Фотографии планет, впервые сделанные космическими аппаратами. «Джеймс Уэбб»: как устроен самый совершенный космический телескоп Три яркие туманности в Стрельце
NASA/JPL-Caltech/UCLA
Небесные тела различных спектральных классов по сравнению с Солнцем
Те же объекты в инфракрасной съёмке
Иногда достаточно лишь склеить отдельные фотографии в панорамное изображение — такими мы видим снимки, присланные марсоходами. Но чаще требуется выполнить больше задач. Роберт Хёрт (Robert Hurt) — астроном из Центра обработки и анализа инфракрасных изображений при Калифорнийском технологическом институте и эксперт по работе в программе Photoshop — рассказал , что одним из этапов является удаление со снимка лишних деталей. В частности, фототехника может создать артефакты, которые будут выглядеть как реальные объекты Вселенной, но на самом деле их там нет.
Во многих случаях необходимо усилить контрастность полутоновых изображений, взятых на разных участках инфракрасного диапазона. Благодаря этому лишние объекты выводятся из поля зрения, а на наиболее интересных, напротив, делается акцент. Для получения более точного изображения нередко совмещаются данные с нескольких телескопов, а при помощи красного, зеленого и синего слоев Photoshop можно добавить видимые цвета фотографиям, сделанным в инфракрасном излучении.
Итогом работы становится файл объемом в несколько десятков гигабайт, где совмещены данные с нескольких телескопов. Специалист, подготовивший немало снимков для Национального управления по воздухоплаванию и исследованию космического пространства (NASA), добавляет, что его работа позволяет широкой публике познакомиться с открытиями в сфере космоса и получить максимально точное представление о них.
August 16th, 2016
Фотографии из космоса, публикуемые на сайте NASA и других космических агентств, часто привлекают к себе внимание тех, кто сомневается в их подлинности, — критики находят на изображениях следы редактирования, ретуширования или манипуляций с цветом. Так повелось еще со времен зарождения «лунного заговора», а теперь под подозрение попали снимки, сделанные не только американцами, но и европейцами, японцами, индийцами. Совместно с порталом N+1 разбираемся, зачем вообще обрабатывают космические изображения и могут ли они, несмотря на это, считаться подлинными.
Для того чтобы правильно оценивать качество космических снимков, которые мы видим в Сети, необходимо учитывать два важных фактора. Один из них связан с характером взаимодействия агентств и широкой публики, другой продиктован физическими законами.
Связи с общественностью
Космические снимки — одно из самых эффективных средств популяризации работы исследовательских миссий в ближнем и дальнем космосе. Однако далеко не все кадры сразу оказываются в распоряжении СМИ.
Изображения, полученные из космоса, можно условно разделить на три группы: «сырые» (raw), научные и публичные. Сырые, или исходные, файлы с космических аппаратов иногда бывают доступны всем желающим, а иногда нет. Например, изображения, полученные марсоходами Curiosity и Opportunity или спутником Сатурна Cassini , публикуются практически в режиме реального времени, так что любой желающий может увидеть их одновременно с учеными, изучающими Марс или Сатурн. Необработанные фотографии Земли с МКС выкладываются на отдельный сервер NASA . Космонавты заливают их тысячами, и ни у кого нет времени на их предобработку. Единственное, что добавляют к ним на Земле, это географическую привязку для облегчения поиска.
Обычно за ретушь критикуют публичные кадры, которые прилагаются к пресс-релизам NASA и других космических агентств, — ведь именно они попадаются на глаза пользователям интернета в первую очередь. И при желании там можно найти много чего. И манипуляции с цветом:
Фото посадочной платформы марсохода Spirit в видимом диапазоне света и с захватом ближнего инфракрасного.
(с) NASA/JPL/Cornell
И наложение нескольких снимков:
Восход Земли над лунным кратером Комптона.
И копипасту:
Фрагмент Blue Marble 2001
(c) NASA/Robert Simmon/MODIS/USGS EROS
И даже прямую ретушь, с затиранием некоторых фрагментов изображения:
Высветленный снимок
GPN-2000-001137 экспедиции Apollo 17.
(с) NASA
Мотивация NASA в случае со всеми этими манипуляциями проста настолько, что ей готовы поверить далеко не все: так красивее.
Но ведь правда, бездонная чернота космоса выглядит более впечатляюще, когда ей не мешают мусор на объективе и заряженные частицы на пленке. Цветной кадр, и правда, привлекательнее черно-белого. Панорама из снимков лучше отдельных кадров. При этом важно, что в случае с NASA почти всегда можно найти исходные кадры и сравнить одно с другим. Например исходный вариант (AS17-134-20384) и вариант «для печати» (GPN-2000-001137) этого снимка с Apollo 17, который приводят как чуть ли не главное доказательство ретуширования лунных фотографий:
Сравнение кадров AS17-134-20384 и
GPN-2000-001137
(с) NASA
Или найти «сэлфи-палку» марсохода, которая «пропала» при создании его автопортрета :
Снимки Curiosity от 14 января 2015, сол 868
(с) NASA/JPL-Caltech/MSSS
Физика цифровой фотографии
Как правило те, кто упрекает космические агентства за манипуляции с цветом, использование фильтров или публикацию черно-белых фотографий «в наш век прогресса цифровых технологий», не учитывают физические процессы получения цифровых изображений. Они полагают, что если смартфон или фотоаппарат сразу выдают цветные кадры, то космическому аппарату это тем более должно быть по плечу, и даже не догадываются, какие сложные операции необходимы, чтобы цветное изображение сразу попало на экран.
Поясним теорию цифрового фото: матрица цифрового аппарата — это, по сути, солнечная батарея. Есть свет — есть ток, нет света — нет тока. Только матрица представляет собой не единую батарею, а множество маленьких батарей — пикселей, с каждого из которых по отдельности считывается выдача тока. Оптика фокусирует свет на фотоматрицу, а электроника считывает интенсивность выделения энергии каждым пикселем. Из полученных данных строится изображение в оттенках серого — от нулевого тока в темноте до максимального на свету, то есть на выходе оно получается черно-белым. Чтобы сделать его цветным, необходимо применить цветные фильтры. Получается, как ни странно, что цветные фильтры присутствуют в каждом смартфоне и в каждой цифровой камере из ближайшего магазина! (Для кого-то эта информация банальна, но, по опыту автора, для многих она окажется новостью.) В случае с обычной фототехникой применяется чередование красных, зеленых и синих фильтров, которые поочередно накладываются на отдельные пиксели матрицы, — это так называемый фильтр Байера .
