25 lat temu astronomowie odkryli wszechświat na nowo. Odnaleźli cuda natury wykraczające poza ludzką wyobraźnię, poznali całkiem nowe światy i zajrzeli dalej niż kiedykolwiek wcześniej. To właśnie dał nam jeden z najsłynniejszych przyrządów naukowych w dziejach, Kosmiczny Teleskop Hubble’a. 

Odrobinę bliżej nieba

Ileż mamy szczę­ścia, że żyjemy właśnie dziś,
gdy po raz pierwszy w historii ludz­ko­ści
naprawdę zwie­dzamy nowe światy.
Carl Sagan
Obser­wa­to­rzy nieba posia­dają dwóch śmier­tel­nych wrogów: światło i powie­trze. O ile pierw­szego szkod­nika możemy sto­sun­kowo łatwo uniesz­ko­dli­wić, wznosząc wspa­niałe obser­wa­to­rium na totalnym odludziu i w spokoju pro­wa­dzić badania nie martwiąc się miej­skimi latar­niami, o tyle nie­zno­śna poducha gazów otu­la­jąca naszą planetę zawsze będzie stanowić problem. Jasne, staramy się uciekać na górskie szczyty i pustynie, gdzie atmos­fera jest rzadsza a niebo bez­chmurne. Pró­bu­jemy niwe­lo­wać zakłó­ce­nia wywo­ły­wane przez ruchliwe czą­steczki powie­trza za pomocą technik optyki adap­ta­cyj­nej. Powiedzmy sobie jednak szczerze: z żadnego punktu na powierzchni ziem­skiej, nigdy nie zoba­czymy tyle co z prze­strzeni kosmicz­nej.

Właśnie ten argument legł u podstaw idei skon­stru­owa­nia fru­wa­ją­cego ponad atmos­ferą tele­skopu kosmicz­nego. Co ciekawe, wizja badań kosmosu nie­skrę­po­wa­nych zasłoną powie­trza była tak nęcąca, że marzono o niej jeszcze zanim byliśmy w stanie wystrze­lić w prze­strzeń jaki­kol­wiek obiekt! Tuż po wojnie, ponad dziesięć lat przed wysła­niem przez Sowietów na orbitę Sputnika, o potrze­bie skon­stru­owa­nia poza­ziem­skiego obser­wa­to­rium wspo­mniał profesor Uni­wer­sy­tetu Yale, Lyman Spitzer. (Nic dziwnego, że nazwi­skiem zasłu­żo­nego dla sprawy ame­ry­kań­skiego astro­fi­zyka i wizjo­nera posta­no­wiono ochrzcić wynie­siony na orbitę w 2003 roku, dzia­ła­jący w zakresie pod­czer­wieni Kosmiczny Teleskop Spitzera.)

Oczy­wi­ście musiały minąć całe dekady zanim odważny koncept prze­nie­siono z teo­re­ty­zu­ją­cych arty­ku­łów do warsz­ta­tów i fabryk. Potrzeba było trzy­dzie­stu lat rozwoju tech­no­lo­gii oraz ura­bia­nia NASA przez Spitzera, aby w końcu wyłożono pie­nią­dze i podjęto wyzwanie.

Od OAO do Hubble’a

To nie jest tak, że od lat 60. do 1990 roku pra­co­wano wyłącz­nie nad HST. Przy tak wielkich przed­się­wzię­ciach nie należy się śpieszyć, a kształt idei poza­ziem­skiego obser­wa­to­rium ewo­lu­ował. Prace nad samym Kosmicz­nym Tele­sko­pem Hubble’a roz­po­częto dopiero w 1978, wcze­śniej nato­miast przy­go­to­wano odpo­wiedni grunt w formie programu Orbi­tal­nych Obser­wa­to­riów Astro­no­micz­nych.

Na OAO składały się misje czterech sate­li­tów opusz­cza­ją­cych Ziemię od 1966 roku. Kłam­stwem byłoby stwier­dze­nie, że wykonane przez nie foto­gra­fie prze­wró­ciły świat nauki do góry nogami (choć ustrze­lono kilka pulsarów), na dodatek OAO-1 odmówił posługi już po trzech dniach dzia­ła­nia. Cały plan miał jednak kolo­salne znacznie. Wreszcie posła­li­śmy na orbitę urzą­dze­nia skon­stru­owane wyłącz­nie w celu obser­wa­cji kosmosu, sceptycy zaś zro­zu­mieli ogrom moż­li­wo­ści jakie przy­niósłby większy instru­ment tego typu. 

