Телескоп Хаббл

1. Телескоп Хаббл

Малахова Анна
Гр у п п а Р к - 2 4 1

2. Введение

Телескоп «Хаббл» получил название в
честь американского астронома Эдвина
Хаббла (Edwin Hubble, 1889–1953).
Космический телескоп «Хаббл» (Hubble
Space Telescope, HST) является одним из
самых значимых инструментов в истории
астрономии. Запущенный в 1990 году, он
стал одним из самых важных инструментов
в истории астрономии.
Благодаря ему:
• Уточнён возраст Вселенной (~13,8 млрд
лет).
• Открыты тёмная энергия и ускоренное
расширение Вселенной.
• Получены детальные снимки далёких
галактик, туманностей и экзопланет.
26.05.2025
НАЗВАНИЕ ПРЕЗЕНТАЦИИ
2

3.

Целью данной курсовой работы является
комплексное изучение космического телескопа
«Хаббл», включая его историю, устройство,
основные научные достижения и перспективы
развития.
Задачи работы:
Изучить историю создания и запуска телескопа,
включая ключевые этапы проектирования и
проблемы, возникшие после его вывода на
орбиту.
Рассмотреть устройство «Хаббла», его
оптическую систему, научные инструменты и
систему управления.
Проанализировать основные научные открытия,
сделанные с помощью телескопа, такие как
уточнение возраста Вселенной, обнаружение
тёмной энергии и изучение экзопланет.
Ознакомиться с наиболее известными
фотографиями, полученными «Хабблом», и их
значением для науки.
Оценить перспективы замены телескопа и его
роль в будущих космических исследованиях.
26.05.2025
НАЗВАНИЕ ПРЕЗЕНТАЦИИ
3

4. РАЗДЕЛ 1

РА З Д Е Л
1
История создания
и запуска

5. Идея и проектирование

И д е я и
п р о е к т и р о в а
н и е
Концепцию космического
телескопа без атмосферных
искажений предложил
американский астрофизик
Л а й м а н С п и т ц е р в 1 9 4 6 г о д у.
В 1960-х NASA запустило
программу «Large Space
Te l e s c o p e » , а в 1 9 7 5 г о д у
создало консорциум с ESA,
которое взяло на себя 15%
финансирования. С 1977 по
1985 год разрабатывалось
зерк ало диаметром 2,4 метра
с точностью до 10
нанометров, изготовленное
компанией Perkin-Elmer с
использованием
высокоточных технологий.
26.05.2025
НАЗВАНИЕ ПРЕЗЕНТАЦИИ
5

6.

Декабрь 1993 (STS-61):
Самая сложная миссия шаттлов: за 11 дней
астронавты установили корректирующую оптику
(COSTAR), заменили камеру (WFPC2), обновили
батареи и гироскопы. Разрешение улучшилось
до 0,05 угловых секунд.
Последующие миссии:
•1997 (STS-82): Установка спектрографа STIS и
камеры NICMOS.
•1999 (STS-103): Экстренная замена гироскопов.
•2002 (STS-109): Монтаж камеры ACS (×10
чувствительность).
•2009 (STS-125): Последний ремонт: WFC3, новые
гироскопы.
После 2009 года обслуживание прекращено. Каждая
миссия продлевала работу «Хаббла» на 5–7 лет –
это первый телескоп, рассчитанный на ремонт в
космосе.
26.05.2025
НАЗВАНИЕ ПРЕЗЕНТАЦИИ
6

7. РАЗДЕЛ 2

РА З Д Е Л
2
Ус т р о й с т в о
телескопа

8. Устройство телескопа

У с т р о й с т в о
т е л е с к о п а
Телеск оп «Хаббл»
представляет собой
сложную
автоматизированную
с и с т е м у, п р е д н а з н а ч е н н у ю
для наблюдения за
космическими объектами в
у л ьт р а ф и о л е т о в о м ,
видимом и инфракрасном
диапазонах. Его работа
включает несколько
ключевых этапов:
наведение на цель, сбор и
фокусировк у света,
регистрацию данных, их
обработку и передачу на
Землю
26.05.2025
НАЗВАНИЕ ПРЕЗЕНТАЦИИ
8