Фильтр байера наполовину состоит из зеленых пикселей, а красный и синий занимают по одной четверти площади.
(с) Wikimedia
Здесь повторим: навигационные камеры выдают черно-белые изображения потому, что такие файлы меньше весят, а также потому, что цвет там просто не нужен. Научные камеры позволяют извлекать информации о космосе больше, чем способен воспринимать глаз человека, и поэтому для них используется более широкий набор цветовых фильтров:
Матрица и барабан светофильтров инструмента OSIRIS на Rosetta
(с) MPS
Применение фильтра ближнего инфракрасного света, который не виден глазу, вместо красного привело к покраснению Марса на многих кадрах, ушедших в СМИ. Пояснение про инфракрасный диапазон перепечатали далеко не все, что породило отдельную дискуссию, которую мы также разбирали в материале «Какого цвета Марс».
Однако на марсоходе Curiosity стоит фильтр Байера, что позволяет ему снимать в цвете, привычном нашему глазу, хотя отдельный набор цветных фильтров к камере также прилагается.
(c) NASA/JPL-Caltech/MSSS
Применение отдельных фильтров удобнее с точки зрения выбора диапазонов света, в которых хочется посмотреть на объект. Но если этот объект движется быстро, то на снимках в разных диапазонах его положение меняется. На кадрах «Электро-Л» это было заметно на быстрых облаках, которые успевали сдвинуться за считанные секунды, пока спутник меняет фильтр. На Марсе подобное происходило при съемке закатов у марсохода Spirit и Opportunity — у них нет фильтра Байера:
Закат, снятый Spirit в 489 сол. Наложение снимков, снятых с фильтрами на 753 535 и 432 нанометров.
(с) NASA/JPL/Cornell
На Сатурне похожие трудности у Cassini:
Спутники Сатурна Титан (сзади) и Рея (впереди) на снимках Cassini
(с) NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute
В точке Лагранжа с той же ситуацией сталкивается DSCOVR:
Транзит Луны по диску Земли на снимке DSCOVR 16 июля 2015 года.
(с) NASA/NOAA
Чтобы получить из этой съемки красивое фото, пригодное для распространения в СМИ, приходится поработать в редакторе изображений.
Есть еще один физический фактор, о котором знают далеко не все, — черно-белые снимки имеют более высокие разрешение и четкость по сравнению с цветными. Это так называемые панхроматические снимки, которые включают в себя всю световую информацию, попадающую в камеру, без отсечения каких-либо ее частей фильтрами. Поэтому многие «дальнобойные» камеры спутников снимают только в панхроме, что для нас означает черно-белые кадры. Такая камера LORRI установлена на New Horizons, камера NAC — на лунном спутнике LRO. Да по сути все телескопы снимают в панхроме, если только специально не применяют фильтры. («NASA скрывает истинный цвет Луны» — вот откуда это пошло.)
Мультиспектральная «цветная» камера, оборудованная фильтрами и имеющая гораздо меньшее разрешение, может прилагаться к панхроматической. При этом ее цветные снимки можно накладывать на панхроматические, в результате чего мы получим цветные снимки высокого разрешения.
Плутон на панхроматических и мультиспектральных снимках New Horizons
(с) NASA/JHU APL/Southwest Research Institute
Такой метод часто применяют при съемке Земли. Если знать об этом, то можно увидеть на некоторых кадрах типичный ореол, который оставляет размытый цветной кадр:
Композитный снимок Земли со спутника WorldView-2
(c) DigitalGlobe
Именно путем такого наложения создавался тот самый впечатляющий кадр Земли над Луной, что выше приведен как пример наложения разных снимков:
(с) NASA/Goddard/Arizona State University
Дополнительная обработка
Часто приходится прибегать к инструментам графических редакторов, когда надо почистить кадр перед публикацией. Представления о безупречности космической техники не всегда оправданны, поэтому мусор на космических камерах — дело распространенное. Например, камера MAHLI на марсоходе Curiosity просто загажена, иначе и не скажешь:
Фото Curiosity с помощью инструмента Mars Hand Lens Imager (MAHLI) в сол 1401
(с) NASA/JPL-Caltech/MSSS
Соринка в солнечном телескопе STEREO-B породила отдельный миф об инопланетной космической станции, постоянно летающей над северным полюсом Солнца:
(с) NASA/GSFC/JHU APL
Еще в космосе нередки заряженные частицы, которые оставляют свои следы на матрице в виде отдельных точек или полос. Чем дольше выдержка, тем больше остается следов, на кадрах появляется «снег», который не очень презентабельно смотрится в СМИ, поэтому его тоже стараются счистить (читай: «отфотошопить») перед публикацией:
(с) NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute
Поэтому можно сказать: да, NASA фотошопит снимки из космоса. ESA фотошопит. Роскосмос фотошопит. ISRO фотошопит. JAXA фотошопит... Не фотошопит только Национальное космическое агентство Замбии. Так что если кого-то не устраивают изображения NASA, то всегда можно воспользоваться их снимками космоса без каких-либо признаков обработки.
1. Фотография швейцарского 1,2-метрового телескопа Леонарда Эйлера, расположенного под куполом в Европейской южной обсерватории в Ла-Силла в Чили. Фотография была сделана с применением 75-секундной экспозиции, в то время как щель купола телескопа делала половину поворота на полной скорости. Тусклый свет освещает сам телескоп, делая его изображения по-призрачному размытым. В результате фотография, сделанная еще в 2009 году, стала Изображением Недели от Европейской южной обсерватории (ESO), обнародованным 26 декабря.
