Оптическое 'окно прозрачности' земной атмосферы по своей спектральной ширине лишь ненамного превышает диапазон чувствительности человеческого глаза. Это и понятно: наше зрение в процессе эволюции приспособилось воспринимать 'цвета радуги', соответствующие фотонам, наиболее легко проникающим к поверхности Земли. В сторону более высоких энергий (более коротких волн) от видимого участка электромагнитного спектра простирается ультрафиолетовый диапазон - к нему относят излучение с длиной волны от 400 до 10 нм. Оно, в свою очередь, подразделяется на ближний (300-400 нм), средний (200-300 нм), дальний (122-200 нм) и экстремальный ультрафиолет.

НАУЧНЫЕ ЗАДАЧИ ОБСЕРВАТОРИИ GALEX

Среди приоритетных задач, возложенных на телескоп GALEX его создателями, в первую очередь выделялось картографирование всего неба в среднем и дальнем ультрафиолетовом диапазоне спектра, что предполагало создание разноплановых - и по глубине 'погружения', и по площади охвата - каталогов небесных объектов. Это позволило ученым более детально исследовать процессы звездообразования и эволюции галактик. Особые надежды специалисты возлагали на предоставленную спутником GALEX возможность получить новые доказательства 'всеобъемлющей' теории галактической эволюции, согласно которой звездные системы, впервые описанные Эдвином Хабблом (Edwin Hubble) - элегантные спиральные и эллиптические галактики - эволюционно связаны между собой. Обсерватория также должна была помочь прояснить историю образования химических элементов и происхождение звезд обитающих во Вселенной в настоящее время.

НАУЧНЫЕ ЗАДАЧИ ОБСЕРВАТОРИИ GALEX

    'Невидимые лучи' за пределами фиолетового света открыл в 1801 г. немецкий физик Иоганн Риттер (Johann Wilhelm Ritter), спроецировав солнечный спектр на бумагу с покрытием из светочувствительной соли - хлорида серебра. Уже излучение ближнего ультрафиолетового диапазона при попадании в глаза и на кожу может вызвать ожоги; более высокоэнергетическое излучение смертельно для всего живого. К счастью, нас защищает от его пагубного воздействия толстый слой атмосферных газов (основными 'защитниками' являются кислород и его трехатомная модификация - озон). Но именно в этом диапазоне главным образом излучают молодые горячие звезды, интенсивно 'сжигающие' в своих недрах водород и гелий, превращая их в более тяжелые элементы, которые после гибели этих звезд рассеиваются в пространстве и становятся исходным материалом для формирования планетоподобных тел. Также в ультрафиолете наиболее ярко проявляют себя звездные вспышки. Об этих явлениях ученые желают знать как можно больше, потому что, например, вспышки на Солнце непосредственно влияют на наше земное окружение и другие объекты Солнечной системы.


    Первые астрономические исследования в ультрафиолетовом диапазоне начались уже в 50-е годы прошлого века с помощью инструментов, установленных на высотных геофизических ракетах. Далее наступило время орбитальных миссий - в частности, США запустили несколько спутников семейства ОАО. Правда, основной задачей большинства из них были исследования Солнца и Солнечной системы. Телескоп 'Орион-1', работавший на первой советской орбитальной станции 'Салют-1', предназначался, среди прочего, для УФ-спектроскопии звезд. В ходе пилотируемой экспедиции Apollo 16 в апреле 1972 г. астронавт Джон Янг (John Young) установил ультрафиолетовый телескоп на поверхности Луны.
    Из других удачных проектов следует упомянуть Hopkins Ultraviolet Telescope (HUT), летавший в космос на борту шаттлов Columbia и Endeavour (миссии STS-35 и STS-67). Одной из самых успешных внеатмосферных УФ-обсерваторий XX века стал International Ultraviolet Explorer, разработанный совместно американскими и европейскими специалистами. Он проработал на околоземной орбите с 1978 по 1996 г. Воодушевленные его научными результатами, американцы в 1999 г. запустили новую обсерваторию FUSE (Far Ultraviolet Spectroscopic Explorer) для исследований космоса в дальнем УФ-диапазоне. В 2007 г. она прекратила свою работу.

