевые туманности освещаются
лучами только что рожденных звезд.
Возможности Хаббла наблюдать в инфракрасном свете впервые позволяют наблюдать
сквозь пыль и газ и найти только что рожденные звезды.
Одно из самых волнующих открытий Хаббла это наблюдение пылевых дисков, окружающих
некоторые новорожденные звезды глубоко внутри туманности Ориона.
Здесь мы в самом деле видим создание новых солнечных систем, где скоро сформируются планеты.
Так же, как они появились в нашей Солнечной системе четыре с половиной миллиарда лет назад.
На первых этапах своей жизни звезды могут собирать газ из облака, где они были рождены.
Вещество, падающее на звезду, образует пузырьки и даже струи,
так как оно нагревается и вырывается вдоль оси вращения звезды, словно она насажена на ось, как колесо.
Часто много звезд рождается в одном и том же газо-пылевом облаке.
Нетороые существуют рядом всю свою жизнь, по мере того, как они развиваются,
как школьные друзья, с которыми ты остаешься на всю жизнь.
Часто звезды в скоплениях имеют один и тот же возраст, но разные массы.
Это означает, что их будущее будет сильно различаться.
Человеческая жизнь это всего лишь жалкий миг, по сравнению с жизнью звезды.
Таким образом, наблюдение перехода между различными стадиями жизни звезды возможно только при удачном стечении обстоятельств.
За пятнадцать весьма продуктивных лет работы Хаббл позволил нам наблюдать возрастные изменения некоторых звезд в реальном времени.
Телескоп заснял сногсшибательные фильмы, которые позволяют нам быть свидетелями того,
как некоторые из звезд в самом деле изменяют свой внешний вид на протяжении крохотного кусочка астрономического времени.
Массивные звезды кончают свою жизнь саморазрушительным взрывом, известным,
как вспышка сверхновой. На несколько славных месяцев каждая
из них становится одним из самых ярких объектов во Вселенной,
затмевая другие звезды в родной галактике.
После запуска в 1990 году Хаббл наблюал события,
происходящие на месте вспышки сверхновой 1987A, ближайшей взорвавшейся звезды в новое время.
Телескоп наблюдает газовое кольцо, окружающее выброс сверхновой.
Хаббл наблюдал появление ярких пятен в кольце, подобных драгоценным камням в ожерелье.
Эти космические жемчужины зажигаются сейчас сверхзвуковыми волнами, образовавшимися при взрыве звезды.
Руины взорвавшейся звезды могут скрывать мощный источник энергии.
Хаббл исследовал загадочное сердце крабовидной туманности, остатки звезды,
взрыв которой был красочно описан китайскими астрономами в 1054 году, и выявил динамический центр туманности.
В центре туманности скрывается звезда особого типа – пульсар.
Подобно маяку, эта звезда вращается, излучая свет и другую энергию узконаправленным лучом.
И пульсар снабжает энергией окружающую его газопылевую туманность.
Однако, не все звезды кончают вою жизнь так транично.
Солнцеподобные звезды остывают после того, как в них кончается водород.
Центральные части звезды сжимаются, и более тяжелые элементы начинают гореть,
вызывая расширение внешних слоев в пространство.
На этой стадии эволюции звездв называется красным гигантом.
Наше Солнце станет красным гигантом через несколько миллиардов лет.
В это время оно расгирится и поглотит Меркурий, Вереру, и нашу планету тоже.
Но для них это еще не конец. Они еще способны превратиться в кое-что необыкновенное.
Перед тем, как испустить дух, звезды вроде нашего Солнца, еще покажут себя во всей красе.
На последних стадиях горения ядерного топлива звездный ветер раздувает звезду,
превращая ее в грандиозный красный гигант.
В центре расширяющегося вещества находится яркая звезда,
подсвечивающая эту газовую оболочку.
Поскольку в эру первых телескопов эти удивительные образования выглядели несколько похожими на
недавно открытую планету Уран,
их назвали планетарными туманностями.
Острое зрение Хаббла показало, что планетарные туманности – как бабочки: двух похожих нет.