2. Золотой глаз. Туманность Helix светится, напоминая фантастический космический глаз, на этом инфракрасном изображении, полученном с помощью телескопа VISTA Европейской южной обсерватории, и обнародованном19 января. Helix представляет собой планетарную туманность – расширяющееся облако газа и пыли, выброшенных умирающей звездой на расстоянии 700 световых лет от Земли.
3. Потерпевший кораблекрушение лайнер – вид из космоса. Роскошный круизный лайнер «Costa Concordia», который потерпел крушение у итальянского побережья, запечатлен на фотографии со спутника, сделанной 17 января. Фото было предоставлено компанией DigitalGlobe. Судно село на мель вскоре после того, как отправилось в средиземноморский круиз 13 января. Более 30 человек, находившихся на борту корабля, числятся мертвыми или пропавшими без вести.
4. Северное сияние над Аляске Небо над замерзшей рекой Susitna неподалеку от Talkeetna, Аляска, освещена северным сиянием 23 января 2012 года. Территория, на которой была возможность наблюдать северное сияние, значительно расширилась из-за интенсивной солнечной бури, которая произошла несколькими днями ранее.
5. Поствспышечные петли на солнце. Каскадные петли появляются спиралью над активной областью на Солнце. Это ультрафиолетовое изображение было предоставлено специалистами Лаборатории солнечной динамики НАСА 15-16. января. Напоминающие петли образования состоят из перегретой плазмы, каждая из них в несколько раз превосходит Землю по размеру.
6. Космический аппарат «Союз TMA-03M» (Россия) доставляют на пусковую площадку на космодроме Байконур в Казахстане 19 декабря. Космический аппарат доставил очередную экспедицию на борт Международной Космической станции 21 декабря.
7. Российский космонавт Олег Кононенко, астронавт НАСА Дон Петит и голландский астронавт Андре Куперс прощаются, стоя на трапе, ведущим на пусковую площадку на космодроме Байконур 21 декабря. Трое астронавтов отправились на Международную космическую станцию на борту российского космического аппарата «Союз TMA-03M».
8. Одетые в специальные белоснежные костюмы инженеры проводят работы по разработке теплового инфракрасного датчика для следующего спутника Landsat в космическом центре Годдарда, находящегося в ведении НАСА в штате Мэриленд, 30 января. После завершения тестирования, датчик будет интегрирован с космическим летательным аппаратом в Аризоне. Программа Landsat представляет собой серию спутников, которые проводят наблюдения за Землей. Ими совместно управляют НАСА и Геологическая служба США.
9. Длинный хвост кометы Лавджоя виден неподалеку от горизонта Земли на этой ночной фотографии, сделанной астронавтом НАСА Дэном Бербанком с борта Международной Космической станции 21 декабря.
10. Эта фотография, на которой запечатлена туманность Орла, была обнародована 17 января. Она сочетает в себе инфракрасное изображение, получено специалистами Космической обсерватории Гершеля и изображение, полученное с помощью XMM-Newton. На фотографии зафиксировано, как горячие молодые звезды взаимодействуют с окружающим их ультра-холодным газом и пылью, которые являются критическим материалом для формирования звезд. Облака, расположенные чуть ниже центра фотографии, известны как “Столпы творения”, и были предметом изучения известного космического телескопа Хаббла в 1995 году.
11. Изображение, полученное с помощью спутника для экологических исследований “Энвисат-1”, принадлежащего Европейскому космическому агентству, было обнародовано 13 января 2012 года. На нем запечатлено цветение фитопланктона в океане, сформировавшее восьмерку. Фотография была сделана в Южном Атлантическом океане, приблизительно в 375 милях к востоку от Фолклендских островов.
12. Администратор НАСА Чарльз Болден возглавляет персонал агентства во время церемонии возложения венков в рамках Дня памяти НАСА на Арлингтонском национальном кладбище 26 января 2012 года. В это день были возложены венки в память о тех мужчинах и женщинах, которые расстались с жизнью в борьбе за освоение космоса. Среди тех, чью память почтили в этот день, были астронавты, погибшие при пожаре на «Apollo 1» (27 января 1967 года), расставшиеся с жизнью в результате взрыва «Challenger» (28 января 1986 года) и аварии «Колумбии» (1 февраля, 2003 года).
13. Эта модифицированное цветное изображение, сделанное с помощью марсианского разведывательного спутника «Mars Reconnaissance Orbiter», находящегося в ведении НАСА, и обнародованное 25 января, запечатлело песчаные дюны в марсианской Долине Ночи Noachis Terra. Площадь, запечатленная на фотоснимке, составляет около шести десятых мили (1 км) в поперечнике.
14. Изображение самой большой луны Сатурна, Титана. Снимок сделан с помощью принадлежащего НАСА летательного аппарата «Кассини» 21 мая 2011 года, когда «Кассини» находился на расстоянии 1,4 миллиона миль от поверхности Титана. Изображение было обнародовано 22 декабря 2012 года.
15. Крупный план одной из лун Сатурна, Титана, в оранжевом и синем слоях лунной дымки, вблизи южного полюса луны. Снимок был сделан космическим аппаратом «Кассини» 11 сентября 2011 года и обнародован 22 декабря 2012 года Разница в цвете может быть связана с размером частиц, составляющих дымку. Голубая дымка, вероятно, состоит из более мелких частиц, чем оранжевая дымка.
16. Острова Флорида-Кис, вид из космоса, фотография сделана с помощью одного из спутников НАСА 4 января.
17. В 1972 году экипажем Аполлона-17 была сделана знаменитая фотография Земли, получившая название «Blue Marble» (Голубой Мрамор). Новая фотография под таким же названием была сделана 4 января с помощью спутника Suomi NPP. Это спутник нового поколения, который будет использоваться для метеорологического наблюдения, а также для климатических исследований.
18. Последствия сильного снегопада видны на территории, простирающейся от Нью-Мексико до Канзаса на этой фотографии, сделанной 21 декабря 2011 года спутником Aqua, принадлежащим НАСА. На фотографии отмечены границы штатов Нью-Мексико, Колорадо, Техас, Оклахома, Канзас и Небраска.
