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HISTÓRIA DA TECNOLOGIA, TECNOLOGIA, OBJETOS AO REDOR DE NÓS
Telescópio Hubble. História da invenção e produção
Diretório / A história da tecnologia, tecnologia, objetos ao nosso redor O Telescópio Espacial Hubble (HST; eng. Telescópio Espacial Hubble, HST; código do observatório "250") é um observatório automático em órbita ao redor da Terra, nomeado em homenagem a Edwin Hubble. O Telescópio Hubble é um projeto conjunto entre a NASA e a Agência Espacial Européia; faz parte dos Grandes Observatórios da NASA. A colocação de um telescópio no espaço permite registrar a radiação eletromagnética nas faixas em que a atmosfera terrestre é opaca; principalmente na faixa do infravermelho. Devido à ausência da influência da atmosfera, a resolução do telescópio é 7 a 10 vezes maior que a de um telescópio semelhante localizado na Terra.
A prioridade de fazer o telescópio ainda é contestada. De acordo com vários documentos, um dos primeiros instrumentos foi feito na Holanda por Zachary Jansen em 1604 após o modelo italiano de 1590. Outros registros de testemunhas oculares relatam que as primeiras lunetas foram inventadas por volta de 1605-1610 em Middelburg pelo fabricante de óculos John Lapree. De qualquer forma, já em 1608 os telescópios foram feitos por muitos mestres. Em particular, Jacob Metzius. Em 1610, Galileu criou um telescópio com uma ampliação de 32 vezes! Cientista de pesquisa astronômica trouxe-lhe grande fama. Impressionado com os sucessos de Galileu, Johannes Kepler retornou em 1610 à óptica aplicada. Ele propôs um esquema óptico fundamentalmente novo da luneta. Antes disso, apenas uma combinação de lentes era usada - uma conexão em série de uma lente divergente (côncava) como objetiva e uma lente coletora (convexa) como ocular. O tubo de Kepler possuía duas lentes convexas, que, além de um campo de visão maior, possibilitaram pela primeira vez obter uma imagem direta do objeto observado. Tal telescópio poderia servir como dispositivo de observação, ou seja, de um instrumento puramente observacional passou também a ser um instrumento de medição. E isso expandiu muito o escopo de sua aplicação. No entanto, os primeiros telescópios deram imagens visivelmente distorcidas por vários defeitos (aberrações). Os cientistas - que eram então os principais construtores de telescópios - tentaram eliminá-los aumentando a distância focal da lente. Assim foi até 1668, quando Isaac Newton construiu pela primeira vez um instrumento de um tipo completamente novo - um telescópio refletor (espelho), desprovido da aberração cromática inerente aos dispositivos de lentes (refratores). A lente era um espelho de metal côncavo. A perfeição da imagem dependia da mão de obra deste último. Vinte e um anos depois de Newton, o astrônomo e oculista inglês William Herschel poliu um espelho com um diâmetro de 122 centímetros. Naquela época, era o maior refletor do mundo. Percebendo que aumentar o tamanho dos telescópios é um caminho direto para novas descobertas, os astrônomos dos principais observatórios do mundo entraram em uma competição real. Em 1917, o americano D. Ritchie construiu um novo refletor para o Observatório Mount Wilson, que por muitos anos permaneceu o maior do mundo. Seu espelho de 258 cm pesava cinco toneladas com um peso total de cem toneladas. Em 1931, o oculista alemão B. Schmidt e seu colega soviético D.D. Maksutov (1941) desenvolveu dois projetos para telescópios combinados com lentes espelhadas. Ambos os instrumentos receberam reconhecimento mundial e passaram a levar os nomes de seus criadores. Maksutov introduziu uma lente corretiva em um telescópio de espelho comum, que corrigiu as distorções introduzidas por um espelho esférico. Já os primeiros desses sistemas permitiram obter fotografias do céu estrelado de qualidade única e emitir uma publicação astronômica fundamental - um atlas de nebulosas. Na história da construção de telescópios, os refratores "brigaram" com os refletores por muito tempo, até que, finalmente, este último venceu. O maior deles, com um espelho principal de seis metros feito de material vitrocerâmico - vitrocerâmico, foi instalado no Observatório Astrofísico Especial da Academia Russa de Ciências no Monte Semirodniki, perto da estação Zelenchukskaya, no norte do Cáucaso. O processamento do espelho de setenta toneladas continuou até o verão de 1974, e as observações regulares começaram em fevereiro de 1976 - após um total de dezesseis anos de trabalho preparatório. O grandioso conjunto de 42 metros pesa 950 toneladas. Este telescópio "vê" objetos celestes até a magnitude 26, localizados na fronteira do universo observável. Na década de 1940, os astrônomos perceberam que a radiação eletromagnética dos