13. Видеть дальше звезд
Представьте себе, что вы стоите на крыше Эмпайр-стейт-билдинг на Манхэттене и держите в руке лазерную указку. А теперь представьте, что я нахожусь в округе Колумбия, стою на вершине памятника Вашингтону и держу в руках монетку в десять центов, а вы можете попасть в нее лучом лазерной указки. Теперь вообразите, что вы вместе с Эмпайр-стейт-билдинг перемещаетесь со скоростью 27 000 км/ч в одном направлении, а памятник Вашингтону и монетка со скоростью несколько тысяч км/ч — в другом направлении, а вы по-прежнему можете удерживать луч на монете, хотя мы разбегаемся в противоположных направлениях с невероятной скоростью.
Именно это делает космический телескоп имени Хаббла. Это потрясающая штука. «Хаббл» можно включить в список великих инженерных достижений в истории человечества наряду с египетскими пирамидами и Великой китайской стеной. Он был назван в честь Эдвина Хаббла, астронома, который открыл, что галактики, подобные нашей, существуют вне Млечного Пути, и первым установил, что Вселенная расширяется. Это был научный прорыв, который привел к теории Большого взрыва. Ученые стали размышлять о преимуществах телескопа, находящегося в космосе, практически тогда же, когда мы начали строить космические корабли. Такой телескоп сможет видеть свет, неискаженный завихрениями атмосферы. Также ему будут доступны ультрафиолетовые и инфракрасные части спектра, которые поглощаются земной атмосферой. Расположенный в космосе телескоп сможет увидеть и изучить такое, что ни один человек никогда и не мечтал увидеть.
Телескоп «Хаббл» способен на все это и даже больше. Он делает инфракрасные снимки далеких планет, что помогает определить, на каких из них могла бы зародиться жизнь, в основе которой находится углерод. Телескоп с потрясающей точностью измеряет расстояния между звездами. Он показал нам, как быстро расширяется Вселенная, и помог точно определить ее возраст (13,8 млрд лет, если вам интересно). С помощью «Хаббла» открыли четыре ранее неизвестных спутника Плутона. Он помогает узнать, как появляются звезды и как формируются черные дыры. Большая часть открытий, сделанных с помощью телескопа, — это ответы на вопросы, которые мы не знаем, как задать. «Хаббл», вне всяких сомнений, единственный в своем роде и самый важный инструмент, которым сейчас располагает человечество для изучения Вселенной и нашего места в ней.
То, как телескоп работает, почти так же невероятно, как и то, что он делает. В телескопе нет никаких двигателей. Он собирает энергию солнечных лучей и использует ее для питания внутренних маховиков. Маховики крутятся, и перемещение массы вращающихся маховиков направляет телескоп. Кроме того, есть еще шесть гироскопов, которые также вращаются, чтобы удерживать телескоп наведенным на определенную цель, в то время как он несется сквозь космическое пространство. Сам телескоп находится внутри космического аппарата, гениально спроектированного для того, чтобы защитить приборы внутри. Обращаясь вокруг Земли, он проходит через границу смены дня и ночи, и температура внешней поверхности колеблется от +90 °C до –130 °C. Даже в таких суровых условиях внутри аппарата поддерживается комфортная комнатная температура, позволяющая идеально откалибровать приборы для выполнения задач.
Запуск «Хаббла» на орбиту был самым громким событием в исследовании космоса после первого запуска шаттла. Телескоп разрабатывали с начала 1970-х гг. и должны были ввести в эксплуатацию в 1983 г. По техническим причинам эта дата была отложена. В декабре 1985 г., когда я еще работал в IBM, я торопился пройти через Пенн-стейшн, чтобы успеть на свой поезд. На глаза мне попалась стойка с газетами, и мое внимание привлекла обложка журнала Life. Там был астронавт, разрывающий полотно космоса так, что в прорехе была видна далекая желто-оранжевая туманность. Заголовок гласил: «Видеть дальше звезд: предварительный обзор самого важного года для Америки в космосе». Я поспешил купить журнал и прочитал его прямо в поезде.