19. Самый новый остров планеты Земля, софрмировавшийся Красном море, приблизительно в 40 милях от поебережья Йемена. Местные рыбаки сообщили об извержении подводного вулкана неподалеку от острова Саба, а спутники зафиксировали, что из-под воды поднимается белый шлейф, а также проходит диоксида серы. Центр вулканической активности был расположен на северной окраине острова Зубайр. Это изображение, сделанное 7 января2012 года с помощью спутника EO-1, принадлежащего НАСА, запечатлело столб пепла и пара, поднимающегося над новым островом.
20. Пейзаж островов Флорида-Кис и пролетающий в небе метеор в ночь с 3 на 4 января 2012 года, во время разгара метеорного ливня Квадрантид.
У наших предков, живших на этой планете тысячелетие назад, не было технологий и ресурсов, которые у нас есть сейчас для изучения нашей Вселенной и того, что находится за её пределами. Поэтому в те времена многие любители астрономии проводили свои ночи глядя в небо, выдвигая теории и рассказывая сказки о небесах, что над ними. Неведомо для них, то, что происходило на расстоянии многих световых лет от них, было более трансцендентальным, чем самые захватывающие истории, которые они могли придумать.
За последние 50 лет НАСА открыла двери для исследования космоса посредством своих сложных телескопов, сделанных по последнему слову техники и автоматических научно-исследовательских станций, которые позволяют нам изучать различные закоулки космоса. Единственным способом для нас увидеть Вселенную, являются фотографии, выпускаемые НАСА, если, конечно, вы не являетесь одним из счастливчиков, которые могут себе позволить купить билет в космос у «Virgin Galactic».
Очень важно отметить, что выбрать список всего лишь двадцати фотографий из сотен тысяч очень сложно и невозможно сделать без определённой доли субъективности. Фотографии, которые мы покажем вам ниже, являются одними из самых захватывающих изображений, полученных посредством спутниковой съёмки, во время исследования планет и космических полётов. Если вы считаете, что мы пропустили какие-либо великие снимки – выкладывайте их в комментариях!
Итак, мы представляем вашему вниманию список из двадцати самых поразительных фотографий, сделанных НАСА:
20. «Хаббл-Экстрим-Дип-Филд» (Hubble Extreme Deep Field)
На ранних стадиях телескоп «Хаббл» (Hubble) использовался для получения изображений сверхдалёкого пространства, расположенного в небольшом регионе в созвездии Большой Медведицы (Ursa Major). Недавно НАСА выпустило новую версию этого изображения под названием «Hubble Extreme Deep Field», которое было создано из 2000 фотографий того, что казалось пустым участком неба всего за два миллиона секунд. Каждый пиксель, клякса, завиток и точка света на этом изображении представляет собой целую галактику. Просто представьте себе масштабность этого пространства. Многие миллиарды звёзд были сжаты до одного пикселя на этой фотографии.
19. «Хаос в сердце Ориона» (Chaos in the Heart of Orion)
Объединённое изображение, полученное благодаря космическим телескопам «Спитцер» (Spitzer) и «Хаббл», показывает хаос новорожденных звёзд, расположенных в 1500 световых лет от нас в самом центре Туманности Ориона (Orion Nebula). Это самое близко расположенное к нам массивное скопление звёзд и астрономы считают, что в нём содержится более 1000 молодых звёзд. На фотографии виден кластер новорожденных звёзд, рассеянных по Туманности. Туманность Ориона является самым ярким участком меча Ориона, также известного как созвездие «Охотник».
18. Выход Юрия Маленченко в открытый космос
Каждый раз, когда космонавту приходится выходить из средства передвижения в космосе, это называется выходом в открытый космос. 11 сентября 2000 года космонавт-исследователь Юрий Маленченко был сфотографирован во время своего выхода в открытый космос, благодаря чему мы можем полюбоваться этой захватывающей дух фотографией. В тот день Юрий Маленченко и астронавт Эдвард Цзан Лу (Edward T Lu) провели более 6 часов в открытом космосе, выполняя работы на внешней части Международной космической станции (International Space Station).
17. «Глаз Бога» (Eye of God)
Туманность Улитка (Helix Nebula), также известная как «Глаз Бога», находится приблизительно в 650 световых годах от Солнца в созвездии Водолей (Aquarius). Её протяжённость составляет приблизительно 2,5 световых года. На внутреннем краю туманности Улитка видны узлы составных газов неопознанных элементов. Фотография является комбинированным изображением космического телескопа «Хаббл» и широкоугольных изображений с Мозаичной Камеры (Mosaic Camera) Национальной обсерватории Китт-Пик (Kitt Peak National Observatory).
16. Туманность Розетка (Rosette Nebula)
Туманность Розетка является огромной областью в форме сфероида, расположенной рядом с гигантским молекулярным облаком в созвездии Единорога (Monoceros) в галактике Млечный путь (Milky Way), приблизительно в 5200 световых годах от Земли. Эта туманность просто огромна и занимает в шесть раз больше площади, чем поверхность целой Луны. Как показано на изображении выше, Туманность Розетка является областью активного звездообразования, которая светится в результате ультрафиолетового излучения от молодых, горячих голубых звёзд, ветра которых неизбежно проходят по её центру.
15. Геркулес А (Hercules A) – Чёрная дыра (Black Hole)
На первый взгляд «Геркулес А» является типичной овальной галактикой, однако она уникальна тем, что её центром является настолько массивная чёрная дыра, что наша галактика выглядит ничтожной по сравнению с ней. Галактика «Геркулес А» расположена в чуть более 2 миллиардов световых лет от нашего Млечного Пути и её общая масса превышает массу нашей галактики приблизительно в 1000 раз. Сиреневые участки, которые видны на этой фотографии, скорее всего, обусловлены частицами материи, сталкивающимися друг с другом и разогревающимися, в то время как их затягивает в чёрную дыру.
