Уже меньше чем через месяц на орбите Земли окажется телескоп James Webb — самый продвинутый космический телескоп в истории. Однако он далеко не первый. Ранее человечество уже неоднократно отправляло в космос телескопы, чтобы они наблюдали за другими планетами и звездами. В преддверии запуска James Webb мы подготовили серию материалов, посвященных главным космическим телескопам прошлого и настоящего. Сегодня InScience.News в рамках проекта «Взгляд в темноту» расскажет о самых первых орбитальных обсерваториях в истории — OAO.
Наблюдать космос лучше всего из космоса
Атмосфера защищает нас от большинства метеоритов, ультрафиолета и позволяет сохранять постоянную температуру. Побочный эффект ее наличия — затруднение работы астрономов. Молекулы, составляющие атмосферу, поглощают и рассеивают излучение от космических объектов. А ведь это основной источник наших знаний о космосе. Даже видимый свет — это электромагнитное излучение, которое тоже часто оказывается скрыто от нас или искажено туманом или облаками. Поэтому астрономы стремятся строить обсерватории высоко в горах, где сухо и минимум искусственного света.
Радикальное решение — построить обсерваторию в космосе. До 1968 года их не было ни одной. Первопроходцем стала OAO-2, которая открыла для нас небо в ультрафиолете. Измерение спектральных линий в этом диапазоне позволяет выяснить химический состав звезд, плотность и температуру как их, так и межзвездной среды — а значит, узнать об эволюции галактик.
Мать, отец и старший брат Hubble
Астроном Лайман Спитцер, которого считают отцом космического телескопа Hubble, впервые всерьез высказал идею наблюдений из космоса в исследовании корпорации RAND в 1946 году. В 1958 году, в разгар космической гонки, Национальная академия наук США учредила Совет в составе 15 участников под председательством Ллойда Беркнера, чтобы помочь консультировать «возможное новое гражданское космическое агентство», то есть NASA. Беркнер, сам физик и инженер, понимал необходимость запуска орбитальной обсерватории. Однако нужно было разработать конструкцию аппарата, стратегию наблюдений в космосе и определиться с полезной нагрузкой.
За помощью в этом он обратился к более чем сотне ученых. Среди отозвавшихся был Фред Уиппл, директор Смитсоновской астрофизической обсерватории в Кембридже (штат Массачусетс), который стал главным исследователем проекта OAO. Другим ученым был Артур Код, директор обсерватории Уошберна.
Они убедили коллег, включая Беркнера, в том, что наблюдения за звездами в ультрафиолете должны стать основным направлением орбитальной астрономии. Код предложил запустить небольшой телескоп, оснащенный фотометром, для измерения выходящей ультрафиолетовой энергии звезд — задача, невозможная с поверхности Земли.
Нэнси Грейс Роман, известная как «мать Hubble» из-за ее роли в запуске этой миссии, также работала и над OAO. Роман стала первым начальником отдела астрономии в Управлении космической науки NASA, запустив саму программу. OAO она называла учебным опытом: агентство искало способы вывода телескопа в заданную точку и удержания его там хотя бы в течение получаса. Роман занималась по большей части организацией миссии, в том числе и финансовой ее стороной. Но также она была и главной разработчицей плана полета, который подготовила с учетом потребностей астрономов, что сделало последующие миссии крайне продуктивными для науки.
Получив финансирование, агентство приступило к работе по проектированию космического корабля, который стал бы носителем всех необходимых приборов. Артур Код стал главным исследователем экспериментального пакета Wisconsin Experiment Package (WEP). Полезная нагрузка включала в себя пять телескопов, оснащенных фотоэлектрическими фотометрами, и два сканирующих спектрофотометра. Массачусетский технологический институт создал комплекс рентгеновских и гамма-детекторов. Поскольку ремонт на орбите был бы невозможен, аппарат оснастили резервными системами. Вдобавок ученым также пришлось найти инновационные способы обработки наблюдений и передачи данных на Землю в цифровом виде (новшество в то время).