Из-за катастрофы «Челленджера» 1986-й стал важным годом в космических исследованиях, но совсем в другом смысле. Программа Space Shuttle была приостановлена, и запуск телескопа снова отложили, теперь на 1990 г. К тому времени, когда он наконец был запущен, проект, на который предполагалось потратить $575 млн, стоил уже $1,8 млрд, и только после запуска мы обнаружили, что телескоп не работает. Его главное зеркало диаметром 2,4 м имело дефекты из-за отклонений от правильной формы. По краям оно было слишком плоским, отклонение было совсем крошечным — оно составляло всего 2,2 микрометра, меньше толщины человеческого волоса. Но этого было достаточно для того, чтобы свет отражался неправильно и телескоп не мог сфокусироваться. Все эти изображения в видимом диапазоне спектра, все эти замечательные фотографии далеких галактик и туманностей, которые каждый мечтал увидеть на календаре или экране своего компьютера, — телескоп не выдал ни одного из них! Это была просто катастрофа, огромный конфуз для всей космической программы.
К счастью, «Хаббл» можно было починить. Умные, точные машины очень капризны. Чтобы они работали правильно, им нужна любящая, заботливая рука, и телескоп не был исключением из правила. Именно поэтому его построили так, чтобы астронавты могли его отремонтировать. Когда «Хаббл» запустили, в бюджет НАСА были заложены четыре миссии обслуживания, поскольку астронавты должны были полететь к телескопу, провести ремонт и модифицировать оборудование в соответствии с новейшими техническими достижениями. После того как обнаружилась проблема с зеркалом, первый из этих полетов обслуживания превратился в спасательную операцию.
Непосредственно зеркало заменить было нельзя. Его диаметр был слишком большим, и оно не было блочно-модульным, как некоторые другие части телескопа. Но, хотя зеркало и было отполировано неправильно, это было сделано так тщательно, что мы точно знали, как его откорректировать, поэтому можно было добавить корректирующие линзы. Попросту говоря, мы снабдили «Хаббл» очками. Первая экспедиция обслуживания, STS-61, состоялась в 1993 г. Экипаж установил Систему оптической коррекции аберрации космического телескопа (Corrective Optics Space Telescope Axial Replacement, COSTAR) — приспособление, состоящее из зеркал размером с монету, которые ставились на пути лучей света так, чтобы изображение оказывалось в правильном фокусе. Экспедиция STS-61, возможно, и по сей день остается самым важным полетом шаттла за всю историю программы.
Вторая миссия обслуживания состоялась в феврале 1997 г. Как и планировалось, в основном эта экспедиция провела рутинное обслуживание телескопа, технический осмотр на 50 млн км пройденного «по спидометру» расстояния. Астронавты заменили часть износившегося оборудования и установили два новых важных прибора: регистрирующий спектрограф (Space Telescope Imaging Spectrograph, STIS) и камеру и мультиобъектный спектрометр ближнего инфракрасного диапазона (Near Infrared Camera and Multi-Object Spectrometer, NICMOS). В третьем полете первоначально также планировалось провести обслуживание и установку новых приборов, так сказать, технический осмотр (уже на отметке 100 млн км). Но в 1998 г. гироскопы «Хаббла» начали выходить из строя один за другим, и это произошло гораздо раньше, чем ожидалось. Тончайшие электрические провода толщиной с волос, погруженные в жидкость внутри гироскопов, подвергались коррозии, чего инженеры никак не ожидали. Из шести гироскопов, имеющихся на борту космического аппарата, для того чтобы телескоп мог выполнять свои функции, должны были работать хотя бы три. Так как гироскопы продолжали ломаться, мы перевели «Хаббл» в режим энергосбережения — что-то вроде того, когда ноутбук переходит в спящий режим. Телескоп работал, он и не думал падать вниз, но не делал никаких фотографий или других научных исследований.