14. Крабовидная туманность (Crab Nebula)
Потрясающе красивая смерть звезды в созвездии Тельца (Taurus) была впервые замечена китайскими астрономами в качестве сверхновой звезды в 1054 году. Спустя почти тысячу лет, изумительный непрозрачный объект, известный как нейтронная звезда, который образовался в результате взрыва, выпустил кластер высокоэнергичных частиц в расширяющееся поле, известное как «Крабовидная туманность».
Это комбинированное изображение было получено путём объединения фотографий трёх обсерваторий . Оптические изображения, полученные космическим телескопом «Хаббл», обладают красным и жёлтым цветом, изображение, полученное рентгеновской орбитальной обсерваторией Чандра (Chandra X-ray) обладает голубым цветом, а инфракрасный снимок телескопа «Спитцер» - фиолетовый. Как и множество других телескопов, Чандра часто наблюдала за «Крабовидной туманностью» с момента начала миссии.
13. Две спиральные галактики
Это изображение двух галактик было создано благодаря снимкам с «Хаббл», сделанным с трёх углов. Мощные приливные силы более крупной галактики NGC 2207 слева, изменили форму более маленькой галактики IC 2163, выбрасывая газ и звёзды длинными потоками, которые распространились на протяжении 100 000 световых лет. У IC 2163 нет достаточного количества энергии, чтобы выйти из гравитационного притяжения NGC 2207, поэтому её будет постоянно тянуть назад. Маленькая галактика будет постоянно находиться в ловушке их общей орбиты, и обе эти галактики будут продолжать изменять и прерывать друг друга. Впоследствии, скорее всего, через миллиарды лет обе галактики сольются в одну огромную галактику. Существует теория о том, что целый ряд галактик, существующих на сегодняшний день, в том числе Моечный Путь, были сформированы в результате похожего процесса слияния более мелких галактик за период в миллиарды лет.
12. «MAVEN» («Эволюция атмосферы и летучих веществ на Марсе») (Mars Orbiter)
На изображении выше показан искусственный спутник НАСА, известный как «MAVEN», который исследует верхнюю часть атмосферы Марса для того, чтобы помочь в понимании климатических изменений на красной планете. Ранние открытия, сделанные благодаря недавно запущенному спутнику, начали открывать ключевые детали о том, как атмосфера Марса была с течением времени отвоёвана космосом. Данные, полученные с «MAVEN», включали в себя обнаружение нового процесса, посредством которого солнечный ветер может проникнуть глубоко в атмосферу планеты.
11. Внутри Туманности «Пламя»
Это изображение, сделанное в инфракрасном спектре рентгеновской орбитальной обсерватории Чандра, показывает невероятную область звёздообразования, которая известна как NGC 2024, а также Туманность «Пламя». Она расположена в созвездии Ориона, приблизительно в 1400 световых годах от Земли. Согласно подсчётам учёных, звездам, находящимся в центре кластера, примерно 200 000 лет, в то время как возраст звёзд, находящихся на её внешнем краю, может достигать 1,5 миллиона лет.
10. Световые эхо (Light Echoes)
«Хаббл» сделал ещё одно восхитительное изображение, на этот раз светового эхо. С января 2002 года учёные внимательно следят за довольно необычной звездой под названием V838 Единорог (V838 Monocerotis), находящейся приблизительно в 20 000 световых годах от Земли. В момент взрыва, который продолжался несколько недель, эта звезда была в 600 000 раз ярче Солнца. Со временем звезда стала тускнеть, но выброшенный ею свет проделал путь от звезды наружу, осветив туманность, окружающую звезду. Затем свет попал в газовое облако туманности и отразился в нескольких местах. Из-за этого свет от взрыва распространился по всей Вселенной, распространяя космическую пыль от того, что Европейское космическое агентство (ESA) называет «самым захватывающим световым эхо в истории астрономии».
9. Комета C/2011 W3 (Лавджоя) (Comet Lovejoy)
Комета C/2011 W3 (Лавджоя) является периодической кометой. Это означает, что у неё могут быть очень изменчивые орбиты и периоды появления, варьирующие от 200 до 1000 лет. Период орбитального движения Лавджоя составляет приблизительно 8 000 лет. Недавно комета прошла очень близко к Земле, появившись очень ярким пятном на небе. Как это видно по фотографии, у кометы Лавджоя есть детализированный ионный хвост, состоящий из ионизированного газа, выделенного ультрафиолетовым излучением от Солнца, которое выталкивается наружу солнечным ветром. Это объясняет образование красиво структурированного хвоста кометы.
8. Марсианский восход
Хотя это изображение может показаться не таким потрясающим и сногсшибательным как некоторые другие в этом списке, фотография выше является лишь одним из многочисленных поразительных снимков, сделанных марсоходом «Кьюриосити» (Curiosity Rover) на Марсе. Наблюдение заката солнца на нашей собственной планете может быть прекрасным и впечатляющим ощущением, но разве может быть что-то более увлекательное, чем наблюдение заката солнца на другом мире? Может быть, в один прекрасный день люди смогут наблюдать это зрелище не на фотографиях, а собственными глазами.
7. «Синий марбл» (Blue Marble)
Это потрясающее изображение, названное «Синий марбл», является самой детализированной и правдивой в плане цвета фотографией Земли. Учёные объединили многомесячные наблюдения поверхности Земли, морских льдов, океанов и облаков в один коллаж, показывающий в реальном цвете каждый квадратный километр нашей планеты. Большое количество информации, собранной в этом изображении, было получено благодаря одному единственному дистанционному разведывательно-сигнализационному прибору НАСА под названием Сканирующий спектрорадиометр среднего разрешения (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer).
6. Самострел «Кьюриосити»
Робот весом в 1 тонну совершил беспрецедентную посадку на Марсе 5 августа 2012 года. Прибытие «Кьюриосити» было экстраординарным по многим причинам, включая поиск доказательств существования древней жизни на красной планете и его биосфере на основе хемотрофных и автотрофных микроорганизмов, что сделало бы человеческое поселение на Марсе реальной возможностью в ближайшем будущем. С момента своего прибытия на красную планету марсоход занимался очень интересными вещами. Эта фотография является отличным тому примером: кто бы мог подумать, что мы сможем отправить на Марса робота, способного делать самострелы?
