Камера, которая изменила Вселенную

Снимок первой миссии по обслуживанию телескопа Хаббл, 1993 год.
Астронавт Джефри Хоффман демонтирует широкоугольную планетарную камеру WFPC 1 для замены

Конечно, это был трепетный момент. В ходе этой миссии были не только исправлены проблемы с главным зеркалом и сферической абберацией, но также и произведен апгрейд главной камеры телескопа.

Широкоугольная Планетарная Камера 2 (WFPC2) — полностью изменила наше представление о Вселенной. Достаточно посмотреть на снимки до и после миссии по обслуживанию!

С 1993 по 2009 год камера WFPC2 была главной рабочей лошадкой на космическом телескопе Хаббл и сделала множество снимков за время своей эксплуатации. Но некоторые из этих снимков можно выделить как изображения, которые изменили наше представление о Вселенной.

«фишкой» Хаббла можно назвать его способность к обзору дальнего космоса. Если вы поднимите голову и посмотрите в ночное небо, то увидите звезды, пространство между которыми представляется черной пустотой. Используя бинокль, вы можете увидеть больше звезд, чем невооруженным глазом, а с помощью телескопа — больше чем с биноклем. Но в какой-то момент вы не найдете больше ничего нового.

Итак, в 1995 году при помощи телескопа Хаббл был проведен интересный эксперимент. Была выбрана часть неба, в которой ранее не наблюдалось звезд, галактик или кластеров, или чего-либо еще интересного. Именно на эту точку и был наведен телескоп в течении нескольких дней для того чтобы узнать, что же из этого получится.

На фото отражен только 1 квадратный градус обзора, или всего 0.005% ночного неба. Таким образом вы можете представить, насколько это ничтожная часть: картина всего ночного неба состоит из 20 000 квадратных градусов. Участок, с которого было получено изображение, выделен на фото контуром в форме буквы «Г» и имеет размер всего 0.002 квадратных градуса! В наблюдаемой нами области было только пять ранее известных звезд — это все, что мы знали об этом участке, но так было ДО Хаббла.

Спустя 10 дней камера WFPC2 сделала в сумме 342 кадра этой области, глядя на эту маленькую часть звездного неба. Один фотон здесь, другой там, часто не фиксируя ничего кроме темноты по несколько минут подряд. Спустя 10 дней все сделанные Хабблом кадры были совмещены и мы получили следующую картину:

Вы знаете, что тут изображено? Каждая светящаяся точка на этом изображении не принадлежит свету ранее известных нам пяти звезд в этой области. Каждая из них — это отдельная галактика! Мы не имели представления о том, как глубока, огромна и полна вещей наша Вселенная, пока не получили это изображение. У вас есть мысли, как много галактик изображено на этой картинке? Единственное, что стоит понимать — это изображение всего 0.002 части небесного свода в 1 градус. А сколько галактик во всей Вселенной?

Возьмем 8% этого изображения, конечно, увеличенного, чтобы вы могли его рассмотреть:

И запомните, каждый одинокий блик, огонек или далекая светящаяся точка — это галактика! На этой картинке их около 350 штук. Обратившись к математике и экстраполируя результат по всей площади ночного неба мы получим примерное число в 10^11 галактик по всей вселенной, вдумайтесь 100,000,000,000 галактик!

Впервые мы получили подтверждение того, что в нашей вселенной по крайней мере сто миллиардов галактик.

Юпитер — самая большая планета солнечной системы. Конечно, это прекрасное зрелище и Хаббл может показать нам удивительные виды его полос и даже извержения на ближайшем спутнике Юпитера — Ио.

Но на сегодняшний день самое крутое, что мы видели, было определено случаем. В 1994 году в Юпитер попала комета!

На кадрах выше наблюдается фрагментация кометы, а после мы зафиксировали несколько точек столкновения с самим Юпитером (фото ниже), которые образовали несколько «отверстий» с завихрениями облачности.

И все же, существуют еще более удивительные вещи, которые сделал Хаббл.

Хаббл может делать снимки не только спиральных и элиптических, но и ультра-редких кольцевых, или кольцеобразных галактик. Есть две теории, согласно которым галактика становится кольцевой и обе они кажутся разумными.