ХАРАКТЕРИСТИКИ GALEX     > Орбита: круговая околоземная     > Высота: 697 км     > Наклонение: 29њ     > Период обращения: 98,5 минут;     > Проектная продолжительность функционирования: 29 месяцев     > Масса: 280 кг     На борту установлен телескоп системы Ричи-Кретьена (апертура 0,5 м, фокусное расстояние - 3 м) с дихроическим расщепителем пучка и корректором астигматизма. Два больших детектора на микро-канальных пластинах позволяют разбить весь наблюдаемый спектральный диапазон от 135 до 280 нм на две полосы: ближний (NUV) и дальний ультрафиолет (FUV). Поперечник поля зрения составляет 1,2њ. Три спектрографа высокого разрешения регистрируют звезды до 25m. Вращающаяся инструментальная турель предоставляет возможность быстрого переключения режимов работы - с получения изображений на спектральные измерения.

КОСМИЧЕСКИЕ ТЕЛЕСКОПЫ

    Наконец, 28 апреля 2003 г. на орбиту был выведен космический телескоп GALEX (Galaxy Evolution Explorer). В отличие от четырех 'больших обсерваторий' NASA, он стал одним из спутников серии Small Explorer Mission - программы исследования небесных объектов малыми космическими аппаратами. Ракета Pegasus XL, доставившая GALEX на рабочую орбиту, стартовала с борта самолета-носителя L-1011 Stargazer, который взлетел с базы ВВС США 'Мыс Канаверал'.

Галактика М83 в ультрафиолетовом свете.

КОСМИЧЕСКИЕ ТЕЛЕСКОПЫ

    Задача создания первого в истории астрономии ультрафиолетового обзора всего неба телескопом GALEX и его рабочей группой была успешно решена. Полученной информации ученым хватит на много лет работы.

Пара снимков, сделанных в ультрафиолетовом (слева) и видимом диапазоне, показывает, как сильно может отличаться вид небесного объекта в разных участках спектра. В видимом свете самыми примечательными деталями галактики М95 являются центральное сгущение и пересекающая его перемычка (бар); на фотографиях, полученных телескопом GALEX, бар практически не виден, зато выделяются обширные внешние области, населенные молодыми горячими звездами.

КОСМИЧЕСКИЕ ТЕЛЕСКОПЫ

КОСМИЧЕСКИЕ ТЕЛЕСКОПЫ

В ультрафиолетовом диапазоне астрономы ведут поиски карликовых галактик с низкой поверхностной яркостью - на снимках УФ-телескопа они намного четче выделяются на окружающем фоне, поскольку в более длинноволновой части спектра яркость фонового излучения неба значительно выше.

    Среди открытий 'меньшего масштаба' стоит вспомнить обнаружение гигантского кометообразного хвоста позади быстро движущейся сквозь межзвездный газ переменной звезды Миры (о Кита). Астрономам удалось также 'поймать' черную дыру во время поглощения ближайшей звезды. У многих старых галактик были открыты гигантские кольца, которые состоят из формирующихся и недавно 'загоревшихся' горячих звезд. Предположительно телескоп смог найти 'недостающее звено' в эволюции галактик - этап 'подросткового' перехода от молодых звезд к старым (но это открытие пока нуждается в более надежном обосновании).

УЛЬТРАФИОЛЕТОВЫЕ ОБЗОРЫ ЗВЕЗДНОГО НЕБА, СОЗДАННЫЕ С УЧАСТИЕМ ТЕЛЕСКОПА GALEX
ОБЗОР	Площадь (квадрат. градусы)	Предельная зв. величина	Продолжительность (месяцы)	Примерное число галактик	Красное смещение Z
Всего неба (ALl-sky - AIS)	41253	20,5	4	107	0,2
Широкий спектроскопический (Wide Spectroscopic - WSS)	80	20	4	104-5	0,15
Ближайших галактик (Nearby Galaxies - NGS)	-	27,5	0,5	100	-
Межгалактической среды (Medium Imaging - MIS)	1000	23	2	3*106	0,6
Спектроскопия межгалактической среды (Medium Spectroscopic - MSS)	8	23,3 R=20	2	104-5	0,5
Глубокий спектроскопический (Deep Spectroscopic - DSS)	2	24,3 R=20	4	104-5	0,9
Глубокий обзор (Deep Imaging - DIS)	80	25	4	107	0,85
Сверхглубокий обзор (Ultra-Deep Imaging - UDIS)	4	26	1	3*105	0,9

    GALEX предоставил ученым еще одно независимое подтверждение существования темной энергии, заполняющей Вселенную и вызывающей ускорение ее расширения.