Ослепительныя коллекция планетарных туманностей, собранная Хабблом,
содержит удивительно сложные объекты: закрученные струи,
элегантно изогнутые дуги, перемычки и даже выбросы реактивных двигателей.
Благодаря своему уникальному положению высоко над искажающей атмосферой,
Хаббл – это единственный телескоп, который способен наблюдать поглощающую внешнюю
оболочку этих умирающих звезд во всех деталях. Вот изображения, полученные Хабблом в 1994- 2002 годах.
Одна из величайших загадок современной астрофизики
– это как простой газовый шар, такой, как наше Солнце, может превратиться в такие запутанные структуры..!!
Для некоторых планетарных туманностей это выглядит так, как будто бы две крутящихся
струи в противоположных направлениях распыляли воду в космическом саду.
А может быть, эти удивительные объекты сформированы магнитным
полем звезды-компаньона, которое вытягивает выброшенный газ в струю?
Что бы ни было причиной, эти цветы расцвели в космосе всего за десять тысяч лет.
Как цветы впоследствии становятся удобрением для земли, так же химические элементы,
произведенные внутри звезды в течение ее жизни, распыляются планетарной туманностью,
чтобы снабдить космос вокруг нее рядом веществ для создания новых поколений,
звезд, планет, и, возможно, даже жизни.
Поскольку в космических временных масштабах они исчезают так быстро,
в нашем Млечном пути не существует одновременно более15000 планетарных туманностей.
Более долговечным памятником почившей звезде будет маленькое сердечко, которое она оставляет после себя.
Известная как белый карлик, каждая из этих исключительно плотных размером с Землю звезд,
обречена провести остаток вечности, постоянно теряя свое внутреннее тепло в космоc в течние многих миллиардов лет,
пока они не замерзнут, приближаясь к температуре космоса минус 270 градусов по Цельсию.
СТОЛКНОВЕНИЯ В КОСМОСЕ
Мы живем внутри огромной звездной системы, или галактики, известной как Млечный Путь.
Если посмотреть со стороны, Млечный Путь представляет собой гигантскую спираль с двумя ветвями,
расходящимися из центра. Вся система вращается. Кроме звезд галактика состоит из газа и пыли, которые видны,
и некоторого неизвестного невидимого вещества, называемого темной материей.
Далеко от центра в одном из рукавов,
на окраине Млечного Пути есть маленькая планетная система, наш дом, Солнечная система.
Ясной безлунной ночью мы можем увидеть около 5000 ближайших звезд.
Наши глаза видят звезды не дальше тысячи световых лет,
потому что свет далеких звезд поглощается пылью.
Так без телескопа мы можем уеидеть лишь малую часть всего Млечного Пути, протянувшегося на 100000 световых лет.
Ведь Млечный Путь содержит полторы сотни миллиардов звезд, многие из которых подобны нашему Солнцу!!
Хотя несколько сотен тысяч миллионов - почти невообразимое число, это только начало.
Астрономы полагают, что во Вселенной существует более сотни миллиардов галактик. Сколько же тогда звезд?
В горсти песка вполне может поместиться 50 000 песчинок.
Но чтобы собрать столько же песчинок, сколько звезд в Млечном Пути, понадобится целый пляж.
Во Вселенной так много звезд, что нам пришлось бы сосчитать каждую песчику на всех пляжах Земли,
чтобы получить хоть какое-то представление о полном числе звезд!
Возьмем песчинку размером 1 мм и положим ее здесь, представив себе, что это Солнце.
Если теперь мы отправимся к ближайшей звезде, то наш поход займет большую часть дня,
ведь соседняя звезда приблизительно в 30 километрах отсюда.
Таким образом галактики состоят, в основном, из огромного количества пустоты.
Если бы мы могли собрать вместе все звезды Млечного Пути,
то они с легкостью поместились бы в пространстве между Солнцем и ближайшей звездой.
На самом деле, чтобы заполнить весь этот объем,
нам пришлось бы упаковать звезды из всех галактик во всей Вселенной!!