9. Оптическая система

О п т и ч е с к а я
с и с т е м а
Основные компоненты:
1 . Гл а в н о е зе р к а л о и з
стеклокерамики.
Диаметр: 2,4 метра
Материал:
боросиликатное стекло
(ULE)
Форма: гиперболическая
2. Вторичное зеркало
корректирует световой
поток, направляя его в
научные приборы
Диаметр: 0,3 метра
3. Оптическая система
обеспечивает угловое
разрешение до 0,05
угловых секунды (в 10
раз лучше, чем у
наземных телескопов того
времени).
26.05.2025
НАЗВАНИЕ ПРЕЗЕНТАЦИИ
9

10. Научные инструменты

Н а у ч н ы е
и н с т р у м е н т ы
Wide Field Camera 3 (WFC3)
Работает в УФ (200–400 нм),
видимом (380–780 нм) и ИК
(800–1700 нм) диапазонах.
Advanced Camera for Surveys
(ACS)
Специализируется на глубоких
обзорах (Hubble Ultra Deep
Field).
COS (Cosmic Origins
Spectrograph) – анализ слабых
УФ-источников (квазары,
межгалактический газ
S T I S ( S p a c e Te l e s c o p e I m a g i n g
Spectrograph) – изучает чёрные
дыры и атмосферы экзопланет
26.05.2025
НАЗВАНИЕ ПРЕЗЕНТАЦИИ
10

11. Системы стабилизации и наведения и управления и энергоснабжения

С и с т е м ы
с т а б и л и з а ц и и
и
н а в е д е н и я
и
у п р а в л е н и я
и
э н е р г о с н а б ж е
н
и я
Гироскопы — определяют
ориентацию телескопа.
Реактивные колёса — точно
наводят телескоп на цель с
точностью до 0,007 угловой
секунды.
Магнитные датчики —
корректируют положение
относительно магнитного поля
Земли.
Энергосистема:
1 . С о л н е ч н ы е п а н е л и ( 2 ш т. , 7 , 1 м
× 2,6 м) вырабатывают 5,5 кВт
[16].
2. Литий-ионные батареи
обеспечивают работу в тени Земли
[17].
Стабилизация:
1. 6 гироскопов (изначально),
после модернизации – 3
(минимально необходимо).
2. 4 реактивных колеса (flywheels)
р е г 26.05.2025
улируют ориентацию с
НАЗВАНИЕ ПРЕЗЕНТАЦИИ
точностью до 0,01 угл. сек. [18].
11

12. РАЗДЕЛ 3

РА З Д Е
Л 3
Орбита телеск опа
« Х а б бл »

13. Телескоп «Хаббл» (Hubble Space Telescope, HST) находится на низкой околоземной орбите (НОО), что отличает его от многих других

Те л е с к о п « Х а б б л » ( H u b b l e S p a c e Te l e s c o p e ,
HST) находится на низкой околоземной орбите
( Н О О ) , ч то отлич а ет е го от м н о г их друг их
космических обсерваторий
Высота и наклонение
Форма орбиты
Период обращения и скорость
• Средняя высота: ~547 км
(колеблется от 535 до 560 км
из-за сопротивления
атмосферы) Наклонение:
28,5° относительно экватора.
Почему именно такие
значения? Высота 547 км
выбрана, чтобы: избежать
сильного сопротивления
атмосферы (ниже 500 км
торможение резко
возрастает); оставаться в зоне
досягаемости шаттлов
(сервисные миссии возможны
только до ~600 км)
Наклонение 28,5°
соответствует траектории
запуска с мыса Канаверал
(экономия топлива при выводе
шаттлом).
• Орбита близка к круговой, но
имеет небольшой
эксцентриситет (~0,001), что
означает: Перигей (ближайшая
точка): ~535 км. Апогей
(дальняя точка): ~560 км.
Почему не идеальный круг?
Микровоздействия гравитации
Луны и Солнца, а также
сопротивление верхних слоёв
атмосферы постепенно
искажают орбиту.
• Период обращения: ~95 минут
(15,5 витков в сутки).
Орбитальная скорость: ~7,5 км/с
(27 000 км/ч). Следствия:
Телескоп регулярно входит в тень
Земли (~30–45 минут за виток),
что требует перехода на
аккумуляторы. За одни сутки
«Хаббл» может наблюдать
разные участки неба, но
длительные экспозиции
(например, Hubble Deep Field)
требуют стабильного наведения
на одну точку.
26.05.2025
НАЗВАНИЕ ПРЕЗЕНТАЦИИ
13