objetos espaciais não é de forma alguma limitada ao espectro visível, mas é distribuída em quase todas as faixas - de ondas de rádio a raios gama, e que a observação em novas regiões do espectro pode trazer informações valiosas que antes eram completamente inacessíveis. O primeiro de uma série de instrumentos "não-ópticos" foram os radiotelescópios, graças aos quais, na mesma década de 1940, foram descobertas radiogaláxias invisíveis até para os melhores instrumentos ópticos da época. Os pesquisadores imediatamente perceberam que, ao contrário dos mais recentes, os novos dispositivos não dependem dos caprichos do clima. Quanto ao design, entre os radiotelescópios, como nos ópticos, reinam os refletores. O espelho aqui é um parabolóide de malha metálica, no foco do qual a antena está instalada. O sinal induzido nele é alimentado ao receptor para processamento e dele para os dispositivos de gravação. O maior telescópio infravermelho foi construído em Mauna Kea (Havaí, EUA) a uma altitude de 4200 metros acima do nível do mar com um espelho de 374 centímetros de diâmetro. É tão perfeito que também pode ser usado para observações visuais. Equipado com um sistema de controle por computador, ele pode mirar automaticamente em um determinado objeto e rastreá-lo. À esquerda está o espelho principal, à direita está o nó do sistema. E em 1985, no Observatório Mauna Kea, começou o trabalho em um refletor Keck composto de dez metros, incluindo 36 espelhos hexagonais controlados de forma autônoma com um diâmetro de 183 centímetros cada. Para uma fixação mais precisa dos espelhos e focalização geral da imagem, foi desenvolvido um dispositivo especial de descarga, que reduz as tensões nos elementos estruturais.
No entanto, as possibilidades de melhorar as características dos telescópios ópticos não se esgotaram. Os fotomultiplicadores de elétrons começaram a ser usados, possibilitando aumentar a eficiência das observações em quase duas ordens de grandeza. Assim, o refletor Hale de 508 cm equipado com eles no Observatório Mount Palomar (Califórnia, EUA), construído em 1948, tem a resolução de um telescópio "simples" com espelho de 25,4 metros. Agora é o instrumento óptico terrestre mais eficiente. Para novas informações, os telescópios foram para órbitas próximas da Terra. Assim, a estação espacial Mir foi equipada com o módulo Kvant com dois telescópios especiais - ultravioleta e infravermelho. E os dispositivos do observatório orbital automático "Astron" podiam observar objetos espaciais simultaneamente em raios-x e raios ultravioleta. Em 24 de abril de 1990, com o lançamento do Telescópio Espacial Hubble, começou uma verdadeira era de ouro da astronomia. A NASA, juntamente com a Agência Espacial Europeia, começou a desenvolver o projeto do telescópio espacial no final dos anos 1970. Foi planejado que este seria um observatório espacial, que seria visitado a cada dois ou três anos por naves da Terra para manutenção e solução de problemas. O telescópio recebeu esse nome em homenagem a um dos maiores astrônomos do século XNUMX, Edwin Hubble, um verdadeiro clássico da ciência. Ele deixou um legado grandioso - um mundo de galáxias em evolução, governado pela lei de seu nome. Hubble fez descobertas tão notáveis que dão o direito indiscutível de chamar Hubble de o maior astrônomo desde Copérnico. Edwin Hubble nasceu em 20 de novembro de 1889. Ele passou sua infância em uma família forte e amigável, onde oito filhos cresceram. Edwin se interessou pela astronomia cedo, provavelmente por influência de seu avô materno, que construiu para si um pequeno telescópio. Em 1906, Edwin se formou no colegial, após o qual ingressou na Universidade de Chicago. O astrônomo F. R. Multon, autor da conhecida teoria da origem do sistema solar. Ele teve uma grande influência na escolha do Hubble. Depois de se formar na universidade, Hubble conseguiu uma bolsa Rhodes e foi para a Inglaterra por três anos para continuar sua educação. No entanto, em vez das ciências naturais, ele teve que estudar direito em Cambridge. No verão de 1913, Edwin voltou para sua terra natal, mas não se tornou advogado. Hubble se esforçou pela ciência e retornou à Universidade de Chicago, onde no Observatório Yerkes, sob a orientação do professor Frost, concluiu seu Ph. Na primavera de 1917, quando estava terminando sua dissertação, os Estados Unidos entraram na Primeira Guerra Mundial. O jovem cientista recusou o convite e se ofereceu para o exército. No verão de 1919, Hubble recebeu alta e correu para Pasadena para trabalhar no novo Observatório de Mount Wilson. Hubble trabalhou aqui até sua morte, com uma pausa de quatro anos durante a Segunda Guerra Mundial. No observatório, ele começou a estudar nebulosas, concentrando-se primeiro