Галактики ранжированы по мере увеличения разности блеска в ближнем и дальнем УФ-диапазонах. Повышенная яркость в дальнем ультрафиолете (условный голубой цвет) говорит о наличии большого количества массивных горячих светил, относящихся к классу голубых и белых гигантов - такие объекты 'живут' недолго по сравнению с возрастом Вселенной и, следовательно, образовались относительно недавно. Часто они формируют хорошо заметные сгустки, представляющие собой масштабные области активного звездообразования. Желтым условным цветом показано излучение в более близком участке ультрафиолетового спектра. Его избыток свидетельствует о преобладании в галактике старых звезд - желтых, оранжевых и красных карликов, продолжительность активного существования которых составляет миллиарды лет (значение этого показателя для Солнца оценивается в 9-10 млрд. лет)

'УЛЬТРАФИОЛЕТОВЫЙ АТЛАС' БЛИЗКИХ ГАЛАКТИК, СОСТАВЛЕННЫЙ ПО ДАННЫМ ТЕЛЕСКОПА GALEX

    Плановая продолжительность функционирования телескопа должна была составить два с половиной года, но на самом деле он плодотворно проработал девять лет. В мае 2012 г. в связи с невозможностью продолжать активные наблюдения в дальней ультрафиолетовой части спектра (детектор FUV - 135-175 нм) NASA приняла решение передать GALEX Калифорнийскому технологическому институту в Пасадене (CIT) согласно так называемому "Инновационному акту Стивенсона-Уайдлера', допускающему передачу списываемого государственного исследовательского оборудования образовательным учреждениям и некоммерческим организациям. CIT обязался использовать фонды инвесторов для обеспечения функционирования аппарата на орбите.

Эта мозаика, составленная из снимков орбитального телескопа GALEX, сделанных с использованием детектора дальнего ультрафиолетового излучения в период с 13 ноября до 15 декабря 2006 г., наглядно демонстрирует необходимость наблюдений даже, казалось бы, детально изученных небесных объектов во всех доступных спектральных диапазонах. В ее правой части видна звезда Мира (в переводе с латыни - 'удивительная', 'замечательная'), имеющая также обозначение о Кита. Это самый яркий представитель семейства долгопериодических переменных, по ее латинскому имени называемых 'миридами'. Каждые 332 дня ее блеск возрастает примерно до 3-й звездной величины, а в промежутках между максимумами падает до 10-11m, и Мира надолго перестает быть видимой невооруженным глазом.     Большинство звезд Млечного Пути вращается вокруг его центра, двигаясь приблизительно с той же скоростью и в том же направлении, что и облака разреженного межзвездного газа, однако Мира выбивается из общего ряда. Она очень быстро движется сквозь заполняющий нашу Галактику газ, пересекая вдобавок галактический диск под острым углом, и оставляет за собой громадный 'хвост', который содержит большое количество материала для образования новых звездных систем. Из этого 'сброшенного' материала впоследствии сформируются новые звезды, планеты, а возможно, и органические молекулы - 'строительные блоки' для зарождения новой жизни.     Мира выглядит маленькой белой точкой внутри луковицеобразной структуры в правой части снимка. Теряемое звездой вещество показано голубым цветом, остальные точки на изображении - звезды и удаленные галактики. Яркий голубой объект слева - еще одна звезда Млечного Пути, расположенная немного ближе, чем Мира (которую отделяет от нас более 400 световых лет).     GALEX обнаружил кометоподобный хвост в ходе планового обзора всего неба в ультрафиолетовом диапазоне спектра. Когда астрономы впервые увидели эту картину, они были весьма удивлены - за все предыдущие 400 лет исследования переменной звезды никто не наблюдал и не ожидал обнаружить ничего подобного. Длина необычной структуры достигает 13 световых лет (для сравнения: ближайшая к Солнцу звезда - Проксима Центавра - удалена от нас на 4,2 световых года). Более подробный анализ материала 'хвоста' также может много поведать об истории Миры: вещество, находящееся ближе к его концу, покинуло звезду раньше, чем не успевшее от нее удалиться; возраст наиболее старых 'порций' выброшенной ею в космос материи составляет не менее 30 тыс. лет.     Мира представляет собой красный гигант на заключительном этапе своего эволюционного пути (астрономы в таких случаях обычно говорят о звезде 'на асимптотической ветви гигантов'). Такие звезды имеют сравнительно низкую температуру поверхности (3000-3500 К), поэтому выглядят красными. Они характеризуются низкой плотностью при огромных размерах: если такой объект поместить на место нашего Солнца, он займет все пространство вплоть до орбиты Марса. С другой стороны, можно сказать, что стадия красного гиганта - неизбежный этап жизненного пути солнцеподобных звезд. Наше светило достигнет этой стадии примерно через 5 млрд лет. Подобно другим красным гигантам, Мира теряет большую часть своей массы в виде газа и пыли. Материала, рассеянного ею в пространстве за 30 тыс. лет, достаточно для формирования 3 тыс. планет величиной с Землю или 9 планет, по массе близких к Юпитеру. Обычно сброшенное вещество формирует оболочки вокруг материнской звезды, однако в случае Миры оно 'сдувается' межзвездным газом, образуя уникальную вытянутую структуру, хорошо известную исследователям комет, но совершенно незнакомую астрофизикам. На снимках телескопа GALEX отчетливо видно исполинское вздутие, расположенное перед звездой - область головного скачка плотности (ударная волна). Нечто подобное возникает перед носом лодки, рассекающей воду на большой скорости, или перед пулей, несущейся быстрее звука. Здесь материя, выбрасываемая Мирой, 'переживает' лобовое столкновение с частицами галактического газа - главным образом атомами водорода. При этом она разогревается и начинает интенсивно излучать в ультрафиолетовом диапазоне.     На самом деле наблюдаемая картина еще сложнее. Мира - двойная звезда, состоящая из компонента А (красного гиганта) и белого карлика, обозначаемого латинской буквой В. Последний, по мнению ученых, представляет собой ни что иное, как 'мертвое' ядро солнцеподобной звезды, десятки тысяч лет назад израсходовавшей свое водородно-гелиевое термоядерное горючее. Оба компонента медленно кружатся вокруг общего центра масс, совершая полный оборот примерно за 400 лет. Астрономы считают, что Мира В никак не влияет на формирование 'хвоста', однако для того, чтобы утверждать это с полной уверенностью, имеющегося наблюдательного материала недостаточно - требуются дальнейшие исследования в других диапазонах спектра (особенно в инфракрасном).     В то же время белый карлик окружен горячим аккреционным диском вещества, перетекающего на него с красного гиганта. Из-за неравномерности этого потока Мира В также является переменной - ее звездная величина в видимом диапазоне колеблется от 9,5m до 12m.

