Исследователи космоса

История

Космический телескоп "Хаббл", запущенный в 1990 году, за последние 30 лет произвел революцию в астрономии, предоставив невероятно детальные изображения Вселенной. Однако вскоре после его запуска ученые обнаружили проблему, которая угрожала его способности получать четкие и ясные изображения. Поэтому им пришлось разработать инновационное решение и провести последующий ремонт на орбите, которое позволило бы телескопу выполнять свою работу без дальнейших проблем.

Первые исправленные снимки "Хаббла" появились ровно тридцать лет назад, 13 января 1994 года, и наглядно показали, что проблема, мешавшая его бесперебойной работе, была решена. Успешный ремонт стал переломным моментом для миссии, позволив "Хабблу" получать четкие изображения и способствовать важнейшим научным открытиям в астрономии, которые продолжаются до сих пор.

Первые проблемы

В июне 1990 года, во время первых наблюдений с помощью "Хаббла", астрономы заметили, что изображения получаются удивительно размытыми. После тщательного анализа они обнаружили, что проблема заключается в эффекте сферической аберрации, вызванной ошибкой в кривизне первичного зеркала. Этот дефект искажал свет, исходящий от небесных объектов, что снижало точность получаемых изображений.

Источник проблемы был обнаружен в процессе изготовления первичного зеркала, в частности, при использовании неисправного измерительного прибора. Кривизна зеркала не соответствовала требуемым характеристикам, из-за чего изображения, проецируемые на матрицу телескопа, искажались. Этот технический недостаток ставил под угрозу научную достоверность наблюдений и репутацию миссии в целом.

Поэтому необходимо было найти инновационное решение, чтобы исправить ошибку и заставить телескоп "Хаббл" работать с максимальной отдачей.

Успешный ремонт

Выявив проблему, ученые и инженеры быстро приступили к разработке решения и восстановлению полной функциональности ценного космического инструмента. Было решено установить корректирующий прибор - Corrective Optics Space Telescope Axial Replacement (COSTAR), предназначенный для компенсации сферической аберрации.

Первая миссия по ремонту телескопа Хаббл, известная как STS-61, была запущена 2 декабря 1993 года. В ходе этой миссии экипаж астронавтов под руководством командира Ричарда Кови успешно установил COSTAR, а также новую камеру и усовершенствованный спектрометр.

Эти приборы были разработаны для улучшения наблюдательных возможностей телескопа и смягчения последствий неисправности основного зеркала.

Последующие открытия

Успех ремонта закрепил роль телескопа "Хаббл" как первоклассного инструмента для небесных наблюдений, внесшего значительный вклад в наше понимание Вселенной и фундаментальных законов физики. Период после ремонта характеризовался целым рядом значительных успехов. За эти годы телескоп "Хаббл" помог измерить расширение Вселенной, предоставив важные данные, которые привели к открытию темной энергии - загадочной силы, которая приводит в движение ускорение космического расширения.

Хаббл также исследовал самые отдаленные уголки космоса, получив изображения древних галактик и наблюдая за процессами звездообразования в самых отдаленных регионах. Благодаря его возможностям получения изображений ученые смогли изучить атмосферы экзопланет и проанализировать свойства галактик, получив ценные данные для космологии и астрофизики.

Кроме того, телескоп "Хаббл" сыграл решающую роль в определении свойств близлежащих галактик и в открытии уникальных небесных объектов, таких как Крабовидная туманность. Кроме того, его наблюдения позволили идентифицировать несколько сверхновых, что способствовало нашему пониманию процессов, лежащих в основе окончания звездной жизни.

Поздними зимними вечерами созвездие Возничего, украшенное яркой желтоватой Капеллой, поднимается в зенит северных небес. Именно сейчас самое лучшее время для созерцания этого созвездия и наблюдения его астрономических достопримечательностей, а их в Возничем предостаточно, ведь именно здесь проходит зимняя ветвь Млечного пути. Млечный путь наполняет это созвездие многочисленными звездными скоплениями и туманностями. Да и просто интересных звезд здесь не счесть.

