Хотя большинство читателей «Страны Знаний» ещё учится в школе, но для тех из них, кто выберет астрономию своей профессией, нынешнее поколение учёных и инженеров уже строят космические телескопы. Что интересно, эта работа не только открывает новые горизонты для будущих исследователей Вселенной, но и двигает вперёд новейшие технологии. Ведь современный большой телескоп - очень сложная, во многом уникальная «машина».

Первый телескоп построил более 400 лет назад известный учёный Галилео Галилей. Это была, по нашим временам, примитивная подзорная труба, которая давала 30-кратное увеличение. Но на самом деле тогда произошло выдающееся событие - благодаря появлению нового научного инструмента астрономия получила невероятные возможности для развития. Началась эра телескопов, которая продолжается, и будет, видимо, продолжаться до тех пор, пока будет существовать человечество.

От 1609 г., когда Галилей сделал первый телескоп, и до сих пор было построено много этих инструментов. Хочу обратить внимание на то, что изготовление новых телескопов не было простым копированием «трубы Галилея», а обычно включало совершенствования оптической схемы, увеличение размеров объектива и тому подобное. То есть, каждый новый, больший размерами телескоп позволял астрономам лучше видеть небесные светила и открывать неизвестные объекты нашей Вселенной.

Разумеется, такие «знаковые» телескопы оставили навсегда след в истории науки. Вообще, тема телескопостроение очень интересная – существует много невероятных историй, связанных с изготовлением различных телескопов.

Например, центральным экспонатом Парижской Всемирной выставки в 1900 г. был телескоп-рефрактор с объективом диаметром 1,25 м и фокусным расстоянием 57 метров. Телескоп был собран в чугунной трубе длиной 60 м. Поэтому из-за больших размеров инструмент установили в фиксированном горизонтальном положении, а свет от небесных объектов к нему направляло движимое плоское зеркало диаметром почти 2 метра.

Телескоп не был предназначен для научных целей, но с его помощью французские астрономы получили несколько фотографий поверхности Луны. В конце концов, его трубу разбили на металлолом, а некоторые оптические детали (зеркало и линзы) передали на хранение в Парижскую обсерваторию.

В телескопе Галилея объективом является линза. Знаменитый учёный Исаак Ньютон (1643-1727) в 1672 г. изготовил телескоп, где объективом было вогнутое (сферическое) зеркало. Долгое время эти два типа объективов «конкурировали» размерами, но, в конце концов, линза, которая до сих пор служит главным элементом объектива телескопа-рефрактора, уступила размером зеркалу (объектив телескопа-рефлектора).

Наибольший линзовый объектив имеет размер 1,02 м (телескоп Йеркской обсерватории), а самые большие зеркальные объективы наземных телескопов сейчас преодолели рубеж в 10 м и вскоре достигнут почти 40 м.

Хотя на поверхности Земли можно строить телескопы с большими зеркалами, астрономы также хотят иметь инструменты в космическом пространстве, ведь атмосфера нашей планеты является существенной помехой для выполнения астрономических наблюдений. Некоторые из них вообще невозможно выполнить на Земле, потому что к её поверхности сквозь атмосферу проникает не всё электромагнитное излучение небесных тел.

Поэтому телескопы космического базирования – насущная необходимость. Астрономам помогла её удовлетворить космонавтика, ведь только ракеты-носители могут выводить в космическое пространство различные грузы, в том числе и научные приборы.

Все, кого интересует астрономия, слышали и знают о Космическом телескопе имени Хаббла (Hubble Space Telescope, HST). Результаты его работы видели и те, кто об этом телескопе ничего никогда не слышал. Потому что очень красивые фотографии, полученные им, используют не только в Интернете или на телевидении, но иногда и в рекламе. Случилось так, что снимки небесных тел и участков звёздного неба, сделанные HST, стали культурным достоянием землян. И это очень красноречивый пример того, как чисто научные достижения выходят за пределы науки и приобретают ценностное значение для широкой общественности.