5. Первая примечательная вспышка на Солнце 2015 года
12 января 2015 Солнце выбросило солнечную вспышку среднего уровня, и это поразительное явление было запечатлено Обсерваторией солнечной динамики (Solar Dynamics Observatory), которая регулярно отслеживает процессы, происходящие на Солнце. Солнечные вспышки являются чрезвычайно мощными всплесками излучения. Излучение от солнечной вспышки не может пройти через атмосферу Земли, но если оно достаточно мощное, то оно может нарушить атмосферу Земли на том уровне, где проходят радиосигналы GPS.
4. «Столпы Созидания» (Pillars of Creation)
Оригинальная фотография, на которой основано это изображение, была сделана космическим телескопом «Хаббл» 1 апреля 1995 года. Для того, чтобы отметить грядущий 20-летний юбилей, астрономы создали изображение «Столпов Созидания» в высоком разрешении, представленное выше. Оно было выпущено на радость публики в январе этого года. «Столпы Созидания» находятся в Туманности Орла (Eagle Nebula), в 7 000 световых лет от нас. Они состоят из молекулярного водорода и пыли, которые подвергаются коррозии из-за фотоиспарения, обусловленного ультрафиолетовым излучением от горячих звёзд, находящихся неподалёку.
3. Европа – ледяной спутник Юпитера
Эта поразительная фотография является самым лучшим изображением ледяного спутника Юпитера, существующим на данный момент. Европа уже долгое время интригует учёных благодаря тому факту, что на ней видны признаки океана, находящегося под поверхностью, а также из-за того, что на её поверхности явно видны трещины. По всей видимости, океан защищён от губительной радиации, что делает Европу одним из самых вероятных космических тел в солнечной системе, на которых может быть инопланетная жизнь. Это является одной из главных причин того, почему она является такой соблазнительной для учёных. На Европе присутствуют все элементы, которые, по мнению учёных, являются необходимыми для зарождения жизни: энергия, вода и органические вещества.
2. Сатурн улыбается для «Кассини» (Saturn Smiles for Cassini)
В октябре 1997 года был запущен автоматический космический аппарат «Кассини-Гюйгенс» (Cassini-Huygens), который прибыл к Сатурну в 2004 году. С тех пор аппарат сделал множество удивительных изображений, но эта мозаика Сатурна просто не поддаётся никакому описанию. На этом изображении показано то, что случается очень редко. Солнце освещало Сатурн сзади и аппарат «Кассини-Гюйгенс» находился ближе, чем обычно к поверхности Сатурна. Это позволило ему сделать этот потрясающий снимок с неправдоподобными цветами и потрясающе детализированными кольцами Сатурна.
1. Удивительное солнечное извержение
Наше Солнце является хранилищем чрезвычайно горячей плазмы, переплетённой с магнитными полями. 31 августа 2012 года Обсерватория солнечной динамики НАСА наблюдала за Солнцем, когда во время солнечной бури мощные магнитные поля на поверхности Солнца взметнулись наружу спиралью плазмы. Виток плазмы, удалявшийся от поверхности Солнца со скоростью 1400 километров в секунду, отлетел от его поверхности на расстояние в 300 000 километров.
Приближается момент, которого все астрономы мира с нетерпением ждали много лет. Речь идет о запуске нового космического телескопа «Джеймс Уэбб», который считается своего рода правопреемником знаменитого «Хаббла».
Зачем нужны космические телескопы
Прежде чем приступать к рассмотрению технических особенностей, давайте разберемся, зачем вообще нужны космические телескопы и какие преимущества они имеют перед комплексами, расположенными на Земле. Дело в том, что земная атмосфера, а особенно содержащийся в ней водяной пар, поглощает львиную долю излучения, идущего из космоса. Это, конечно, очень сильно затрудняет изучение далеких миров.
Но, атмосфера нашей планеты с ее искажениями и облачностью, а также шумы и вибрации на поверхности Земли не помеха для космического телескопа. В случае с автоматической обсерваторией «Хаббл» из-за отсутствия влияния атмосферы ее разрешающая способность примерно в 7–10 раз превосходит показатели телескопов, расположенных на Земле. Многие фото далеких туманностей и галактик, которые нельзя различить на ночном небе невооруженным глазом, были получены именно благодаря «Хабблу». За 15 лет работы на орбите телескоп получил более одного млн изображений 22 тыс. небесных объектов, среди которых многочисленные звезды, туманности, галактики и планеты. При помощи «Хаббла» ученые, в частности, доказали, что близ большинства светил нашей Галактики происходит процесс формирования планет.
Но запущенный в 1990 году «Хаббл» не вечен, а его технические возможности ограничены. Действительно, за последние десятилетия наука шагнула далеко вперед, и теперь можно создать гораздо более совершенные устройства, которые способны приоткрыть многие тайны Вселенной. Именно таким аппаратом станет «Джеймс Уэбб».
Возможности «Джеймса Уэбба»
Как мы уже убедились, полноценное изучение космоса без таких аппаратов, как «Хаббл», невозможно. Теперь постараемся понять концепцию «Джеймса Уэбба». Данный аппарат представляет собой орбитальную инфракрасную обсерваторию. Иными словами, ее задачей будет исследование теплового излучения космических объектов. Вспомним, что все тела, твердые и жидкие, нагретые до определенной температуры, излучают энергию в инфракрасном спектре. При этом длины волн, излучаемых телом, зависят от температуры нагревания: чем выше температура, тем короче длина волны и выше интенсивность излучения.
Среди главных задач будущего телескопа – выявление света первых звезд и галактик, которые появились после Большого взрыва. Это чрезвычайно сложно, так как движущийся в течение миллионов и миллиардов лет свет претерпевает существенные изменения. Так, видимое излучение той или иной звезды может быть полностью поглощено пылевым облаком. В случае с экзопланетами все еще труднее, так как эти объекты чрезвычайно малы (по астрономическим меркам, конечно) и «тусклы». У большей части планет средняя температура редко превышает 0°C, а в ряде случаев она может опускаться ниже –100°C. Обнаружить такие объекты очень сложно. Но аппаратура, установленная на телескопе «Джеймс Уэбб», позволит выявлять экзопланеты, температура поверхности которых достигает 300 К (что сравнимо с земным показателем), находящиеся дальше 12 астрономических единиц от своих звезд и удаленные от нас на расстояние до 15 световых лет.