Сегодня наш разговор о “Пылающей звезде” — AE Возничего, и об одноименной туманности, которая в каталоге имеет номер IC 405.

Возможно, она — одна из самых слабых звезд созвездия Возничего, видимых глазом. Звезд такой яркости в Возничем под сотню. Почему же мы выбрали именно эту?

Астрономам интересны все звезды на небе — без исключения. К тому же, нет другого способа отыскать нечто интересное, как только исследовать всё. Но в отношении AE Возничего помог Его Величество Случай.

Пространственное расположение звезды таково, что находится она в самой плотной области газопылевой туманности, коих в пределах созвездия Возничего немало. Звезда освещает туманность, благодаря чему последняя становится видимой.

Некоторым наблюдателям раньше казалось, будто звезда окружена пламенем, переливающимся различными цветами и оттенками. А современные фотографические изображения, полученные с многочасовым накоплением света, открывают здесь поразительные детали, рассматривать и изучать которые можно вечность.

В свечении туманности задействованы сразу два процесса — отражательный (межзвёздная пыль просто отражает и рассеивает свет звезды) и эмиссионный (это реальное свечение облаков водорода, из которого на 99% и состоит туманность, под действием мощного излучения звезды AE Возничего — фотоны ультрафиолета, излучаемого звездой, возбуждают атомы водорода туманности). Может даже показаться, что межзвездное пространство в этой части галактики наполнено плотным осязаемым газом. На самом деле плотность вещества здесь лишь немного выше, чем в среднем по Млечному пути. В окрестностях Солнца плотность водорода может составлять порядка 1 атома на 2-3 кубических сантиметра. А в туманностях, подобных “Пылающей звезде”, на 1 кубический сантиметр может приходиться от десятка атомов в относительно разреженных областях, до 100 или 1000 атомов в более плотных и ярких зонах. Но это все равно очень и очень глубокий вакуум, относительно среды обитания человека, кубический сантиметр которой содержит не тысячи и не миллионы, а миллиарды миллиардов атомов.

Межзвездные туманности огромны. Простирающиеся через световые годы, они как-будто представляют собой “видимое ничто”, но будучи сконцентрированными в небольшой области пространства туманности рождают звезды — массы одной туманности вполне может хватить на созидание десятков, сотен и даже тысяч звезд.

При этом, звезды, рожденные в водородных облаках, обычно не остаются в них навсегда, и стремятся покинуть место своего рождения.

Каким образом?

Это мы сегодня узнаем.

AE Возничего — нерегулярная переменная звезда (относится к так называемым “Орионовым” переменным, часто встречающимся среди молодых звезд, еще не выбравшихся из своих родительских туманностей — в туманности Ориона таких много, кстати) — образовалась не в той туманности, которая сейчас озарена её звездным пламенем. Через эту туманность звезда сейчас просто пролетает (подобно звездам скопления Плеяды). И не будь звезды AE Возничего в этом месте пространства, мы бы сейчас не наблюдали эту туманность.

Но астрономы эту туманность наблюдают. Понимают, что видимость туманности обусловлена наличием в её центральной области яркой и очень горячей (одной из самых горячих!) звезды. И на всякий случая пытаются узнать о звезде побольше.

Измеряют спектр, температуру, расстояние, направление и скорость движения… и тут выясняется, что AE Возничего буквально прошивает эту туманность подобно аннигиляционному звездному крейсеру — со скоростью более 200 километров в секунду, что на порядок быстрее средних относительных звездных скоростей в этой части Млечного пути.

Звёздные следы привели ученых в самое сердце Туманности Ориона, где ныне красуется знаменитая “Трапеция Ориона” — кратная звездная система из очень молодых светил. Именно здесь, а не в водородных облаках созвездия Возничего, начала свой путь наша звезда примерно два — три миллиона лет назад.

Но звезда — не звездный крейсер. И вот так просто отправиться в полет звезда сама по себе не может. Что-то должно было этому способствовать — возможно, какая-то другая звезда. Ну, а что еще во Вселенной есть такое, что способно двигать звезды? — только другие звезды!