em objetos visíveis na faixa da Via Láctea. A primeira coisa que Hubble fez foi classificá-los. Essa classificação continua a servir à ciência, e todas as modificações subsequentes de sua essência não foram afetadas. Já um estabelecimento da verdadeira natureza das nebulosas determinou o lugar de Hubble na história da astronomia. Mas uma conquista ainda mais notável caiu em sua sorte - a descoberta da lei do redshift. Após a guerra, o observatório, para onde o astrônomo retornou, retomou o desenvolvimento de um telescópio de 508 centímetros. Hubble presidiu um comitê para criar planos avançados para a pesquisa de um novo instrumento, foi membro do comitê de gestão dos observatórios combinados do Monte Wilson e do Monte Palomar. Hubble viu a principal tarefa do observatório em resolver o problema cosmológico. “Podemos prever com confiança”, disse ele com convicção, “que o de 200 polegadas nos dirá se o desvio para o vermelho deve ser considerado evidência a favor de um universo em rápida expansão, ou se é devido a algum novo princípio da natureza”. Hubble morreu de um derrame em 28 de setembro de 1953. Não há monumentos ao Hubble na Terra. Ninguém sequer sabe onde ele está enterrado, tal era a vontade de sua esposa. Uma cratera na Lua, o asteroide nº 2069 e um telescópio espacial, o maior do mundo, levam seu nome. O telescópio pesando 11 toneladas, com comprimento de 13,1 metros e diâmetro do refletor de 240 centímetros, custa 1,2 bilhão de dólares - mais de cem milhões de dólares por tonelada. Segundo cálculos de especialistas, o Hubble operará em órbita até 2005. O telescópio está equipado com vários instrumentos científicos. A câmera grande angular foi projetada para fotografar as superfícies dos planetas e seus satélites. A câmera para objetos pouco luminosos amplifica cem mil vezes a luz que incide sobre ela. O espectrógrafo para essa luz fraca analisa a radiação e pode revelar a composição química e a temperatura de tudo o que a emitiu. O chamado espectrógrafo Goddard determina como um objeto que emite luz se move. O Hubble lançou um dos ônibus espaciais em uma órbita de 613 quilômetros de altura em abril de 1990. O trabalho do telescópio começou com um fracasso. Dois meses após o lançamento, ficou claro que o espelho principal do telescópio com um diâmetro de dois metros e meio se desvia em suas bordas do tamanho calculado em vários mícrons - um quinquagésimo da espessura de um cabelo humano. Mas isso foi o suficiente para praticamente cancelar o trabalho de milhares de pessoas - a imagem ficou pouco nítida e embaçada.
Para corrigir as consequências da aberração, programas corretivos complexos foram criados e a imagem começou a ser corrigida já na Terra usando computadores. Mas mesmo nesta forma, o telescópio Hubble tornou possível fazer descobertas: detectar buracos negros nos centros das galáxias, uma nova tempestade em Saturno, anéis divergentes em torno de uma supernova. No entanto, era óbvio que os reparos eram indispensáveis. É impossível mudar o espelho em condições espaciais, por isso decidiu-se "colocar óculos" em cada um dos instrumentos do telescópio: adicione pequenos dispositivos para correção. Dois espelhos pequenos corrigiram a falta de um grande. No início da manhã de 2 de dezembro de 1993, sete astronautas partiram em um ônibus espacial para consertar o telescópio. Eles voltaram onze dias depois, tendo feito tudo o que estava planejado e batendo o recorde de caminhadas espaciais - foram cinco. Quatro dias depois, os cientistas se reuniram na sala de processamento de dados do Space Telescope Institute em Baltimore, Maryland, aguardando ansiosamente as primeiras imagens do observatório corrigido. Eles apareceram na tela do terminal à uma da manhã, e a sala imediatamente se encheu de gritos de alegria - agora o telescópio estava funcionando a cem por cento. E suas capacidades são tais que, de qualquer cidade da América, ele poderia distinguir dois vaga-lumes voando até Tóquio, se não estivessem a menos de três metros um do outro. Durante os anos de seu voo atrás das nuvens, o observatório espacial fez várias dezenas de milhares de revoluções ao redor da Terra, "enrolando" bilhões de quilômetros no processo. O telescópio Hubble já permitiu observar mais de oito mil objetos celestes. Para comparação, aproximadamente o mesmo número de estrelas pode ser visto da Terra a olho nu. Sua memória armazena os "endereços" de quinze milhões de estrelas que ele pode explorar. Dois trilhões e meio de bytes de informações coletadas pelo telescópio são armazenados em 375 discos ópticos. Ele permitiu que cientistas de cerca de quarenta países publicassem mais de mil artigos científicos. Graças ao Hubble, foram feitas descobertas que entraram na história da astronomia