Название OAO («Orbiting Astronomical Observatories» — «орбитальная астрономическая обсерватория») миссия получила в 1958 году благодаря Джеймсу Куппериану-младшему, главе астрофизической команды, работавшей над проектом.
Так могла бы выглядеть OAO-1 в космосе. Wikimedia Commons
Миссия OAO-1 была запущена 8 апреля 1966 года. На спутнике были размещены приемники ультрафиолетового, рентгеновского и гамма-излучения от Lockheed, MIT и Центра Годдарда. Спустя всего семь минут после отделения от ракеты у космического корабля начались проблемы с питанием, в звездных трекерах возникла высоковольтная дуга. Через три дня миссию завершили, не проведя ни одного эксперимента.
ОАО-2: первый успех
7 декабря 1968 года NASA совершило вторую попытку запуска орбитальной обсерватории, на этот раз успешно. Обсерватория OAO-2 (Stargazer), весившая около 2 тонн, была «самым большим, самым тяжелым и сложным» американским космическим кораблем без экипажа. Аппарат нес полезную нагрузку из 11 УФ-телескопов.
OAO-2 на орбите Земли. NASA
Предполагалось, что OAO-2 завершит полет менее чем через год, однако в итоге обсерватория проработала более четырех — ее отключили в 1973 году. OAO-2 провела первые наблюдения звезд в ультрафиолетовом диапазоне, большая часть которого экранируется атмосферой и недоступна для наземных телескопов. Stargazer провел около 23 тысяч измерений, которые показали, что молодые горячие звезды были горячее, чем указывали теоретические модели того времени, а также подтвердили, что кометы окружены огромными облаками водорода.
До OAO-2 наблюдения звезд в ультрафиолетовом диапазоне осуществлялись с помощью ракет суборбитального зондирования. Они собирали данные только в течение пяти минут в каждом полете, к 1968 году ракеты зафиксировали в общей сложности три часа измерений звездного УФ-излучения примерно за 40 полетов. OAO-2 мог собрать больше данных за один день. С этой миссии началась эра Больших обсерваторий Америки — космических телескопов Hubble, Spitzer, Chandra и Compton (о них мы расскажем в ближайшие недели). Стабильные наблюдения из космоса трансформировали и расширили наше понимание Вселенной.
Последующие миссии
OAO-B была запущена 3 ноября 1970 года. Эта обсерватория должна была поймать менее интенсивные сигналы с помощью нового УФ-телескопа. Однако она не смогла отделиться от ракеты-носителя и затонула в Атлантическом океане.
21 августа 1972 года стартовала четвертая, самая успешная миссия из серии OAO. Ее запуск совпал с годовщиной 500-летия Николая Коперника, поэтому обсерваторию назвали Copernicus (или OAO-3). За девять с половиной лет работы телескопы спутника получили спектры излучения сотен звезд, галактик и планет с высоким разрешением. Три рентгеновских телескопа измеряли межзвездное поглощение в диапазоне от 1 до 100 ангстрем. Среди главных открытий — обнаружение пульсаров с длинным периодом. Эти вращающиеся нейтронные звезды из-за наклона их магнитного поля к оси вращения пульсируют радиоволнами. Поэтому их поначалу приняли за сигналы от инопланетной цивилизации. И до миссии OAO-3 были известны пульсары лишь с коротким периодом — секунды или доли секунд. Рентгеновское излучение, в отличие от радиоволн, почти не доходит до поверхности Земли Но OAO-3 обеспечила длительное наблюдение за пульсарами и рентгеновскими двойными звездами в этом диапазоне.
OAO-3 на орбите Земли. NASA
Опыт, который команда NASA получила, работая над серией миссий OAO, позволил в 1990 году запустить Hubble Space Telescope совместно с Европейским космическим агентством. Этот аппарат продолжил исследование космоса уже в инфракрасном диапазоне (а также видимом и ультрафиолетовом), о чем мы подробно расскажем в следующих статьях.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