Надо было найти как-минимум еще одну звезду — соучастницу побега. И такая звезда нашлась. Это — Мю Голубя.

Если мы отложим расстояние от туманности Ориона к северу до центральной части созвездия Возничего, где ныне горит “Пылающая звезда”, но только в противоположную сторону, это приведет нас в созвездие Голубя (оно как раз расположено к югу от Ориона), где со столь же высокой скоростью летит сквозь пространство столь же молодая и горячая звезда, по всем характеристикам соответствующая светилам, рожденным в Туманности Ориона.

Мю Голубя оказалась буквально “близнецом” звезды AE Возничего.

Два с небольшим миллиона лет назад оба светила составляли двойную звездную систему и медленно дрейфовали сквозь пелену породившей их туманности. Но им на пути встретилась еще одна звездная пара, которая своей гравитацией спутала все их планы — равновесие в системе было потеряно и звезды с большими скоростями разлетелись в противоположных направлениях. Теперь им уже никак и никогда не встретиться. Сейчас на земном небосводе эти звезды разделены угловым расстоянием порядка 70 градусов. А если учесть линейное расстояние до каждой из них — 1450 световых лет до AE Возничего и 1300 световых лет до Мю Голубя, можно сделать вывод, что сейчас эти звезды разделены линейным расстоянием того же порядка — около полутора тысяч световых лет друг от друга. При этом, каждая звезда преодолела путь из Туманности Ориона длиной около 750 световых лет за 2,5 млн лет.

За это время в их родительской туманности много изменилось — какие-то звезды уже отгорели своё, а какие-то совсем недавно родились. Например, знаменитая “Трапеция Ориона” — 16-кратная звездная система — сформировалась и зажглась здесь лишь миллион лет назад, и её не существовало в ту пору, когда AE Возничего и Мю Голубя переживали внезапное расставание… впрочем, и они тогда не имели никакого отношения ни к созвездию Возничего, ни к созвездию Голубя, да и на небе Земли этих созвездий не существовало — звезды в небе нашей планеты миллион лет назад располагались совершенно иначе, каких-то звезд на нем еще не было, зато сияли другие, каких теперь давно нет.

Но звезда-виновница разрушения звездной пары нашлась — ученые отыскали её.

Это Йота Ориона — самая яркая в “Мече Ориона” звезда. Она по прежнему недалеко от места своего рождения. Но ведь не могло случиться так, что некто вмешался в ситуацию, что повлекло за собой катастрофические последствия, а сам остался совершенно незапятнанным. Какие-то следы давней “звездной разборки” должна носить и Йота Ориона.

Хатсия (традиционное название Йоты Ориона) оказалась спектрально двойной звездой. Это означает, что современные — даже самые сильные — телескопы двойственность звезды не показывают. Её обнаруживает спектральный анализ — тем образом, что выявляет периодическое раздвоение основных линий поглощения в спектре звезды. Там, где телескоп видит один источник света, на самом деле присутствуют два, но направление скоростей их движения различно — один источник движется в сторону наблюдателя, другой удаляется от него, а линии в спектре лишь отражают эту динамику. Так проявляется в звездных спектрах знаменитый Эффект Доплера, благодаря которому гудок паровоза имеет более высокий тон, если паровоз едет в нашу сторону. У звезд тоже слегка меняется тон, только не звука, а цветового характера — линии смещаются то в сторону красного конца спектра, то в сторону синего, ведь и звук и свет в сути своей — волны. Красное смещение в спектре далеких галактик имеет ту же природу.

Анализируя спектр Йоты Ориона, ученые пришли к выводу, что орбита её спутника имеет экстремально высокий эксцентриситет (вытянутость), а само собой такое в двойных системах не случается. Нужен кто-то еще, чтобы своим гравитационным влиянием вытянуть орбиту звёздного компаньона.