14. РАЗДЕЛ 4

РА З Д Е
Л 4
Отличия от наземных
телескопов

15. Отличия от наземных телескопов

Отличия от
на земных
телескопов
26.05.2025
Космический телескоп "Хаббл"
принципиально отличается от наземных
астрономических инструментов по целому
ряду параметров, что обеспечивает ему
существенные преимущества в качестве
получаемых данных и возможностях
наблюдений. Эти различия можно
систематизировать по нескольким
ключевым аспектам.
5.1. Отсутствие атмосферных
искажений
5.2. Доступ к ультрафиолетовому
диапазону
5.3. Возможность длительных
экспозиций
5.4. Стабильность условий
НАЗВАНИЕ ПРЕЗЕНТАЦИИ
15
наблюдений

16. РАЗДЕЛ 5

РА З Д Е Л
5
Основные
научные
достижения

17. Основные научные достижения

О с н ов н ы е н ау ч н ы е д о с т и же н и я
Ускоренное расширение
Вселенной
Возраст Вселенной
Совместно
с
данными
космической
обсерватории
«Планк»
измерения
«Хаббла»
помогли
определить возраст Вселенной — 13,8
млрд лет [19].
Эти
результаты
• В 1998 году две независимые
группы астрономов, изучая
сверхновые типа Ia с помощью
«Хаббла», обнаружили, что
Вселенная расширяется с
ускорением. [18].
Изучение экзопланет
«Хаббл» внёс значительный вклад в
изучение экзопланет (планет за
пределами Солнечной системы),
исследуя их атмосферы методом
трансмиссионной спектроскопии
подтвердили
модель ΛCDM (Лямбда-CDM), которая
описывает
Вселенную
с
тёмной
энергией и холодной тёмной материей.
26.05.2025
НАЗВАНИЕ ПРЕЗЕНТАЦИИ
17

18. Основные научные достижения

Исследование чёрных дыр и активных
галактик
• «Хаббл» подтвердил существование
сверхмассивных чёрных дыр
(СМЧД) в центрах галактик.
Глубокие поля «Хаббла» (Hubble Deep
Fields)
Одни из самых знаменитых достижений
— глубокие обзоры удалённых галактик.
Hubble Ultra Deep Field (2004):
Снимок
участка
неба
размером
с
булавочную головку (1/10 диаметра Луны)
показал ~10 000 галактик, некоторые из
которых видны такими, какими они были через
400–800 млн лет после Большого взрыва.
26.05.2025
НАЗВАНИЕ ПРЕЗЕНТАЦИИ
18

19. РАЗДЕЛ 6

РА З Д Е
Л 6
Фотографии,
полученные с помощью
телескопа «Хаббл»

20. Фотографии, полученные с помощью телескопа «Хаббл»