Когда мы любуемся ночным небом, Вселенная кажется нам неподвижной. Это оттого,
что наши жизни не более, чем капли в океане времени Вселенной.
но чтобы заметить его, необходимо следить за небом гораздо дольше,
чем мы живем.
Если бы у нас было достаточно времени, мы бы увидели, как движутся звезды и галактики.
Звезды вращаются вокруг центра Млечного Пути, а галактики притягиваются друг к другу под действием гравитации.
Иногда они даже сталкиваются. Хаббл наблюдал множество галактик, сминающих друг друга.
Будто величественные корабли в вечной ночи, галактики могут подойти друг к другу так близко,
что их гравитационное взаимодействие начинает вытягивать их в загадочные фигуры, которые в конце концов безвозвратно сливаются вместе.
Это грандиозный космический танец, поставленный гравитацией.
Когда две галактики сталкиваются, то это не похоже на столкновение двух машин или двух бильярдных шаров,
гораздо больше это похоже на то,
как переплетаются ваши пальцы, когда вы складываете руки в замок.
Большинство звезд галактики пройдут через столкновение непотревоженными.
В худшем случае, гравитация вытянет их вместе с газом и пылью, в длинные хвоты,
которые протянутся на сотни тысяч световых лет, или больше.
Две галактики, поймавшие друг друга в смертельные объятия тяготения, будут продолжать вращаться вокруг общего центра тяготения,
вырывая все больше газа из звезд, и образуя из них хвосты.
Сотни миллионов лет спустя, две галактики объединятся в одну общую.
Полагают, что многие современные галактики, включая Млечный путь получились из такого слияния более мелких галактик,
произошедшего миллиарды лет назад. Невероятное по силе взаимодействие галактик вызывает взрывное образование звезд в больших газовых облаках,
и в таких феерверках рождаются, как бриллиантовые россыпи, голубые звездные скопления.
Наш собственный Млечный Путь движется в направлении туманности Андромеды,
ближайшей гигантской галактики. Они приближаются друг к другу со скоростью почти 500000 километров в час,
и через три миллиарда лет столкнутся.
Прямое столкновение приведет к великолепному слиянию двух галактик,
в котором Млечный Путь перестанет быть привычной нам спиральной галактикой.
Вместо этого он превратится в огромную эллиптическую галактику,
состоящую из всех своих собственных звезд и звезд туманности Андромеды.
С Земли это столкновение будет выглядеть приблизительно так.
Хотя это еще не скоро случится, в природе есть другие темные силы,
действующие повсюду вокруг нас, даже когда мы говорим…
КОСМИЧЕСКИЕ МОНСТРЫ
Черные дыры это загадочные провалы во Вселенной, поглощающие все вокруг себя, и ничего не выпускающие.
Астрономы не знают, что находится в центре черной дыры...
Никакая информация не может выйти из сферы гравитационного действия черной дыры.
Не существует способа узнать, чпо внутри.
Даже свет не может выйти. Так как же мы вообще узнали, что они там есть?
Черные дыры нельзя наблюдать непосредственно.
Однако астрономы могут изучать косвенные эффекты черных дыр, ведь одним они наделены в избытке - гравитацией.
Высокая разрешающая способность Хаббла позволила увидеть впечатляющие возмущения, производимые черными дырами вокруг себя.
И не просто притяжение, астрономы нашли, что когда вещество подходит очень близко к черной дыре,
оно может звенеть, как колокольчик. Это настоящая музыкальная нота,
извлеченная черной дырой за 250 миллионов световых лет от Земли.
После прохождения диска, образованного вокруг черной дыры падающим на нее веществом,
звук имеет частоту, воспринимаемую человеческим ухом.
На самом деле это си бемоль, звучащий на 57 октав ниже средней.
Aстрономы полагают, что черные дыры это сингулярности– просто точки в пространстве.
Без объема и протяженности, но с бесконечной плотностью!
Черная дыра может получиться в результате конечного коллапса массивной звезды во много раз больше Солнца.