Сопоставляя параметры разбегания звезд AE Возничего и Мю Голубя с экстремальной орбитой спутника Йоты Ориона астрономам удалось сложить пазл: эта четверка звезд — основные участники давней драмы. И она сложнее, чем может показаться на первый взгляд. Существует несколько сценариев, среди которых и такие, в которых изначально AE Возничего и Мю Голубя не были вместе, а кто-то из них был спутником Йоты Ориона. Но неосторожная встреча на звёздном перекрестке привела к тому, что звезды обменялись компаньонами, но из двух пар уцелела лишь одна — созданная вновь. И это уже настоящая космическая “Санта Барбара”. Впрочем, жизнь звезд порой не менее увлекательна, чем жизнь людей. И быть может мы — находясь на Земле — в своих человеческих судьбах лишь отыгрываем общие для всей Вселенной сценарии встреч и расставаний.

Туманность “Пылающая звезда” занимает на небе площадь сравнимую с диском полной Луны. Но в космическом пространстве имеет размеры около 5 световых лет — это на такое расстояние вокруг себя озаряют своим звёздным светом одноименное с туманностью светило. Но что такое 5 световых лет для звезды, пролетевшей 750 световых лет за каких-то пару миллионов лет? И через несколько тысяч лет AE Возничего покинет эту туманность. Но в пределах созвездия Возничего межзвездный газ и пыль не кончаются. И звезда своим светом будет освещать в разное время всё новые и новые туманности, будто это всё та же туманность летит вслед за звездой, хотя это, конечно, иллюзия.

Такие звезды, как AE Возничего не живут слишком долго. “Пылающая звезда” в 23 раза более массивна, чем наше Солнце, излучает в пространство энергии в 60 тысяч раз интенсивнее чем Солнце, и имеет температуру поверхности 33 тысячи градусов (у нашего Солнца всего лишь 5800). Эта звезда очень расточительна и сгорит за несколько миллионов лет, три из которых она уже прожила. Будь у неё побольше времени, она бы могла покинуть нашу Галактику, её скорость вполне такое позволяет. И возможно именно это и произойдет. Но прежде AE Возничего вспыхнет сверхновой, сбросив свою оболочку, и оставит после себя еще одну туманность, и маленький огарок своего звёздного ядра, превратившись в нейтронную звезду.

Когда это произойдет? В каком созвездии к тому времени окажется “Пылающая звезда” — ответить на эти вопросы сейчас трудно.

Современная астрофизика научилась неплохо отматывать время вспять, и по происходящим сегодня событиям в звездном Мире может показывать причины этих событий в прошлом. Однако, смотреть в грядущее нам все еще довольно сложно. И дело даже не в ограниченности современной науки, а прежде всего в том, что в отличие от прошлого и настоящего грядущее еще не наступило. А нереализованное событие всегда имеет несколько вариантов реализации. Какие-то варианты имеют большую вероятность, какие-то — меньшую, но однозначной предопределенности в нашем Мире не имеет ничто. И именно это свойство нашего мира дает свободу выбора — и людям, и звёздам.

На более широкоугольных снимках видно, что буквально в полутора градусах от туманности “Пылающая звезда” расположена еще одна — сравнимая по видимым размерам — туманность IC 410. В среде любителей астрономии она носит имя “Туманность Головастики”. Не спутайте её с “Галактикой Головастик” — это совсем другое.

Причиной для столь забавного названия послужили извилистые пылевые глобулы в центральной части туманности — будто в пучине звездных морей плывут какие-то странные существа с большой головой и виляя длинным хвостом…

И хотя обе эти туманности кажутся близкими между собой, в реальности “Туманность Головастики” вдесятеро дальше “Пылающей звезды” — расстояние до ней около 12 тысяч световых лет, и находится она буквально на самом краю Галактики Млечный путь. Полезно знать, что когда мы обращаем взгляд на созвездие Возничего, мы смотрим именно прочь от центра Галактики — туда, где ближе всего до галактического рубежа, за которым начинается межгалактическая пустота. И “Туманность Головастики” — возможно — последний форпост Млечного пути. Но здесь тоже кипит звездная жизнь, рождаются новые звезды, у каждой из которых своя собственная уникальная звездная судьба, и ни одна из звезд, не знает свою судьбу наперед.