Ф ото г р а ф и и ,
п ол у ч е н н ы е с
помощью телескопа
«Хаббл»
1 «Столпы Творения» Знаменитый снимок
туманности Орёл (M16), сделанный
«Хабблом» в 1995 году и повторно в 2014
году, демонстрирует область активного
звездообразования, состоящую из
гигантских газопылевых колонн
2 Галактика Сомбреро Галактика M104
(Сомбреро) (рис. 12) была детально изучена
благодаря снимкам «Хаббла», которые
выявили её сложную структуру
3 Кольцеобразная галактика (Объект
Хога) Объект Хога (PGC 54559) (рис. 13)—
редкий пример кольцеобразной галактики,
где звёзды и газ образуют почти идеальное
кольцо вокруг центрального ядра
26.05.2025
НАЗВАНИЕ ПРЕЗЕНТАЦИИ
20

21. РАЗДЕЛ 7

РА З Д Е
Л 7
Техниче ские проблемы
и модернизации
телескопа "Хаббл"

22. Сравнительная таблица сервисных миссий

Сравнительная таблица с ервисных миссий
Миссия
Год
Основные работы
Стоимость
SM1
1993
COSTAR, гироскопы
$629 млн
SM2
1997
STIS, NICMOS
$251 млн
SM3A
1999
Гироскопы, компьютер
$158 млн
SM3B
2002
ACS, солнечные панели
$220 млн
SM4
2009
WFC3, COS, ремонт
$1.1 млрд
26.05.2025
НАЗВАНИЕ ПРЕЗЕНТАЦИИ
22

23. РАЗДЕЛ 8

РА З Д Е
Л 8
Го д ы с у щ е с т в о в а н и я и
перспективы замены

24. Годы существования и перспективы замены

Срок службы
Будущее телескопа
Космический телескоп «Хаббл» (Hubble
Space Telescope, HST) был выведен на
орбиту 24 апреля 1990 года в рамках
совместной миссии NASA и
Европейского космического агентства
(ESA). Первоначально планировалось,
что аппарат проработает около 15 лет,
однако благодаря сериям сервисных
миссий (в 1993, 1997, 1999, 2002 и 2009
годах), в ходе которых производилась
замена устаревшего оборудования и
ремонт вышедших из строя систем, срок
его эксплуатации был многократно
продлен.
1. Замена на James Webb Space
Telescope (JWST):
25 декабря 2021 года был успешно
запущен космический телескоп нового
поколения «Джеймс Уэбб» (JWST),
разработанный как научная замена
«Хабблу».
•JWST работает в инфракрасном
диапазоне и обладает зеркалом
диаметром 6,5 метров (против 2,4
метров у «Хаббла»), что позволяет ему
изучать более удаленные и древние
объекты Вселенной.
26.05.2025
НАЗВАНИЕ ПРЕЗЕНТАЦИИ
24

25. Заключение

Космический телескоп «Хаббл» стал одним из величайших научных инструментов в
истории астрономии, коренным образом изменив наше понимание Вселенной. За более
чем три десятилетия работы он предоставил огромный массив данных, которые легли в
основу ключевых астрофизических открытий. В данной курсовой работе были
рассмотрены история создания, устройство, научные достижения и перспективы этого
уникального телескопа.
Основные выводы:
1.Историческая значимость:
1.Первоначальные проблемы устранены благодаря ремонтным миссиям.
2.Доказал возможность обслуживания техники в космосе.
2.Технологии:
1.Высокочувствительная оптика и стабилизация – беспрецедентная детализация
снимков.
3.Главные открытия:
1.Возраст Вселенной, уточнение постоянной Хаббла.
2.Доказательство ускоренного расширения (тёмная энергия).
3.Анализ атмосфер экзопланет.
4.Культурное влияние:
1.Легендарные снимки вдохновили миллионы людей.
5.Перспективы:
1.Несмотря на новые телескопы, «Хаббл» остаётся ценным инструментом.
2.Его наследие формирует будущие космические миссии.
26.05.2025
НАЗВАНИЕ ПРЕЗЕНТАЦИИ
25

26. Спасибо за внимание

Спасибо
за
внимани
е
26.05.2025
НАЗВАНИЕ ПРЕЗЕНТАЦИИ
26