Презентация "Телескоп хаббл - космическая обсерватория" по астрономии – проект, доклад

ТЕЛЕСКОП ХАББЛ- КОСМИЧЕСКАЯ ОБСЕРВАТОРИЯ

Воробьёв С.И.

Эдвин Хаббл (1889-1953)

Великий астроном ХХ столетия. Родился в 1889 г. в штате Миссури. В юности и молодости больше отличался спортивными, чем научными талантами. Учился в Чикагском Университете и в Оксфорде - изучал юрисдикцию. Только спустя некоторое время после получения диплома и возвращения в Штаты решил посвятить себя астрономии. В начале 20-х поставил точку в споре о том, что такое спиральные туманности, увидев множество отдельных звезд (в том числе, переменные цефеиды) в туманности Андромеды и определив по порядку величины расстояние до нее (все-таки в несколько раз занизив это расстояние). Этого было достаточно, чтобы твердо заявить: спиральные туманности являются галактиками, подобными нашей - грандиозными образованиями из миллиардов звезд и находятся на расстоянии в миллионы световых лет от нас. В 1929 году Эдвин Хаббл выводит свой знаменитый закон: галактики разлетаются со скоростью пропорциональной расстоянию между ними. Это было сделано на статистическом уровне: расстояние до галактики в среднем обратно пропорционально квадрату ее яркости.

Космический телескоп "Хаббл"

"Хаббл" - это телескоп-рефлектор (впоследствии будем употреблять его имя без кавычек) с зеркалом диаметром 2.4 м. - по земным понятиям немаленький, но на земле уже есть телескопы с зеркалами диаметром до 10 м (например, Keck1 и Keck2). Им, тем не менее далеко до Хаббла. Телескоп в основном Американский, хотя кроме NASA в проекте участвует Европейское Космическое агентство (ESA). О таком телескопе мечтали еще в 40-х годах. Проектировался и строился он в 70-х - 80-х, и после ряда отсрочек, был запущен Шаттлом в апреле 1990 г. Увы, не все оказалось в порядке, но сначала о том, как планировалась эксплуатация Хаббла. Сначала предполагалось спускать телескоп на Землю с помощью Шаттла через каждые 5 лет, чинить, подправлять, совершенствовать, кроме этого, каждые 2.5 года обслуживать на орбите. Часть "железа" телескопа имела срок надежности порядка 2.5 лет. Однако из-за опасения загрязнений и деформаций при подъемах от наземного обслуживания отказались и решили обойтись трехлетним циклом обслуживания на орбите. Так вот, после запуска у Хаббла оказалось слегка деформированным главное зеркало: на 2 микрона с краю относительно центра. 2 микрона это 4 - 5 длин волн света, т.е. разрешение ухудшается почти на такую же величину. В результате телескоп оказался подслеповатым и лишь умеренно превосходил наземные телескопы в разрешении. В 1993 году при полете Шаттла к Хабблу на телескоп была поставлена корректирующая оптика - все равно, что очки. Эффект превзошел все ожидания: телескоп видел лучше, чем изначально планировалось. Следующие сервисные полеты Шаттла были в 1997 и 1999 годах и тоже оказались очень успешными.

Cверхмассивная черная дыра выдувает пузырь

На снимке центр близкой галактики NGC 4438, которая находится в скоплении Девы в 50 миллионах световых лет от нас. Перед нами пример активного галактического ядра. Это значит, что в центре галактики находится свермассивная (от миллионов до миллиардов солнечных масс) черная дыра, которая всасывает большие количества газа. На снимке отчетливо виден розовый пузырь, поднимающийся из темной пылевой полосы. Это - своеобразное проявление струи частиц и потока магнитной энергии (джета), бьющей по направлению оси вращения черной дыры. Такие струи обычно бьют симметрично в двух направлениях, но та которая направлена к нам, всегда видна лучше. Вторая струя угадывается снизу, как несколько розоватых комков. Обычно активные ядра испускают длинные струи, а не пузыри. Здесь, по-видимому, струя не смогла пробить себе длинный канал и, врезаясь в плотную окружающую среду, раздувается в виде пузыря. Его размеры около 800 световых лет.

