Автор: От открытия Плутона до прямой фотосъемки с Новых Горизонтов.
В июльские дни 2015 года космический аппарат NASA «Новые Горизонты» подлетел к Плутону и начал передавать на земные радиотелескопы уникальные фотографии невероятного качества. Эти события подтолкнули меня к написанию небольшой статьи об открытии планетоида и истории фотосъемок его поверхности — от самого момента его открытия до пролета «Новых Горизонтов» вблизи этой карликовой планеты. Да, статья уже такая старая.
Открытие Урана и Нептуна
Отсчет истории исследования самого крупного планетоида Солнечной системы можно начать еще с конца 18 века.
Вскорости после открытия Урана в конце 18 века, ученые начали замечать аномалии в движении этой планеты. Российский астроном Андрей Лексель обратил на них внимание через пару лет после открытия планеты – если в одно время Уран отставал от расчётного положения на своей орбите, то через некоторое время начинал его опережать.
Лексель предположил, что на седьмую планету Уран действует гравитация еще одной, пока не открытой планеты солнечной системы.
Французский астроном Алексис Бувар в 1821 году опубликовал таблицы положения Урана на орбите на много лет вперед. Уже в течение последующих десяти лет визуальные данные наблюдения всё больше и больше расходились с опубликованными расчетными таблицами, что вызвало в научной среде того времени необходимость объяснения данного явления.
Среди гипотез об аномалиях поведения Урана фигурировали: пылевая среда, сквозь которую проходит данная планета; наличие спутника, влияющего на скорость движения по орбите; и даже сомнение в возможности применения закона притяжения Ньютона на таком огромном расстоянии.
Но более всего сторонников набрала гипотеза о наличии в Солнечной системе восьмой планеты, находящейся за Ураном, и влияющей на его положение на орбите.
Так как оптические возможности телескопов 19 века не позволяли напрямую визуально просканировать всю плоскость орбиты, где могла находиться восьмая планета, в дело вступила царица наук – математика.
Французский математик Леверье в 1840-х годах несколько лет работал над точными вычислениями движения Урана по орбите вокруг Солнца и наконец убедился во влиянии на движение Урана неизвестным объектом в планетарной системе; в конце концов, однажды определив исключительно точные координаты восьмой планеты, которые он передал немецкому астроному Иоганну Далле, ассистенту Берлинской обсерватории, с просьбой незамедлительно начать поиск восьмой планеты в указанных координатах.
Оптические возможности телескопов середины 19 века незначительно отличались от телескопов времен Галилео Галилея, поэтому нет смысла приводить изображение Нептуна таким, каким его видели астроном Далле и его помощник Генрих д’Арре, так как при даже максимальном приближении, в телескоп Нептун выглядел как тусклая звездочка.
Поиск Планеты X
Леверье получил заслуженный триумф – впервые планету открыли не с помощью наблюдения за случайно выбранным участком неба, а с помощью математических расчетов, и уж затем теория была подтверждена практикой – прямым наблюдением за расчётным участком неба.
Хоть математика и получила в те годы заслуженный статус главного инструмента астрономов, по мат. расчетам Урбена Леверье опять-таки выходило, что на отклонение траектории движения Урана влияет не только эта свежеоткрытая планета.
Астрономом Уильямом Ласселом был открыт крупнейший спутник Нептуна – Тритон. Благодаря наблюдению за этими двумя объектами, Леверье оценил массу Нептуна, вследствие чего возникла очередная трудность. Нептун – по расчетам Леверье был тяжелее, чем нужно, чтобы объяснить влияние на соседа по Солнечной системе, Урана. Выходит, за Нептуном находится ещё одна планета, которая также влияет на отклонение траектории Урана.
Так ученый мир пришел к осознанию, что в Солнечной системе может находиться по крайней мере девять планет.
Первые серьезные намерения по поиску планеты «икс» предпринял директор Гарвардской обсерватории Уильям Пикеринг, правда, единственное, что он обнаружил, изучая фотографические пластинки с телескопа – отклонения в траекториях орбит Нептуна и Урана, которые он и списал на влияние девятой планеты, однако так её и не обнаружив.
Подобным исследованиям неба в поисках планеты «икс» занимался знаменитый своей теорией присутствия развитой цивилизации на Марсе Персиваль Лоуэлл. Увы, Лоуэлл умер, не дожив до официального открытия планеты, кое было совершено в его же обсерватории в 1929 году, американским астрономом Клайдом Уильямом Томбо.
Условия получений фотографий Плутона
Первая фотография Плутона, 1929 год
Не скажу, что интерес к новой девятой планете на этом угас, но всё относительно. Следующие несколько десятков лет, с развитием и улучшением оптических свойств земных телескопов, изображение Плутона становилось относительно качественнее, но в виду огромной удаленности Плутона от Солнца (4,5 – 7,5 млрд км) на поверхности девятой планеты удавалось лишь различить огромные темные и светлые области, занимающие огромные части планеты.