Остаток погибшей в коллапсе звезды может быть таким тяжелым, что не найдется силы в природе, способной удержать его от того,
чтоб он под действием собстенного веса сжался в бесконечно маленький объем.
Хотя вещество будто исчезает, спрессованное в ничтожный объем, оно все же использует свою
гравитационную силу, и звезды и другие объекты, подошедшие слишком близко, могут быть затянуты.
У любой черной дыры существует точка невозвращения, называемая горизонтом событий.
Как только что-либо, - скажем, близкая звезда, – минует эту границу, она исчезнет навсегда.
Спускаясь под горизонт событий, обреченная звезда начнет описывать губительную спиральную орбиту.
По мере приближения к черной дыре, вещество более к ней близкое
будет испытывать большее притяжение,
чем остальная часть звезды, вытягивающейся по направлению к центру, пока…
… чудовищные приливные силы не разорвут ее на куски.
Эти объекты обладают также более удивительными способностями скручивать
пространство и время, изменяя и замедляя даже течение времени.
Все массивные объекты меняют саму стуктуру пространства и времени,
но только черные дыры делают это в такой невероятной степени.
Согласно известной Общей теории относительности Эйнштейна, бесстрашный путешественник,
способный отправится к горизонту событий черной дыры, не будучи при этом поглощенным ею, вернувшись окажется моложе тех, кого он оставил.
Пожалуй, самими любопытными среди предложенных астрономами гипотез являются кротовые ходы.
Это тоннели в пространстве-времени из одной точки Вселенной в другую. Возможно,
кротовые ходы, если они существуют, когда-нибудь позволят путешествовать между соединенными ими областями
пространства быстрее, чем движется свет в обычном космосе.
Хаббл доказал, что черные дыры скорее всего находятся в центрах всех галактик.
Есть черная дыра и в центре нашего Млечного Пути –- гигантская сверхмассивная черная дыра,
возможно, в миллион раз больше тех, которые получаются в результате коллапса массивных звезд.
Она могла бы быть результатом слияния многих черных дыр звездной массы, которые образовались в галактике много раньше.
При столкновении двух галактик черные дыры в их центрах исполняют изощренный танец.
После того, как две галактики сольются в одну,
их центральные черные дыры сотни миллионов лет продолжают кружиться друг вокруг друга до того,
как эффектно соединиться в одну тяжелую черную дыру.
Этот финальный процесс настолько мощный, и меняет структуру пространства-времени настолько,
что мы сможем наблюдать его с Земли с помощью нового типа телескопов, улавливающих гравитационные волны, или специального спутника.
Однако, по сравнению со всем процессом слияния галактик, длящимся миллионы лет ,
конечный катаклизм ядер весьма быстротечен. Так что вероятность увидеть такое событие мала.
Еще 50 лет назад астрономы полагали, что в большей части Вселенной спокойно.
Однако это далеко от истины…
Космос частенько сотрясают разрушительные события: вспышки сверхновых,
столкновения целых галактик и ужасающее высвобождение
энергии при падении большого количества вещества в черные дыры…
Открытие квазаров дало нам первый впечатляющий пример этого кипения …
Для земных телескопов квазары выглядят как нормальные звезды.
Aстрономы так и думали, называя их квазизвездными объектами.
Но на самом деле квазары гораздо ярче и дальше, чем звезды…
Они светят ярче 1000 обычных галактик, выделяя энергию с помощью сверхмассивных черных дыр.
Звезды, чересчур приближающиеся к квазару, затягиваются, как вода, в огромную космическую воронку.
Газ, движущийся по спирали, образует толстый диск, сильно нагретый при свободном падении к черной дыре.
Энергия газа вырывается в космос в двух гигантских струях перпендикулярно диску.
Квазары найдены в значительном числе галактик, многие из которых сталкивающиеся.
Возможно, существует целый ряд механизмов зажигания квазаров.
Столкновения пар галактик может вызвать рождение квазаров, но Хаббл показал, что даже,
по всей видимости, нормальные, невозмущенные галактики могут скрывать квазары.
Но квазары не единственные источники высокой энергии, найденные астрономами….
