На прошлой неделе орбитальный телескоп "Гершель" прислал первые сделанные им снимки. На представленной публике фотографии изображена спиральная галактика М51, похожая на множество других спиральных галактик. Тем не менее, публикация фотографий вызвала большой ажиотаж в научном и околонаучном мире. Чем уникален "Гершель" и почему астрономы ждут от него свершений, сравнимых со свершениями знаменитого "Хаббла"?

Что такое "Гершель"?

"Гершель" (Herschel ) является крупнейшим телескопом, запущенным за пределы Земли. Диаметр его главного зеркала - одной из важнейших компонент оптической системы - составляет 3,5 метра. Для сравнения, главное зеркало "Хаббла" примерно на метр уже - его диаметр равен 2,4 метра. От размера главного зеркала напрямую зависит "зоркость" телескопа. Чем оно шире, тем больше излучения сможет собрать.

Диаметр зеркала - не единственное, что отличает "Гершель" от "Хаббла". Огромный телескоп видит Вселенную не в оптическом, а в инфракрасном и субмиллиметровом диапазонах. Все созданные до сих пор космические инфракрасные телескопы по своим размерам даже близко не подходили к "Гершелю". Их зеркала собирали в среднем в 20 раз меньше излучения, чем зеркало нового телескопа.

Зачем нужен инфракрасный диапазон?

Человеческий глаз не способен уловить излучение в инфракрасном диапазоне. Наше зрение ограничено узким интервалом длин волн от 360 до 730 нанометров, получившем название видимого света. Наблюдая пришедший из глубин Вселенной видимый свет, можно получить большое количество информации о звездах, кометах и даже некоторых планетах. Именно видимый свет служил основным источником информации о космосе до середины XX века.

Идея создания огромного орбитального инфракрасного телескопа родилась еще в 1982 году у европейских ученых. Спустя 27 лет ракета-носитель Ariane-5 стартовала с космодрома во французской Гвиане. В разработке телескопа, "ответственным" за который является Европейское космическое агентство, приняли участие десять стран, в том числе, США и Россия. Общая стоимость проекта составила около 1,1 миллиарда евро.

По мере накопления новых знаний астрономы убедились в том, что наши глаза, даже усиленные мощными линзами телескопов, являются малопригодным инструментом для изучения Вселенной. Видимого света в космосе очень мало и он несет лишь малую толику информации о свойствах космических тел. Одним из главных препятствий для видимого света является пыль, которой заполнено космическое пространство. Диаметр частиц пыли сравним с длинами волн видимого света, поэтому пылинки эффективно отражают и поглощают его.

Пыль неизменно окружает зарождающиеся звезды и планеты по той простой причине, что именно из крошечных космических пылинок и газа формируются огромные космические тела. Пыль не задерживает излучение навсегда - она излучает его, но уже не в оптическом, а в инфракрасном диапазоне. Для телескопов, работающих в оптическом диапазоне, пыль является непреодолимым препятствием, скрывающим объекты наблюдения.

Именно в инфракрасном диапазоне светят холодные области Вселенной. Недавние исследования показали, что многие галактики испускают только инфракрасное излучение. В общей сложности, около половины света, испущенного звездами за все время существования Вселенной, было испущено в инфракрасном диапазоне.

Что можно изучать с помощью инфракрасного телескопа?

В первую очередь, инфракрасный телескоп позволяет астрономам увидеть Вселенную без пыли. "Гершель" улавливает испущенное пылинками излучение, полученное от других космических тел. Анализируя его, ученые могут составить представление об исходном свете. Например, о свете, испускаемом во время рождения звезд и планет.

Изначально планировалось, что телескоп будет называться FIRST (Far InfraRed and Submillimetre Telescope - телескоп для изучения дальнего инфракрасного и субмиллиметрового диапазонов). Позже конструкторы решили дать аппарату имя британского ученого Уильяма Гершеля, открывшего инфракрасное излучение.

Еще один объект изучения нового телескопа - это кометы. Они состоят преимущественно из водяного льда, метана и углекислого газа и несут в себе материал, из которого состояла молодая Вселенная. В ходе вселенской эволюции вещества, образовавшиеся в результате Большого Взрыва и вскоре после него, претерпевали многочисленные превращения. Кометы носят в себе частицы первозданного космоса, поэтому их исследование является критически важным для составления картины мира.