Новый телескоп был назван в честь второго руководителя NASA. Джеймс Уэбб был у руля космического ведомства США в период с 1961 по 1968 годы. Именно на его плечах лежал контроль над выполнением первых в США пилотируемых запусков в космос. Он сделал большой вклад в реализацию программы «Аполлон», целью которой была высадка человека на Луну.
Всего можно будет наблюдать планеты, расположенные у нескольких десятков звезд, «соседствующих» с нашим Солнцем. Причем «Джеймс Уэбб» сможет увидеть не только сами планеты, но и их спутники. Иными словами, нас может ожидать революция по части изучения экзопланет. И, возможно, даже не одна. Если же говорить о Солнечной системе, то и здесь могут быть новые важные открытия. Дело в том, что чувствительная аппаратура телескопа сможет обнаружить и изучить объекты системы, имеющие температуру –170° С.
Возможности нового телескопа позволят понять многие процессы, происходящие на заре существования Вселенной – заглянуть в сами ее истоки. Рассмотрим этот вопрос более детально: как известно, звезды, которые находятся на расстоянии 10 световых лет от нас, мы видим именно такими, какими они были 10 лет назад. Следовательно, расположенные на удалении более 13 млрд световых лет объекты мы наблюдаем в том виде, какими они являлись почти сразу после Большого взрыва, который, как считается, произошел 13,7 млрд лет назад. Приборы, установленные на новом телескопе, позволят увидеть на 800 миллионов дальше, чем «Хаббл», установивший рекорд в своей время. Так что можно будет увидеть Вселенную, какой она была всего лишь через 100 миллионов лет после Большого взрыва. Возможно, это перевернет представления ученых об устройстве Вселенной. Остается только дождаться начала работы телескопа, которое намечено на 2019 год. Предполагается, что аппарат будет эксплуатироваться в течение 5–10 лет, так что времени для новых открытий будет предостаточно.
Общее устройство
Для запуска «Джеймса Уэбба» хотят использовать ракету-носитель «Ариан-5», созданную европейцами. Вообще, несмотря на доминирующую роль космического ведомства США, проект можно назвать международным. Сам телескоп был разработан американскими компаниями Northrop Grumman и Ball Aerospace, а всего участие в программе приняли эксперты из 17 стран мира. Кроме специалистов из США и ЕС значительный вклад также внесли канадцы.
После запуска аппарат будет находиться на гало-орбите в точке Лагранжа L2 системы Солнце – Земля. Это означает, что, в отличие от «Хаббла», новый телескоп не будет вращаться вокруг Земли: постоянное «мелькание» нашей планеты могло бы помешать проводить наблюдения. Вместо этого «Джеймс Уэбб» будет обращаться вокруг Солнца. При этом для обеспечения эффективной связи с Землей он будет перемещаться вокруг светила синхронно с нашей планетой. Удаление «Джеймса Уэбба» от Земли достигнет 1,5 млн км: из-за такого большого расстояния его не получится модернизировать или отремонтировать как «Хаббл». Поэтому надежность ставится во главу угла всей концепции «Джеймса Уэбба».
Но что же собой представляет новый телескоп? Перед нами космический аппарат, весящий 6,2 тонны. Чтобы было понятно, вес «Хаббла» составляет 11 тонн – почти в два раза больше. При этом «Хаббл» был намного меньше по своим размерам – его можно сравнить с автобусом (новый телескоп сравним по длине с теннисным кортом, а по высоте – с трехэтажным домом). Самой большой частью телескопа является противосолнечный щит, имеющий длину 20 и ширину 7 метров. Он похож на огромный слоеный пирог. Для изготовления щита была использована особая специальная полимерная пленка, покрытая тонким слоем алюминия с одной стороны и металлическим кремнием с другой. Пустоты между слоями теплового щита заполняет вакуум: это усложняет передачу тепла в «сердце» телескопа. Целью данных шагов является защита от солнечных лучей и охлаждение сверхчувствительных матриц телескопа до –220° C. Без этого телескоп будет «ослеплен» инфракрасным свечением своих деталей и о наблюдении далеких объектов придется забыть.
Больше всего в глаза бросается зеркало нового телескопа. Оно необходимо для фокусировки пучков света - зеркало их выпрямляет и создает четкую картину, при этом цветовые искажения убираются. «Джеймс Уэбб» получит основное зеркало, диаметр которого составляет 6,5 м. Для сравнения, аналогичный показатель у «Хаббла» равен 2,4 м. Диаметр основного зеркала для нового телескопа выбран неспроста – именно столько необходимо для измерения света самых далеких галактик. Нужно сказать, что от размера площади зеркала (в нашем случае он составляет 25 м²), собирающего свет от далеких космических объектов, зависит чувствительность телескопа, а также его разрешающая способность.
Для зеркала «Уэбба» использован особый тип бериллия, представляющий собой мелкий порошок. Его помещают в контейнер из нержавеющей стали, после чего прессуют в плоскую форму. После удаления стального контейнера кусок бериллия разрезают на две части, делая заготовки зеркала, каждая из которых используется для создания одного сегмента. Каждый из них стачивают и полируют, а затем охлаждают до температуры –240 °C. Затем происходит уточнение размеров сегмента, его окончательная полировка, а также нанесение золота на переднюю часть. В конце сегмент подвергают повторным испытаниям при криогенных температурах.
Учеными было рассмотрено несколько вариантов того, из чего может быть сделано зеркало, но в конечном итоге специалисты остановили свой выбор на бериллии – легком и относительно твердом металле, стоимость которого весьма высока. Одной из причин данного шага стало то, что бериллий сохраняет свою форму в условиях криогенных температур. Само зеркало по форме напоминает круг – это позволяет максимально компактно фокусировать свет на детекторах. Имей «Джеймс Уэбб», например, овальное зеркало, изображение было бы вытянутым.