Первая гипотеза образования колец — аккреция вещества карликовых галактик-спутников.

Наиболее вероятным же механизмом рождения кольцеобразных галактик является столкновение гигантской и карликовой галактик. Когда карликовая галактика проходит через центр гигантской, от места столкновения галактик начинает распространяться волна звездообразования, что, со временем, приводит к появлению яркого кольца.

И Хаббл сфотографировал этот процесс.

А теперь поприветствуем Arp 147, единственную известную пару гравитационно взаимодействующих галактик имеющих кольца! Основываясь на знании их движения мы можем сказать, что галактики отдаляются друг от друга и находятся на равном от нас расстоянии.

Это означает, что они «только что» столкнулись и т.к. обе имеют кольца, процесс звездообразования происходит в каждой из них. Это единственный раз, когда мы наблюдали подобное одновременно для двух галактик и мы обязаны этим знанием Хабблу.

Иногда мы получаем от Вселенной подарки. Вместо того чтобы искать отдельные галактики или их скопления, мы получаем изображения двух галактик, находящихся на одной прямой. Когда это происходит, галактика или скопление в середине действует как линза, которая может как увеличивать, так и искажать изображение всего, что находится за ней.

Благодаря WFPC2 мы смогли обнаружить большое количество гравитационных линз и получить огромное количество снимков:

Но это еще не все. Когда вы наблюдаете галактики или кластеры, вам может повезти и за ними будут находится еще галактики/кластеры. Эти фоновые объекты могут выступать в роли линзы. Видите эти синие дуги, которые выглядят как часть круга? Это одни и те же галактики, сфотографированные несколько раз. Из-за высокого разрешения камеры Хаббла WFPC2 мы смогли получить изображения данной галактики и реконструировать его.

В ближайшем будущем мы сможем использовать данный метод для того, чтобы определять в какой момент произошли те или иные события, т.к. мы можем получить 4 различных по времени снимка одной и той же галактики.

И наконец, как же рождаются и умирают звезды? Пожалуй, ни один из имеющихся у нас инструментов не смог дать нам так много информации о том, как рождаются и умирают звезды, как камера WFPC2 телескопа Хаббл. Многие звезды в конце своей жизни превращаются в светящуюся планетарную туманность, которая «живет» до десяти тысяч лет.

Телескоп Хаббл обнаружил планетарную туманность «кошачий глаз» более пятнадцати лет назад и сделал снимок при помощи своей камеры WFPC2. Что из этого получилось?

Серьезно, вы можете сказать что-нибудь кроме «Господи Иисусе»? То что вы видите — «строительный мусор» Млечного Пути.
В нашей галактике около 400 миллиардов звезд. Каждая живет примерно 10 миллиардов лет, что означает, что в среднем за год «погибает» примерно 40 из них. Т.е. в любой момент времени в нашей галактике существует примерно 400 000 планетарных туманностей. Есть несколько весьма впечатляющих, которые попали под взор камеры WFPC2, например, туманность «Песочные Часы»:

Туманность №5:

Туманность Mz3, названная «муравей»:

Итак, Хаббл смог рассказать нам многое, о том как умирают звезды, но он же и рассказал нам о том, как они рождаются! Как вы видите, эти туманности не только рассеиваются за несколько тысяч лет, но и «выплевывают» огромное количество газа из которого образуются новые звезды. Одну из самых зрелищных фотографий этого процесса мы получили из туманности Орла:

Итак, благодаря всем описанным выше способам Хаббл смог изменить наше представление о Вселенной. Но это не конец, как вы могли подумать. В 2009 году была проведена еще одна миссия по обслуживанию Хаббла и сейчас, во всех отношениях, мы имеем еще больше возможностей чем раньше. Последние снимки глубокого космоса показали нам, что теперь мы можем заглянуть почти в два раза дальше, чем раньше
И получать как никогда ранее детализированные снимки галактик:

Туманности погибших звезд:

Снимок гравитационной линзы, который раньше мы не имели:

И наконец, снимок «Столпа Творения» лучший, чем мы могли даже мечтать: