Имя «Хаббла» стало нарицательным для телескопа. Далеко не каждый может вспомнить, чем занимаются «Спитцер» или «Кеплер», но «Хаббл» знают все. Его фотографии перекочевали на логотипы браузеров, обложки музыкальных альбомов и принты на одежде. Это тот редкий случай, когда исключительная известность полностью соответствует научной значимости: данные телескопа позволили сделать открытия самого фундаментального, космологического уровня. Однако, если начинать вспоминать историю «Хаббла», очень быстро становится понятно, что всего этого могло бы и не быть, если бы не свернутая сейчас программа космических шаттлов.

Герман Оберт (Фотография: Wikimedia commons)
Первое предложение о выводе телескопа в космос было сделано австрийским пионером ракетостроения Германом Обертом в далеком 1923 году, когда его реализация выходила за пределы возможностей человечества. Второй раз призыв расположить телескоп в космосе прозвучал в 1946 году – том самом, когда американцы только-только сфотографировали Землю из космоса с борта трофейной «Фау-2». Тогда аргументы астрофизика Лаймана Спитцера, приведенные им в работе «Астрономические преимущества внеземной обсерватории», были констатацией очевидных фактов: земная атмосфера турбулентна, что раз в 10 снижает разрешение наземных телескопов, к тому же она почти полностью поглощает инфракрасное и ультрафиолетовое излучение, не давая астрономии развиваться за пределами видимого диапазона. В 1962 году его выводы были подтверждены малыми британскими и американскими космическими УФ-телескопами.
Упорство ученого дало свои плоды — в 1968 году NASA инициировало проект Большого орбитального телескопа с трехметровым зеркалом и возможностью наблюдений как в видимом, так и в УФ и ИК-диапазонах. Увы, объяснить Конгрессу необходимость расходов, равных стоимости 20 наземных пятиметровых телескопов, оказалось очень сложно. В 1974 году программу прикрыли и астрономическому сообществу пришлось буквально осаждать конгрессменов, лично встречаясь с ними, и агитировать за программу. Наконец, через три года Конгресс утвердил ее — с вдвое урезанным бюджетом.
Чтобы запустить в таких условиях достаточно эффективный аппарат, пришлось не только привлечь к финансированию Европейское космическое агентство, но и проявить чудеса изобретательности. Вместо трехметрового зеркала решили использовать 2,4-метровое, по образцу зеркал американских спутников-шпионов проекта KH-11, благо технологии его создания уже не требовали отработки.

Запуск «Хаббла», 1990 год (Фотография: NASA/ESA)
Несколько хуже оказалось ситуация с зеркалом. Компания Perkin-Elmer, начавшая его изготовление в 1979 году, одновременно делала такие же зеркала для целой серии военных спутников. Как впоследствии жаловались в NASA, Perkin-Elmer «доверили проект не лучшим своим оптикам». Хотя зеркало «Хаббла» было отполировано с феноменальной точностью до 10 нанометров, эта процедура заняла у компании целых шесть лет, а лимит расходов был превышен в несколько раз. Получив окно запуска на 1986 год, проект «Хаббл» вытянул не лучший жребий. В том самом году произошла катастрофа «Челленджера», на годы свернувшая полеты шаттлов. Поскольку США в те годы не могли законтрактовать «Протоны» или Falcon, запуск состоялся лишь 24 апреля 1990 года на борту «Дискавери».

Фотография: NASA/ESA

Первый снимок, сделанный телескопом Хаббл
Увы, надежды Института космического телескопа, обеспечивавшего наземное сопровождение «Хаббла», сразу после запуска оказались под угрозой. Изображения объектов почему-то получались очень размытыми, что делало невозможным реализацию основной космологической программы «Хаббла». Как выяснило расследование специальной комиссии NASA, «не лучшие оптики», которых Perkin-Elmer по остаточному принципу назначила на гражданский проект, неверно собрали главный нуль-корректор, проверявший кривизну зеркала, а заметив ошибку, «просто вставили в образовавшийся зазор металлическую шайбу». В итоге кривизна зеркала у края оказалась слишком низкой, и отражавшийся от них свет фокусировался совсем не там, где свет от центра зеркала. Разрешение снимков оказалось в целых десять раз ниже, чем планировалось.
Если бы подобная проблема всплыла сегодня, все на этом бы и закончилось, а астрономам пришлось бы ограничиться снимками пониженной резкости: кораблей, способных ремонтировать космические телескопы, у нас сегодня нет. К счастью, в те годы шаттлы еще не были списаны из-за своей высокой аварийности. С помощью одного из них в 1993 году на «Хаббл» поставили два зеркала, корректирующие сферическую аберрацию по тем же принципам, что очки корректируют зрение человека (система COSTAR). Правда, чтобы разместить ее в том же корпусе, пришлось убрать из аппарата высокоскоростной фотометр, но на общем фоне восстановления возможностей «Хаббла» это был не слишком важно.