e até nos livros didáticos do instituto. Foi possível descobrir, por exemplo, que os buracos negros existem e geralmente estão localizados nos centros das galáxias. Ou o fato de que o estágio primário do nascimento dos planetas é o mesmo para todas as estrelas, e a mancha escura em Netuno não fica parada: desaparece em um hemisfério e aparece em outro. Outra conclusão é que a lua de Júpiter Europa tem uma fina atmosfera de oxigênio. Outra descoberta - um cinturão de centenas de milhões de cometas circunda o sistema solar. O telescópio ajudou a encontrar novos satélites além do anel externo de Saturno, a fazer o primeiro mapa da superfície de um asteroide voando próximo à Terra, e possibilitou a detecção de hélio remanescente da época do Big Bang no espaço intergaláctico. "Hubble" tornou possível olhar para os cantos mais remotos do espaço, para mudar nossas visões sobre os primeiros estágios do universo. O Hubble descobriu uma nova classe de lentes gravitacionais que serão usadas como "telescópios" para explorar o universo. Com a ajuda deles, os astrônomos podem ver como foi o processo de formação de estrelas na galáxia azul. O telescópio ajudou os cientistas a medir a velocidade de rotação do disco gasoso da galáxia elíptica M87 na constelação de Virgem, a cinquenta milhões de anos-luz da Terra. Descobriu-se que gira em torno de "algo" com uma massa de três bilhões de massas solares. "Se não é um buraco negro, então não tenho ideia do que seja", diz o professor Ford do Space Telescope Institute. "Nós absolutamente não esperávamos ver uma estrutura espiral giratória no centro de uma galáxia elíptica." Os buracos negros são objetos muito massivos e incrivelmente densos. Nas últimas décadas, muito se falou, discutiu, procurou por eles, mas apenas o telescópio Hubble confirmou sua existência. Há muito se sabe que uma poderosa emissão óptica e de rádio sai do centro da galáxia M87. Só agora, após a descoberta de um disco giratório, ficou claro que esse buraco negro, sugando matéria, cria o efeito de um "tornado" - um vórtice giratório com centenas de anos-luz de tamanho. Este fluxo é claramente visível na imagem. Também foi possível estabelecer que o disco de poeira é aquecido a dez mil graus e suas bordas externas estão girando a uma velocidade de mais de quinhentos quilômetros por segundo. Buracos negros gigantes podem ejetar partículas aceleradas quase à velocidade da luz em jatos. A partir das imagens dos planetas obtidas pelo telescópio, é justo fazer uma pequena exposição. Assim, o telescópio foi o primeiro a fotografar a superfície de Plutão com tal resolução que se poderia falar de um mapa do planeta. Até recentemente, o nono planeta do sistema solar estava escondido do olhar dos exploradores espaciais. Este é um corpo celeste único: não se encaixa em nenhuma classificação. Plutão gira em torno do Sol, mas não é classificado como um gigante gasoso ou um planeta sólido. Ele se comporta como um cometa, perdendo sua atmosfera periodicamente, mas não é um cometa. Pode ser o último remanescente das anãs de gelo que habitavam o sistema solar no início de sua formação. Apenas Tritão - um satélite de Netuno - lhe convém como parente. "Os resultados são simplesmente fantásticos", diz o astrônomo americano Mark Bue, do Texas. "O Hubble fez de Plutão um mundo com suas montanhas, depressões e estações a partir de uma partícula. Experimentei uma sensação semelhante quando olhei para Marte através de um telescópio." Especialistas distinguem calotas polares, pontos brilhantes em movimento e linhas misteriosas nas fotos. Na opinião deles, tudo isso é apenas neve ou neve suja, já que Plutão está agora em uma posição próxima ao Sol e há uma estação quente, a neve está derretendo. Da Terra, Plutão mal pode ser visto, e nunca se falou de nenhuma de sua superfície. Os cientistas agora concluem que Plutão perde apenas para a Terra em termos de variedade de características da superfície do sistema solar. Plutão é o único planeta para o qual uma espaçonave ainda não foi enviada, mas após essas descobertas do telescópio Hubble, uma sonda já está planejada para ser lançada lá. Durante a segunda "inspeção técnica" em fevereiro de 1997, o telescópio foi substituído por um espectrógrafo de alta resolução, um espectrógrafo de objetos fracos, um dispositivo apontador de estrelas, um gravador para registrar informações e bateria eletrônica solar. Não há limite visível para o desenvolvimento da construção de telescópios no futuro previsível. Aparentemente, ainda está muito longe o tempo em que os astrônomos poderão "bombear" todas as informações contidas nele a partir da radiação de estrelas e galáxias que chegam até nós... Autor: Musskiy S.A.
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