"Гершель" сможет изучать не только эволюцию, но и химию Вселенной. Большой Взрыв произвел только три самых легких элемента - водород, гелий и литий - а все остальные образовались в звездных печах. В том числе и элементы, из которых построены живые существа. Изучение химического состава различных областей космоса поможет не только уточнить законы развития звезд, но и (вероятно) прояснить вопрос о механизмах появления жизни.

Как устроен "Гершель"?

Прибор, в котором заложены такие большие возможности, состоит из трех частей. Первая часть - это собственно телескоп, основной деталью которого является 3,5-метровое главное зеркало. Оно защищено от чрезмерного излучения специальным экраном, на котором расположены солнечные батареи, питающие "Гершель". Главное зеркало изготовлено из карбида кремния и отполировано почти до идеальной гладкости (размер неровностей не превышает тысячных долей миллиметра). Небольшие искажения формы главного зеркала приводят к тому, что телескоп становится близоруким. Самый известный пример ослепшего телескопа - это прославленный "Хаббл".

Вторая часть "Гершеля" состоит из трех детекторов, на которые попадает собранный зеркалом свет. Детектор HIFI (Heterodyne Instrument for the Far Infrared) улавливает излучение в диапазоне от 157 до 212 микрометров и от 240 до 625 микрометров. HIFI способен различать отдельные молекулы и изучать характер их движения, температуру и другие физические характеристики.

Детектор PACS (Photodetector Array Camera and Spectrometer) работает в диапазоне от 55 до 212 микрометров. Этот инструмент идеально приспособлен для изучения молодых галактик с активным звездообразованием и пылевых облаков.

Помимо "Гершеля" ракета-носитель Ariane-5 вывела в космос телескоп "Планк" (Planck), который работает на еще больших длинах волн - в микроволновом диапазоне.

Инструмент под названием SPIRE (Spectral and Photometric Imaging REceiver) предназначен для изучения излучения в диапазоне длин волн от 194 до 672 микрометров. Используя SPIRE, астрономы будут изучать, как формировались звезды в юной Вселенной.

Рабочей для детекторов является температура, близкая к абсолютному нулю (-273,15 градусов Цельсия или 0 градусов Кельвина). По образному сравнению создателей телескопа, наблюдать инфракрасное излучение с использованием более теплых инструментов - это все равно что наблюдать далекую звезду против полуденного солнца.

Поддерживать внутри "Гершеля" космический холод будут около двух тысяч литров жидкого гелия. Гелий заполняет криостат - резервуар, внутри которого находятся детекторы. Постепенно гелий будет испаряться, и через три года детекторы нагреются настолько, что перестанут видеть инфракрасное излучение.

Назначение третьей части "Гершеля" - выполнение технических функций по поддержанию работы телескопа, обработке данных наблюдений, изменению орбиты и связи с Землей.

Где и как будет работать "Гершель"?

Новый инфракрасный телескоп будет обращаться вокруг так называемой лагранжевой точки L2. В этой области пространства, удаленной от Земли на 1,5 миллиона километров, "Гершель" будет неподвижен относительно Земли и Солнца. Телескоп все время будет находиться над ночной стороной Земли. Такое расположение имеет целый ряд преимуществ. В частности, инструменты телескопа изолированы от мощного инфракрасного излучения Земли и Луны, а сам телескоп находится за пределами земных радиационных поясов, которые могут помешать наблюдениям.

"Гершель" будет собирать данные ежедневно в течение 21 часа. Полученная информация будет записываться на компьютер телескопа и передаваться на Землю в оставшиеся 3 часа. Параллельно с приемом данных, находящиеся на земле специалисты будут задавать телескопу программу работы на следующие сутки.

Столь интенсивный режим работы позволит ученым собрать максимально возможное за три года количество данных. Анализ такого количества информации потребует не меньше десятка лет. Учитывая, что все эти данные будут уникальными, можно только позавидовать астрономам, которые получат такой подарок.

Автор: Ирина Якутенко

Источник информации:
http://lenta.ru/articles/2009/06/23/hershel/