Фотография: NASA/ESA
Сверхновые типа Ia возникают на базе однородных объектов – белых карликов. Они «вытягивают» так много газа из звезды-соседа, что превышают предел Чандрасекара в 1,44 солнечных масс. После этого тяготение белого карлика становится таким мощным, что он коллапсирует в нейтронную звезду — это сопровождается мощным термоядерным взрывом во внешних слоях. А раз взрыв происходит при одной и той же массе, значит и светимость взрывов сверхновых типа Ia всегда одинакова. Остается лишь сравнить красное смещение (скорость удаления от земного наблюдателя) с абсолютной яркостью, чтобы понять, насколько далеко от нас расположена каждая такая сверхновая, и с какой скоростью она от нас удаляется.
В 1998 году сразу несколько групп исследователей (Перлмуттера, Шмидта и Рейса) обнаружили, что сверхновые этого типа с определенного момента – примерно 5 миллиардов лет назад – стали удаляться от нас чересчур быстро – быстрее, чем предполагала физическая картина мира того времени. Все ранее существовавшие космологические модели предполагали, что расширение Вселенной замедляется – и оказались неверны. Именно так было открыто ускоряющееся расширение Вселенной.
Это открытие, в котором именно «Хаббл» сыграл одну из ключевых ролей, заставило предположить существование некоего фактора, заставляющего Вселенную расширяться вопреки силам притяжении между звездами и галактиками. Такой фактор получил название темной энергии, предположительно равномерно заполняющей все существующее пространство и отличающейся от обычной отрицательным давлением, «расталкивающим» Вселенную в разные стороны. У этой концепции еще очень много проблем: напрямую обнаружить темную энергию (по массе доминирующую во Вселенной) пока не удается, нет и точного теоретического понимания ее природы.
Тем не менее уже сейчас она изменила наше представление о будущем Вселенной. Теперь мы знаем, что благодаря темной энергии со временем все звезды за пределами нашего сверхскопления галактик исчезнут за горизонтом событий. Эти наблюдения за сверхновыми сделали стандартной нынешнюю космологическую модель Лямбда-CDM, которая до того считалась расходящейся с астрономическими наблюдениями.

Фотография: NASA/ESA
Близкими по значимости были открытия, совершенные «Хабблом» в отношении прошлого Вселенной. Измеряя скорость ее расширения, телескоп помог уточнить постоянную Хаббла во много раз, в результате чего возраст Вселенной, ранее оценивавшийся в 12-15 млрд лет, был уточнен до 13,8 млрд лет.

Фотография: NASA
Вплоть до сего дня теоретики все еще работают над тем, какие именно механизмы ответственны за столь быстрое появление звезд и галактик. Но каким ни был ответ на этот вопрос, он существенно изменит наше представление о далеком прошлом Вселенной.
Высокое разрешение «Хаббла» указало и на одну из причин быстрой эволюции галактик: анализ движения звезд и газа в центре нашей и многих других галактик обнаружил там следы сверхмассивных черных дыр. Как вскоре выяснилось, их гравитационное воздействие существенно изменяет распределение звезд вокруг них и определенно влияет на эволюцию галактических систем в целом.Уже в 2001 году спектрографам этой космической обсерватории удалось выявить следы натрия в атмосфере гигантской экзопланеты, впервые дав человечеству достоверные сведения о химическом составе атмосфер за пределами Солнечной системы. А в 2008 году в газовой оболочке другой планеты-гиганта обнаружились молекулы воды и метана. Конечно, исходно телескоп не планировали использовать для анализа экзопланетных атмосфер, все эти открытия делались на пределе его возможностей. Тем не менее, они породили идею создания специализированных космических телескопов как раз для для поиска следов кислорода и хлорофилла в атмосфере небольших экзопланет в зоне обитаемости. Излишне говорить, какими могут быть последствия подобных открытий.

Фотография: NASA
Данные телескопа не породили бы 12 800 научных статей, если бы Институт космического телескопа, учрежденный NASA для обработки данных аппарата, не ввел политику открытого распределения полученных данных среди научных коллективов по всему миру. Именно в таких архивных данных телескопа сторонними исследователями были обнаружены несколько спутников Плутона и Нептуна, не говоря о массе других находок. Возникло понимание того, что столь мощный инструмент просто не использовать без открытости научных данных, поэтому множество последующих космических телескопов также перешли на ту же модель «раздачи» информации. Именно так возникло сообществу волонтеров-любителей Planet Hunters, которые смогли найти в открытых данных «Кеплера» десятки планет, незамеченных профессионалами.
Многолетняя эксплуатация «Хаббла» сформировала четкое техническое видение того, какими должны быть его преемники. И готовящийся к запуску в 2017 году Transiting Exoplanet Survey Satellite (Спутник изучения транзитных экзопланет, TESS) и «Джеймс Уэбб», что взлетит в 2018 году, не будут использовать низкую околоземную орбиту, как «Хаббл». Их разместят на удалении в миллион-полтора километра от Земли, где на них минимально будет влиять ее гравитация (в т.ч. в точке Лагранжа) и свет Солнца.

Фотография: NASA
Чтобы преуспеть там, где не справился предшественник, они будут оснащены более совершенными ПЗС-матрицами, и складными зеркалами («Уэбб») из шестигранников, общим диаметром 6,5 м – это в десятки раз больше по площади, чем зеркало, которое «Хаббл» позаимствовал у спутников-шпионов 70-х. Новое зеркало делают не из стекла, а из бериллия, поэтому оно намного тоньше и легче на единицу площади.
Считается, что благодаря этому зеркалу «Джеймс Уэбб» сможет собрать ИК-излучения как от самых ранних звезд и галактик Вселенной, так и от экзопланет красных карликов в окрестностях Солнечной системы. Предполагается, что коронограф, позволяющий затенять свет звезды наблюдаемой системы, позволит аппарату выявить у них и следы жизни – если они там, конечно, будут.
Для детального анализа землеподобных планет у желтых звезд типа Солнца возможностей нового телескопа не хватит: слишком далеки такие планеты от своей звезды и слишком трудно их наблюдать. Но если учесть, что большинство звезд Вселенной являются не желтыми, а красными карликами, где зона обитаемости много ближе к светилу, то перспективы поиска жизни за пределами Солнечной системы начинают выглядеть умеренно оптимистично.
Борис Александров