Космический телескоп имени Хаббла работает уже более 25 лет - 24 апреля 1990 г. его вывел на орбиту космический корабль многоразового использования «Дискавери». После того, как в 1993 г. специальная ремонтная команда астронавтов устранила проблему с главным зеркалом телескопа, он показал астрономам в видимом, а также инфракрасном и ультрафиолетовом свете доселе невиданную Вселенную, позволил раскрыть многие её тайны, а значит, существенно продвинуться на пути её познания.

Длительную «живучесть» HST объяснить просто - телескоп сделали таким, что его можно обслуживать на орбите - заменять отдельные узлы и менять научные приборы. Всего было четыре космических экспедиции для обслуживания «Хаббла». Во время последнего полёта для ремонта телескопа в 2009 г. были заменены изношенные детали, и по оценкам учёных телескоп сможет работать ещё в течение десяти лет. Этот срок истекает в 2019 г. и до его окончания осталось не так много времени. Готовят ли астрономы что-то на замену HST? Да.

В 2018 г. телескоп имени Хаббла уступит место лидера Космическому телескопу имени Джеймса Уэбба (James Webb Space Telescope, JWST). Зеркало нового телескопа будет диаметр 6,5 метров. Его будут составлять 18 отдельных бериллиевых зеркал диаметром 1,3 м. и массой около 40 кг. (На момент написания этой статьи зеркало JWST уже изготовлено и собрано на Земле).

Поверхность зеркал - та её часть, что будет собирать излучение - покрыта тонким слоем золота. Каждое зеркало оборудовано приводами (миниатюрными двигателями), которые позволят из отдельных зеркал-сегментов образовывать как несколько отдельных, так и одно большое зеркало.

Поскольку космической ракеты, которая могла бы вместить груз поперечником 6,5 м, нет, то зеркало JWST отправят в космос в сложенном состоянии. Оно откроется только тогда, когда телескоп выйдет на предназначенную ему орбиту - в районе вблизи точки Лагранжа L2 системы Земля - Солнце (эта точка находится на расстоянии 1,5 млн. километров от Земли).

Понятно, что изготовить относительно лёгкие зеркала, их оснащение, а также систему синхронизации - дело очень сложное. С этим могли справиться только высокотехнологичные фирмы с высококвалифицированным персоналом (зеркала для JWST изготовила американская компания Ball Aerospace & Technologies Corporation).

Космический телескоп имени Джеймса Уэбба будет наблюдать звёздное небо в инфракрасном диапазоне электромагнитного спектра. Это позволит астрономам изучать природу тёмной материи, исследовать звёзды и галактики, возникшие на раннем этапе развития нашей Вселенной, а также вести поиск новых экзопланет. Бесспорно, благодаря JWST астрономия осуществит новый качественный прорыв в исследовании космоса.

Хотя Космический телескоп имени Джеймса Уэбба только на пути к старту, астрономы уже размышляют над идеей его преемника. Её обнародовала Ассоциация университетов для исследований в астрономии (Association of Universities for Research in Astronomy, AURA). Речь идёт о Космическом телескопе высокого разрешения (High-Definition Space Telescope, HDST) с зеркалом 12 метров, что будет иметь такую же конструкцию, как и зеркало JWST.

Согласно замыслу, HDST должен разместиться в точке Лагранжа L₂, но, в отличие от «Джеймса Уэбба» будет наблюдать звёздное небо в оптическом и ультрафиолетовом диапазонах электромагнитного спектра.

Больших размеров зеркало позволит HDST выполнять задачи, непосильные нынешним телескопам, например, поиск признаков жизни в атмосфере экзопланет. Этот телескоп должен помочь землянам в поисках ответа на извечный вопрос: «Не одиноки ли мы во Вселенной?».

Конечно, он будет работать над разгадкой и других космических тайн, продвигая вперёд астрономическую науку.

Если идея создания HDST воплотится в жизнь, то новый флагманский космический телескоп сможет приступить к работе в середине 2030-х годов.

И.П. Крячко, Главная астрономическая обсерватория НАН Украины