В полярном сиянии Юпитера отражаются его спутники

На снимке Космического телескопа НАСА - полярное сияние на Юпитере. Это не первый снимок такого рода - полярное сияние на Юпитере и на Сатурне уже снималось Космическим телескопом, оно обычно окружает овалом магнитный полюс планеты. Овальное кольцо видно и на этом снимке, но здесь присутствуют дополнительные очень интересные детали - светящиеся следы трех крупных спутников Юпитера. Яркое пятно с "хвостом" слева - след Ио, пятно вблизи центра - след Ганимеда, чуть вниз и вправо от него - след Европы.

Облако молодых звезд как результат столкновения галактик

То, что похоже на голову птицы, наклонившейся над пищей, является результатом столкновения галактик: большой спиральной, чье ядро не затронуто и маленькой, находящейся в нижнем правом углу снимка. Галактики не просто гравитационно взаимодействуют - они действительно перенесли столкновение. Когда сталкиваются галактики, со звездами ничего не происходит - вероятность их столкновения ничтожна и они свободно пролетают сквозь чужую галактику. Зато межзвездная среда (газ пыль и магнитное поле) испытывает настоящее столкновение со сжатием и ударными волнами. Ударное сжатие, дает старт дальнейшему сжатию облаков межзвездной среды под действием собственного тяготения и, в конечном счете, образованию звезд.

Обломки кометы

Этот снимок Хаббла разрешает загадку кометы Linear (название можно перевести как "линейка" или как "длинная тонкая") у которой исчезло ядро. Видно, что ядро развалилось на рой маленьких комет, глыб из льда и грязи не более 30 м в поперечнике. Сабый левый обломок может быть остатком ядра, группа остальных обломков летит правее. Комета развалилась 26 июля, когда пролетала ближе всего к Солнцу. Снимок сделан 5 августа, когда комета находилась в 102 миллионах км от Земли.

Планетарная туманность там, где ее не должно быть

Находясь в 40 000 световых годах от Земли, М15 является одним из примерно 150 известных шаровых скоплений, которые образуют огромное гало вокруг галактики. Каждое из этих скоплений состоит из сотен тысяч древних звезд. На снимке, подготовленном группой Наследия Хаббла, звезды - в их настоящем цвете. Самые яркие звезды скопления - красные гиганты оранжевого цвета (температура их поверхности ниже, чем у Солнца). Если бы мы жили в центре М15, небо бы сияло десятками тысяч ярких звезд днем и ночью.

Развитие туманности у нас на глазах

На трех снимках, сделанных в разное время, видно движение облаков светящегося газа, выбрасываемых молодой двойной системой XZ Тельца. Фактически, это основание (струи) - явления, типичного для новорожденных звезд. Газ выбрасывается невидимым на снимке замагниченным газовым диском, вращающимся вокруг одной или обеих звезд. Скорость выброса около 150 км/с. Выброс существует всего 30 лет, его размер около 600 астрономических единиц (96 миллиардов километров). Хаббл впервые снял этот выброс в 1995, затем в 1998 и 2000. На снимках видны драматические изменения между 1995 и 1998. В 1995 край облака имел ту же яркость, что и середина. В 1998 край внезапно стал ярче. Это увеличение яркости, как ни парадоксально, связано с охлаждением горячего газа с краю: охлаждение усиливает рекомбинацию электронов и атомов, при рекомбинации излучается свет. Т.е. при нагреве затрачивается энергия на отрыв электронов от атомов, а при охлаждении эта энергия высвобождается в виде света. Это первый случай, когда астрономы видят такой эффект.

Силуэт галактики

Пара спиральных галактик, уникально расположившихся на луче зрения. Подсветка от задней, большей галактики проявляет всю пыль в передней галактике, удачно ориентированной плашмя к нам. Cледует обратить внимание на то, как внешние рукава меняются со светлого (на фоне темного пространства) на темное (на фоне галактики). Маленькое красное пятно около центра снимка является ядром задней галактики. Изначально оно вовсе не красное, но свет краснеет, проходя через "дымку" передней галактики, точно так, как Солнце краснеет на закате. Пара находится в 140 миллионах световых лет в созвездии Гидра.

Туманность ''Полумесяц'' и саморазрушающаяся звезда

Суть изображенного на снимке состоит в следующем. Звезда, породившая туманность, примерно 250 тысяч лет назад была красным сверхгигантом с массой в несколько десятков раз больше солнечной. Затем сверхгигант сбросил оболочку и превратился в очень редкую и короткоживущую звезду Вольфа-Райе, которая сейчас находится в центре туманности. Эти звезды чрезвычайно горячи и испускают бурный звездный ветер со скоростью около 2000 км/с, в который уходит одна масса Солнца за 10000 лет. То, что видно на снимке, является ударной волной от столкновения звездного ветра с рассеявшейся оболочкой былого сверхгиганта. Значительная часть этой оболочки находится вне ударной волны и не видна на снимке. Сама ударная волна предстает на снимке в голубом цвете (использован искусственный цвет: горячо - голубой, красный - прохладнее). Из-за неустойчивостей газ за ударной волной разбивается на комки и волокна.

Туманность "Спирограф"

Планетарная туманность IC 418 находится в 2000 световых годах от Земли. Ее диаметр - около 0.1 светового года. Снимок получен на основе нескольких экспозиций, сделаных через светофильтры, выделяющие линии определенных элементов, и дан в искусственных цветах: красный - излучение ионизованного азота, зеленый - водорода, синий - ионизованного кислорода (самый горячий газ, близкий к центральной звезде). Замечательная текстура, делающая туманность похожей на ограненный бриллиант, впервые обнаружена на этом снимке, ее происхождение пока не понято.

Туманность-призрак в Плеядах

На снимке Космического телескопа - темное межзвездное облако пыли и газа в процессе разрушения и выметания светом яркой звезды в скоплении Плеяды. Облако - плотное и холодное и светится отраженным светом звезды, подобные объекты называются туманностями отражения. Так светилось бы в свете звезды твердое тело. Эта туманность была открыта американским астрономом Барнардом в 1890 г. Он наблюдал ее в 36-дюймовый телескоп Ликской обсерватории, описав как необычно яркую туманность вблизи яркой звезды Плеяд - Меропе. Ярка туманность только потому, что очень близка к яркой звезде - 0.06 световых года или 3500 астрономических единиц.

Умирающие звезды в соседней галактике

С наземных телескопов в соседней галактике - Большом Магеллановом Облаке - предстают маленькими пятнышками света. Хаббл разрешает эти точки на облака газа разнообразных форм. С помощью Хаббла в Большом Магеллановом Облаке исследовали 27 умирающих звезд, называемых планетарными туманностями. Шесть туманностей, приведенных на снимке, показывают их ассортимент в галактике. Три из них дают примеры биполярных туманностей - двойных пузырей газа, испускаемых умирающей звездой. Три других: одна - в форме колеса - называется "точечно - симметричной" туманностью, одна имеет эллиптический вид, и одна, состоящая из четырех лопастей газа, называется "квадру- польной" туманностью.

Фейерверк звездообразования освещает галактику

На снимке - близкая галактика NGC 4214 (в 13 миллионах световых лет), в которой бурно образуются скопления звезд из межзвездного газа и пыли. На снимке можно видеть разные этапы эволюции звездных скоплений. NGC4214 содержит множество слабых звезд, которые покрывают большую часть снимка, но в картине доминируют облака светящегося газа, окружающего молодые яркие скопления. Внизу справа находятся самые молодые из этих скоплений, они еще окутаны плотными облаками газа и пыли.

Центр крабовидной туманности

Это один из многих снимков знаменитой - остатка взрыва сверхновой 1054 г., описанного китайскими астрономами. Данные получены в 1995 г. Широкоугольной Планетарной Камерой 2 через 5 светофильтров. Снимок приводится в искуственном цвете. Растрепанные лохмотья состоят из газа внешних слоев взорвавшейся звезды, они разлетаются со скоростью более тысячи километров в секунду. В центре снимка находятся две звезды. Нижняя из них не звезда, а , его свет не имеет ничего общего со светом звезды и к тому же он мигает, как маяк, с частотой 30 раз в секунду. Это остаток от взрыва - вращающаяся . Желто-зеленые волокна внизу снимка находятся с нашей стороны от пульсара и летят к нам. Оранжевые и розовые волокна вверху снимка находятся за пульсаром и летят от нас.