Неожиданные открытия происходят, когда вы что-то находите в поисках совсем иного.
Такие открытия часто меняли путь развития астрономии.
Гамма-всплески были неожиданно открыты в конце 60х годов двадцатого века военными спутниками США,
когда они следили за советскими ядерными испытаниями.
Вместо обнаружения наиболее мощных взрывов, произведенных людьми,
были зафиксированы одни из самых мощных вспышек в самой Вселенной …
Эти потрясающе энергичные всплески в гамма-лучах наблюдаюся по крайней мере раз в день по всему небу.
Хотя гамма-всплески длятся всего неколько секунд, энергия,
выделяемая ими, равна энергии, излучаемой всей нашей галактикой за пару столетий.
Гамма-лучи не видны человеческим глазом, для их наблюдения нужны специальные приборы.
На протяжении 30 лет никто не знал, что вызывает эти вспышки.
Как если бы к Земле летели пули гамма-лучей из никем не виданного оружия.
Вместе с почти что всеми другими телескопами мира Хаббл долгие годы искал “дымящееся ружье”.
Он наблюдал участки неба, где были зафиксированы гамма-всплески, пытаясь найти какой-то объект на их месте.
Но все усилия были тщетны пока…
В 1999 году наблюдения Хаббла точно определили, что эти ужасные взрывы происходят в очень далеких галактиках.
Причиной могла быть вспышка при взрывном коллапсе умирающей массивной звезды…
…или драматическая встреча двух очень плотных объектов, таких как две черных дыры или черной дыры и нейтронной звезды.
Черные дыры, безусловно, одни из самых экзотических объектов во Вселенной.
Оказывая влияние на материю, они также могут проявляться и другими эффектными способами,
поскольку их колоссальное магнитное поле может изгибать даже лучи света.
На самом деле, лучи света, проходящие близко от черной дыры, не будут прямыми линиями,
а изогнутся, создавая естественный телескоп, который позволяет заглянуть в космос дальше, чем когда-либо казалось возможным.
ИЛЛЮЗИИ ГРАВИТАЦИОННОГО ЛИНЗИРОВАНИЯ
Точь-в-точь так же, как путешественник в пустыне видит мираж,
когда свет от далеких объектов отклоняется слоем горячего воздуха над песком, мы можем так же увидеть миражи во Вселенной.
Миражи, которые мы видим с помощью современных телескопов, таких, как комический телескоп Хаббла,
возникают не в теплом воздухе, а в далеких скоплениях галактик, где вещество сконцентрировано в огромных количествах.
Когда-то давно люди считали Землю плоской.
Это в какой-то мере понятно – в нашей повседневной жизни мы не можем видеть кривизну нашей планеты.
Пространство само по себе действительно изогнуто, хотя мы не можем видеть это сами звездной ночью.
Но кривизна пространства создает явления, которые мы можем наблюдать…
Oдно из предсказаний Альберта Эйнштейна состоит в том,
что гравитация продавливает пространство и таким образом искажает лучи света -
как рябь на поверхности пруда создает подобную сотам картинку света на песчаном дне.
По дороге к Земле свет от удаленных галактик искажается и усиливается гравитационным полем массивных скоплений галактик.
Это как если мы смотрим сквозь гигантское увеличительное стекло, этот эффект называется гравитационным линзированием.
Загадочные изображения, создаваемые лучами света при встрече с тяжелым объектом зависят от природы «линзирующего тела».
Таким образом, первичный объект может появиться в разных обликах…
…в виде колец Эйнштейна, в которых все изображение сжато в кружок света…
…множественных изображений, призрачно повторяющих настоящие далекие галактики,
... или изогнутых бананообразных арок и арочек…
Хотя Эйнштейн в 1915 понял, что этот эффект мог бы появиться в космосе, он думал,
что его никогда не смогут наблюдать с Земли.
Однако в 1919 правильность его вычислений была доказана.
Во время экспедиции для наблюдения солнечного затмения на Принцип-Айленде
неподалеку от западного побережья Африки, возглавляемой известным британским астрономом
Артуром Эддингтоном наблюдались положения звезд вокруг солнечного диска в момент затмения.
Было обнаружено, что звезды сместились на небольшие, но измеряемые расстояния на небесной сфере,
по сравнению с тем, где они были, когда Солнца не было рядом.
В настоящее время слабые гравитационные изображения объектов далекой части Вселенной наблюдаются
на лучших телескопах Земли, и, конечно же, на зорком Хаббле.
Хаббл был первым телескопом, который разрешил детали в кратных арках,
прямо выявляя форму и собственную структуру первичных объектов.
В 2003 году астрономы разглядели, что загадочная арка света на одном из изображений Хаббла это самая большая,
горячая и яркая область звездообразования, когда-либо виденная в космосе.
Необходимы весьма массивные объекты, такие как, например,
скопления галактик, чтобы пространство искривилось так сильно, чтобы эффект стал наблюдаемым на глубоких
изображениях далекой части Вселенной – даже с потрясающей разрешающей способностью Хаббла.
Таким образом, гравитационные линзы, в основном, наблюдаются вокруг скоплений галактик,
которые представляют собой собрания сотен или тысяч галактик и считаются самыми
большими гравитационно связанными структурами во Вселенной.
Астрономы знают, что вещество, которое мы видим во Вселенной, - это всего лишь малая часть общей массы,
которая там должна быть, поскольку материя обладает гравитационной силой,
и видимая часть не настолько велика, чтобы удержать галактики и скопления галактик вместе.
Поскольку количество изогнутых в форме бананов изображений зависит от общей массы линз, гравитационное линзирование может быть
использовано для «взвешивания» скоплений и определения распределения спрятанной темной материи.
На ясных изображениях, полученных Хабблом, мы можем легко выделить на глаз различные арки, получающиеся из одной и той же галактики.
Этот процесс позволяет астрономам изучать детали галактик в молодой Вселенной, которые находятся слишком далеко,
чтобы быть увиденными с помощью современных технологий и телескопов.
Гравитационные линзы могут даже работать как своего рода природный телескоп.
В 2004 году, используя усиления как раз от такой гравитационной линзы в космосе,
Хаббл смог найти наиболее удаленную галактику в известной части Вселенной.
РОЖДЕНИЕ И СМЕРТЬ ВСЕЛЕННОЙ
Свет может двигаться в вакууме с самой большой скоростью, которая возможна, но все-таки это конечная скорость.
Это означает, что уйдет какое-то время, пока луч света пройдет между двумя точками в пространстве.
Скорость света в космосе составляет около 300000 километров в секунду.
300 тысяч километров это почти что расстояние от Земли до Луны.
Так что свет пролетает от Луны до Земли всего за секунду.
Когда мы смотрим на Луну, мы видим ее такой, какая она была за секунду до того.
Кто из нас не думал о путешествиях во времени?
Конечность скорости света позволяет нам близко к этому подойти,
разрешая смотреть назад во времени. Когда мы смотрим в космос, нужно всего лишь подождать,
пока свет от далеких миров достигнет нас и покажет, что происходило, когда свет начинал свое путешествие.
Мощные инструменты, такие как Хаббл, сделали возможным заглянуть дальше в пространстве и дальше во времени,
чем когда бы то ни было раньше. То, что космологи видят, это просто потрясает.
В 20х годах двадцатого века астроном Эдвин Хаббл открыл, что большинство галактик
разбегается от нас со скоростью, пропорциональной расстоянию. Чем дальше от нас галактика,
тем быстрее она движется от нас. Это из-за расширения Вселенной.
Это расширение началось в титаническом взрыве, который называется Большой Взрыв, много миллиардов лет назад.
Скорость расширения позволяет оценить возраст и размер Вселенной.
Эта скорость называется постоянной Хаббла.
Возраст и размер Вселенной может быть оценен путем обратной перемотки расширения,
пока все не сожмется в бесконечно маленькую точку энергии, из которой создалась Вселенная.
Главным научным аргументом для строительства Хаббла была возможность определить размер и возраст Вселенной.