КОМЕТОПОДОБНАЯ ЗВЕЗДА

    В связи с некоторым ухудшением операционных возможностей были внесены коррективы в программу исследований: теперь телескопу оставались доступны более молодые звезды (не старше 5 млрд. лет), но и их оказалось достаточно для продолжения наблюдательной программы. Больших обзоров неба производить не предполагалось. GALEX сосредоточился на 'точечных операциях' - к примеру, интенсивно изучался 'шумный' и яркий центр Млечного Пути, велись наблюдения сверхновых звездь и ядер активных галактик, демонстрирующих заметные изменения блеска на коротких временных интервалах. Много наблюдательного времени телескоп потратил на поиски массивных черных дыр и ударных волн от взрывов сверхновых.

Туманность NGC 3242, сфотографированная космическим телескопом GALEX в начале 2009 г., была открыта еще в 1785 г. известным английским астрономом Уильямом Гершелем (William Herschel). Он же предложил для этой категории объектов название 'планетарные туманности' - из-за того, что при большом увеличении их диски были похожи на диски планет, только значительно меньшей яркости. Какое-то время бытовала гипотеза, что эти туманности действительно являются местами, где из межзвездного вещества рождаются новые планеты. В реальности они представляют собой остатки погибших звезд, полностью израсходовавших водород и гелий в ходе термоядерных реакций в своих недрах.     NGC 3242 находится на расстоянии 1,5-2,5 тыс. световых лет от Солнца и видна в созвездии Гидры. Она имеет неофициальное название 'Дух Юпитера', поскольку при наблюдении в телескопы средних размеров она действительно напоминает самую большую планету Солнечной системы с ее двумя характерными темными полосами. В ультрафиолетовых лучах сходство совершенно пропадает, более того - сложно даже говорит о каком-то 'диске' туманности. Яркая дуга материи, излучающей в УФ-диапазоне, расположена асимметрично относительно ее центра. На самом деле ее происхождение не совсем понятно; некоторые исследователи предполагают, что это просто сгущение межзвездного газа, случайно оказавшееся вблизи горячего белого карлика (яркий голубой объект в центре снимка) и переизлучающее его энергию, выделяемую в ходе гравитационного сжатия.

КОСМИЧЕСКИЕ ТЕЛЕСКОПЫ

    Однако недостаточное количество средств, выделяемых инвесторами, заставило NASA принять встреченное астрономами с возмущением окончательное решение о прекращении эксплуатации телескопа. 28 июня 2013 г. на борт была передана команда отключения источников питания. Аппарат перевели в ранг экспоната будущего 'Космического политехнического музея'. В течение следующих 65 лет он будет находиться на околоземной орбите, после чего войдет в плотные слои земной атмосферы и прекратит свое существование.

---