В 1978-м году на фотографии Плутона обнаружен выступ, который соотнесли со спутником Плутона – Хароном.
Во время покрытия Плутоном звезды в 1988 году у Плутона удалось обнаружить протяженную и сверхразряженную атмосферу, давление которой на поверхности Плутона составляет 1/675500 от давления земной атмосферы.
Можно спросить – на орбите Земли аж с 1990 года летает огромный космический телескоп Хаббл, передающий ученым фотографии галактик, находящихся на чудовищно огромном расстоянии, почему бы не сфотографировать Плутон с его помощью.
Действительно, характеристики этого американского телескопа, выведенного в космос, впечатляют. Само по себе выведение в космос любого телескопа, предназначенного для наблюдений за звёздами, исключает помехи и искажения, вызываемые земной атмосферой. Для 1990 года, и даже поныне, характеристики «Хаббла» вообще представляют собой нечто грандиозное.
Цитата:
Телескоп Хаббла представляет собой рефлектор системы Ричи-Кретьена, или улучшенный вариант системы Кассегрена, в котором свет изначально попадает на главное зеркало, отражается и попадает на вторичное зеркало, фокусирующее свет и направляющее его в систему научных инструментов телескопа сквозь маленькое отверстие в главном зеркале. Часто люди ошибочно считают, что телескоп увеличивает изображение. На самом деле, он лишь собирает максимальное количество света от объекта. Соответственно, чем больше главное зеркало, тем больше света оно соберет и тем четче получится изображение. Второе зеркало лишь фокусирует излучение. Диаметр главного зеркала Хаббла – 2,4 метра. Оно кажется небольшим, если учесть, что диаметр зеркал наземных телескопов достигают 10 метров и более, но отсутствие атмосферы, все же, является огромным преимуществом космического варианта.
Для наблюдения за космическими объектами телескоп располагает рядом научных инструментов, работающих совместно или по отдельности. Каждый из них по-своему уникален.
Усовершенствованная обзорная камера (Advanced Camera for Surveys – ACS). Самый новый инструмент наблюдений в видимом диапазоне, предназначен для исследований ранней Вселенной, и установленный в 2002 году. Эта камера помогла составить карту распределения черной материи, обнаружить наиболее удаленные объекты и исследовать эволюцию галактических скоплений.
Камера близкого инфракрасного диапазона и многообъектный спектрометр (Near Infrared Camera and Multi-Object Spectrometer – NICMOS). Инфракрасный сенсор, детектирует тепло, когда объекты скрыты межзвездной пылью или газом, как, например, в областях активного звездообразования.
Камера близкого инфракрасного диапазона и многообъектный спектрометр (Space Telescope Imaging Spectrograph – STIS). Действует подобно призме, разлагая свет. Из полученного спектра можно получить информацию о температуре, химическом составе, плотности и движении исследуемых объектов. STIS прекратил работу 3 августа 2004 года из-за технических неисправностей, но в 2008 году во время планового ремонта телескопа будет отремонтирован.
Широкоугольная и планетная камера-2 (Wide Field and Planetary Camera 2 – WFPC2). Универсальный инструмент, при помощи которого было сделано большинство известных каждому фотографий. Благодаря 48 фильтрам позволяет видеть объекты в достаточно широком диапазоне длин волн.
И да, действительно, ученые не упустили такой возможности протестировать оптическую систему нового телескопа – Плутон был сфотографирован телескопом Хаббл в 1996 году.
Возникнет вопрос, почему «Хаббл», который знаменит своими уникальными фотографиями далеких галактик, не может сфотографировать Плутон в приемлемом для исследований разрешении?
На самом деле, чужие галактики, хоть и очень далеки, но не менее огромны чем наша.
Для наглядного примера я просто приведу картинку. К примеру, галактика Андромеды, будь она хоть чуток немного ярче, выглядела бы на нашем небе вот так.
Если перевести размеры, занимаемые галактикой Андромеды, луной и Плутоном, в угловые секунды, то получится следующее:
Галактика Андромеды
В нашем небе она занимает 10 800 угловых секунд, т.е.3 градуса.
Луна, например, занимает на нашем небе 1800 угловых секунд, т.е. 0,5 градуса
Угловой диаметр Плутона всего лишь 0,115 угловых секунд, в ближайшем сближении с Землей.
Пускай другие галактики и находятся гораздо дальше чем M31, их угловые размеры по прежнему велики по сравнению с Плутоном.
Тут напрашивается вопрос – разве телескоп Хаббл не приближает изображение, увеличивая его? Нет, телескоп лишь собирает максимальное количество света от наблюдаемого объекта. Чем больше зеркало телескопа уловит фотонов от объекта – тем четче будет получаемое изображение. Опять же от далеких галактик, состоящих из триллионов звёзд, на главное зеркало телескопа придет больше фотонов чем от такой маленькой планетки как Плутон.
Продолжение