Задача точного определения постоянной Хаббла решалась командой Ки Прожект,
группой астрономов, которые использовали Хаббл для нахождения удаленных точных
верстовых столбов, специального класса переменных звезд, называемых цефеидами.
Цефеиды имеют очень стабильные и предсказуемые вариации блеска.
Период этих вариаций напрямую зависит от физических свойств звезды,
которые могут быть весьма эффективно использованы для определения расстояния до нее.
Поэтому эти звезды чаще упоминаются как «стандартные свечи».
Цефеиды использовались как надежные ступени для определения расстояний до сверхновых,
которые гораздо ярче, чем цефеиды, и поэтому могут быть видны на гораздо больших расстояниях.
Хаббл измерил свет от вспышек сверхновых более аккуратно, чем любой другой инструмент,
в основном, благодаря своей высокой разрешающей способности.
С Земли изображение сверхновой обычно сливается с изображением ее родительской галактики.
Хаббл может разделить свет от двух этих источников.
С помощью цефеид и сверхновых построена шкала расстояний во Вселенной.
Благодаря Хабблу, сегодня мы знаем возраст Вселенной гораздо точнее,
чем прежде: около 14 миллиардов лет.
Долгие годы астрономы спорили, остановится ли расширение Вселенной в каком-то далеком будущем,
закончившись ее коллапсом в сингулярность, или она будет расширяться вечно с уменьшающейся скоростью.
Совместные наблюдения далеких сверхновых Хабблом и большинством высочайшего класса
телескопов мира были использованы, чтобы измерить расстояния до удаленных сверхновых.
Однако, похоже что расширение нашей Вселенной никак не замедляется. Напротив, кажется, оно ускоряется.
Когда Хаббл стали использовать для измерения того, как меняется скорость расширения Вселенной со временем,
оказалось, что, к большому удивлению, что в течение первой половины космической истории скорост ь
расширения действительно замедлялась. Затем, загадочная сила, нечто вроде «антигравитации»,
заставило Вселенную «нажать на газ», начав ускорение, которое мы видим сегодня.
Это предполагает необыкновенную судьбу для Вселенной, потому что сила антигравитации становится сильнее все время.
Если это продолжится, то гравитация окажется побежденной,
и Вселенная катапультируется с супербыстрым ускорением, разорвав ее на составляющие атомы.
Космологи называют этот кошмарный сценарий Большой Разрыв.
ВЗГЛЯД В ПОСЛЕДНИЕ ВРЕМЕНА
Мы собираем неожиданные новости из глубокого космоса.
Так же, как археологи копают глубже, чтобы найти более древние окаменелости,
несущие свидетельства более удаленных эпох, астрономы вскрывают все более и более глубокие слои времени,
выискивая свет, приходящий от более слабых и потому более далеких объектов.
Хаббл начал новую эру, которую мы можем назвать «астроархеология», и которая началась под Рождество1995 года.
Направлять самый изощренный телескоп мира на один и тот же участок неба в течение десяти дней подряд, быть может,
немножко странно. Так и думали многие астрономы, когда они попробовали сделать это в первый раз в конце 1995 года.
Наблюдение глубокого поля – это долгие экспозиции отдельных участков неба.
Их целью является найти слабые объекты, собирая как можно больше света за длинный период времени.
Чем «глубже» идет наблюдение, тем более слабые объекты становятся видимыми.
Небесные объекты могут выглядеть слабыми либо потому, что их собственная яркость мала, либо потому, что расстояние до них велико.
«Когда этот эксперимент был предложен впервые, никто на самом деле не знал,
приведет ли это к каким-нибудь интересным научным результатам.
Но когда мы впервые взглянули на изображение, мы были потрясены! Мы смогли увидеть более 3000 галактик в этом маленьком поле».
Наблюдавшаяся область неба в Большой Медведице, Большой Провал,
была тщательно выбрана, как самая пустая, так, чтобы Хаббл смотрел далеко,
за звезды нашего собственного Млечного Пути и мимо близлежащих галактик.