Основное зеркало состоит из 18 сегментов, которые раскроются после вывода аппарата на орбиту. Если бы оно было цельным, то разместить телескоп на ракете «Ариан-5» было бы просто физически невозможно. Каждый из сегментов шестиугольный, что позволяет использовать пространство наилучшим образом. Элементы зеркала имеют золотой цвет. За счет позолоты обеспечивается наилучшее отражение света в инфракрасном диапазоне: золото будет эффективно отражать ИК-излучение с длиной волны от 0,6 до 28,5 микрометра. Толщина золотого слоя составляет 100 нанометров, а общий вес покрытия равен 48,25 грамма.
Перед 18-ю сегментами на специальном крепеже установлено вторичное зеркало: оно будет принимать свет главного зеркала и направлять его на научные инструменты, расположенные в задней части аппарата. Вторичное зеркало намного меньше основного и имеет выпуклую форму.
Как и в случае со многими амбициозными проектами, цена телескопа «Джеймса Уэбб» оказалось выше, чем предполагалось. Изначально эксперты планировали, что космическая обсерватория обойдется в 1,6 млрд долларов, однако новые оценки говорят, что стоимость может возрасти до 6,8 млрд. Из-за этого в 2011 году от проекта даже хотели отказаться, однако потом было решено вернуться к его реализации. И сейчас «Джеймсу Уэббу» ничего не угрожает.
Научные инструменты
Для изучения космических объектов на телескопе установлены следующие научные инструменты:
- NIRCam (камера ближнего инфракрасного диапазона)
- NIRSpec (спектрограф ближнего инфракрасного диапазона)
- MIRI (прибор среднего инфракрасного диапазона)
- FGS/NIRISS (датчик точного наведения и устройство формирования изображения в ближнем инфракрасном диапазоне и бесщелевой спектрограф)
Телескоп «Джеймс Уэбб» / ©wikimedia
NIRCam
Камера ближнего инфракрасного диапазона NIRCam – основной блок формирования изображения. Это своего рода «главные глаза» телескопа. Рабочий диапазон камеры – от 0,6 до 5 микрометров. Снимки, сделанные ею, будут впоследствии изучаться другими инструментами. Именно при помощи NIRCam ученые хотят увидеть свет от самых ранних объектов Вселенной на заре их формирования. Кроме этого, за счет инструмента будут изучены молодые звезды нашей Галактики, создана карта темной материи и многое другое. Важная особенность NIRCam – наличие коронографа, позволяющего увидеть планеты вокруг далеких звезд. Это станет возможным благодаря подавлению света последних.
NIRSpec
При помощи спектрографа ближнего инфракрасного диапазона можно будет собирать информацию, касающуюся как физических свойств объектов, так и их химического состава. Спектрография занимает очень много времени, однако при помощи технологии микрозатворов можно будет проводить наблюдения за сотней объектов на площади неба 3×3 угловых минуты. Каждая ячейка микрозатворов NIRSpec имеет крышку, которая открывается и закрывается под влиянием магнитного поля. Ячейка имеет индивидуальное управление: в зависимости от того, закрыта она или открыта, информация об исследуемый части неба предоставляется или же, наоборот, блокируется.
MIRI
Прибор среднего инфракрасного диапазона работает в диапазоне 5–28 микрометров. Данное устройство включает в себя камеру с датчиком, который имеет разрешение 1024×1024 пикселя, а также спектрограф. Три массива мышьяко-кремниевых детекторов делают MIRI самым чувствительным прибором в арсенале телескопа «Джеймс Уэбб». Предполагается, что с помощью прибора среднего инфракрасного диапазона удастся различить рождающиеся звезды, многие ранее неизвестные объекты пояса Койпера, красное смещение очень далеких галактик, а также загадочную гипотетическую планету X (она же девятая планета Солнечной системы). Номинальной рабочей температурой для MIRI являются 7 К. Одна лишь пассивная система охлаждения не способна ее обеспечить: для этого используются два уровня. Сначала с помощью пульсационной трубы телескоп охлаждается до 18 К, а потом температура понижается до 7 К при помощи теплообменника с адиабатическим дросселированием.
FGS/NIRISS
FGS/NIRISS состоит из двух приборов – датчика точного наведения и устройства формирования изображения в ближнем инфракрасном диапазоне и бесщелевого спектрографа. Фактически NIRISS дублирует функции NIRCam и NIRSpec. Работающее в диапазоне 0,8–5,0 микрометров устройство будет обнаруживать «первый свет» от далеких объектов, наводя на них оборудование. NIRISS также пригодится для обнаружения и изучения экзопланет. Что же касается датчика точного наведения FGS, то при помощи этого оборудования будет наводиться сам телескоп, чтобы иметь возможность получить более качественные изображения. Камера FGS позволяет формировать изображение из двух смежных участков неба, размер которых составляет 2,4×2,4 угловых минуты каждый. Она также считывает информацию 16 раз в секунду с небольших групп пикселей размером 8×8: этого хватает для выявления соответствующей опорной звезды с вероятностью в 95% в любой точке неба, включая высокие широты.
Установленная на телескопе аппаратура позволит иметь качественную связь с Землей и передавать научные данные со скоростью 28 Мбит/с. Как мы знаем, не все исследовательские аппараты могут похвастаться такой возможностью. Американский зонд «Галилео», например, передавал информацию со скоростью всего лишь 160 бит/с. Это, впрочем, не помешало ученым получить огромный массив информации о Юпитере и его спутниках.
Новый космический аппарат обещает стать достойным правопреемником «Хаббла» и позволит ответить на вопросы, которые остаются тайной за семью печатями до сегодняшнего дня. Среди возможных открытий «Джеймса Уэбба» – обнаружение миров, похожих на Землю и пригодных для обитания. Данные, полученные телескопом, могут быть полезны для проектов, рассматривающих возможность существования инопланетных цивилизаций.