Тысячи галактик, наблюдавшиеся в первом глубоком обзоре,
были на разных стадиях эволюции, и были растянуты вдоль коридора в миллиарды световых лет.
Это позволило астрономам изучать эволюцию этих объектов во времени,
глядя на различные галактики на разных этапах их жизни.
В следующий раз длинная экспозиция была сделана в южном небе.
Вместе северный и южный участки глубокого обзора впервые дают астрономам возможность посмотреть в глазок на древнюю Вселенную.
Некоторые из объектов, видимые на снимках, настолько слабы, что увидеть их так же трудно,
как вспышку фотоаппарата на Луне с Земли.
«Мы можем определенно сказать, что глубокий обзор Хаббла открыл настоящую новую эру наблюдательной космологии.
Он сформировал наш взгляд на далекие области Вселенной».
Глубокий обзор Хаббла вызвал настоящую революцию в современной астрономии.
После первого глубокого обзора почти все наземные и космические телескопы были долгое время направлены
на тот же самый участок неба. Некоторые из наиболее интересных результатов астрономии появились в этом
плодотворном сотрудничестве инструментов с различным оборудованием и чувствительных к разным длинам волн.
Они дали нам первую ясную картину скорости звездообразования по всей Вселенной.
Поразительно, но оказалось, что оно имело пик несколько миллиардов лет спустя возникновение Вселенной.
В то время звезд формировалось в десять раз больше, чем сейчас.
Как только они начали открывать когда-либо виденные наиболее далекие части Вселенной,
астрономы Хаббла постарались сместить свои наблюдения еще дальше назад в прошлое.
В 2003 и 2004 годах Хаббл выполнил глубочайшую за все время экспозицию: Сверхглубокий обзор Хаббла.
Это 28-дневная экспозиция, идущая значительно глубже, чем сделанные
ранее северный и южный глубокие обзоры Хаббла.
Сверхглубокий обзор Хаббла выявляет первые галактики, проявляющиеся из так называемых «темных веков» -
времени вскоре после большого взрыва, когда первые звезды разогрели холодную темную Вселенную.
Сразу же после Большого Взрыва в новорожденной быстро расширяющейся Вселенной –
до эры звезд и галактик распределение вещества было совершенно однородным.
По мере того, как время шло, царица всех сил – гравитация – начала действовать. Медленно, но упорно...
Под влиянием гравитации таинственной темной материи маленькие облачка обычной материи
начали сжиматься в областях, где плотость была слегка выше средней. Во Вселенной были темные века без звезд, освещающих космос.
Там, где плотность облачков стала выше, притягивалось еще больше материи,
и соревнование между расширением пространства и гравитацией началось.
Там, где гравитация победила, области перестали расширяться и начали сжиматься.
Родились первые звезды и галактики.
Там, где плотность вещества была самой высокой,
– на пересечениях огромных сетеобразных структур вещества, -
сформировались самые большие из всех известных нам структур: скопления галактик.
Изображения глубокого обзора заполнены широким рядом галактик различных размеров, форм и цветов.
Астрономы проведут годы, изучая мириады форм галактик на этих снимках,
чтобы понять, как они сформировались и эволюционировали с момента Большого Взрыва.
Ярким контрастом к богатому урожаю классических спиральных и эллиптических галактик
является зоопарк неправильных галактик, засоряющих поле. Некоторые выглядят как зубочистки,
некоторые – как звенья браслета. Несколько взаимодействуют друг с другом.
Их странные формы ох как далеки от величественных спиральных и эллиптических галактик, которые мы видим сегодня.
Эти неправильные галактики представляют собой хронику того периода, когда Вселенная была более хаотичной,
когда порядок и структура только начали проявляться.
Одной из замечательных особенностей Хаббла является то, что на его борту смонтировано много инструментов,
которые могут проводить различные наблюдения в одно и то же время.
Сверхглубокий обзор Хаббла – это на самом деле два разных изображения, полученных двумя инструментами
– ACS камерой и инструментом NICMOS. Последний видит даже дальше, чем ACS.
Он принимает инфракрасный свет, поэтому способен наблюдать самые далекие галактики,