Doświad­cze­nia płynące z OAO pozwo­liły wykieł­ko­wać pro­jek­towi LST, czyli Wiel­kiego Tele­skopu Kosmicz­nego. Wyzwanie było nie­po­rów­ny­wal­nie trud­niej­sze. W ogólnym zarysie nowy instru­ment miał działać na orbicie przez co najmniej 10 lat i wszyscy dosko­nale wie­dzieli, że w czasie tak długiej eks­plo­ata­cji nie­odzowne będą dodat­kowe i kosz­towne loty załóg kon­ser­wa­cyj­nych. (Nie wie­dzieli jeszcze jak szybko taka wyprawa okaże się potrzebna!) Uczonych nie trzeba było prze­ko­ny­wać o celo­wo­ści wydania miliarda dolarów, gorzej miała się sprawa z Kon­gre­sem. Po długich bojach, debatach, listach, prośbach i groźbach, grupa astro­no­mów pro­wa­dzona przez Lymana Spitzera, wytar­go­wała… niecałe pół miliarda dolarów. Nie wszyst­kich to zado­wo­liło, ale trzeba grać kartami jakie się posiada.

Trochę później Wielki Teleskop Kosmiczny przestał być ano­ni­mowy. Przyjął imię praw­do­po­dob­nie naj­bar­dziej zasłu­żo­nego astro­noma XX wieku, Edwina Hubble’a. Tego, który pracując przy naj­więk­szym ówcze­snym tele­sko­pie na Mount Wilson, odkrył zjawisko roz­sze­rza­nia wszech­świata.

Polerowanie zwierciadła

Na Kosmiczny Teleskop Hubble’a składa się kilka głównych ele­men­tów. Poza bate­riami sło­necz­nymi, osłonami i antenami prze­sy­ło­wymi, na uwagę zasłu­guje moduł badawczy zawie­ra­jący wszelkie instru­menty służące do napro­wa­dza­nia tele­skopu i wyko­ny­wa­nia zdjęć. Ale praw­dzi­wym oczkiem w głowie kon­struk­to­rów, od początku był złożony z luster i przegród system optyczny. Pier­wot­nie myślano o zain­sta­lo­wa­niu zwier­cia­dła 3-metro­wego, ale osta­tecz­nie poprze­stano na średnicy 2,4 metra. Niby nic wiel­kiego – naziemne tele­skopy miewają zwier­cia­dła o średnicy 10 metrów (choćby tele­skopy Kecka) – o uni­ka­to­wo­ści hubble’owskiego przy­rządu zade­cy­do­wał jednak pietyzm z jakim go wykonano. Lustro musiało być idealnie gładkie. Idealnie, czyli do setnych tysięcz­nych części metra, co oznacza, że nie­rów­ność nie mogła być większa niż grubość ściany prze­cięt­nej komórki. Gdyby “oko” Hubble’a posia­dało średnicę Ziemi, to naj­wyż­sze wznie­sie­nie mie­rzy­łoby nie więcej niż 6 cen­ty­me­trów! Fakt ten zasłu­guje na podziw tym bardziej, iż nie­ska­zi­telna tafla alu­mi­nium musiała zachować swoje walory w warun­kach kosmicz­nych, bez względu na pro­mie­nio­wa­nie i zmien­ność tem­pe­ra­tury. Tylko taka precyzja mogła zagwa­ran­to­wać konieczny, eks­tre­mal­nie ostry obraz. 
polerowanko

Uratować Hubble’a

Montaż całego urzą­dze­nia ukoń­czono w 1985 roku, wynie­sie­nie go na orbitę zapla­no­wano zaś na rok następny. Niestety los chciał, że w tym samym czasie doszło do jednej z naj­strasz­niej­szych kata­strof w dziejach astro­nau­tyki. Po niecałej minucie ruty­no­wego lotu eks­plo­do­wał waha­dło­wiec Chal­lan­ger, uśmier­ca­jąc całą sied­mio­oso­bową załogę. Nad pro­gra­mem promów kosmicz­nych zawisły czarne chmury. Przerwa w startach promów trwała ponad 2,5 roku, tyle też czasu nowiu­sieńki HST kurzył się w hangarze.

Operacja wynie­sie­nia Hubble’a na orbitę docze­kała się reali­za­cji wiosną 1990 roku. Zgodnie z wytycz­nymi misji STS-31, pię­cio­oso­bowa załoga promu Disco­very pod dowódz­twem Lorena Shrivera (obecnie należy do dyrekcji NASA) umie­ściła ładunek na wyso­ko­ści 600 kilo­me­trów ponad powierzch­nią Ziemi. Astro­no­mie całego świata z pod­nie­ce­niem ocze­ki­wali pierw­szych foto­gra­fii.

Tu roz­po­czyna się tragedia inży­nie­rów. Trudno wyobra­zić sobie miny pra­cow­ni­ków NASA, gdy zdali sobie sprawę, że prze­słane przez HST zdjęcia są roz­ma­zane. Zwier­cia­dło na które mie­sią­cami dmuchano i chuchano, mimo wie­lo­mie­sięcz­nych przy­go­to­wań i testów, okazało się skrywać nie­rów­ność o kilka nano­me­trów za dużą. Mimo usterki urzą­dze­nie mogło pracować i zajrzeć dalej niż któ­ry­kol­wiek z tele­sko­pów naziem­nych – ale w końcu nie po to wyłożono grube miliony i kon­stru­owano poza­ziem­skie obser­wa­to­rium, żeby zakłó­ce­nia atmos­fe­ryczne zastąpić niską roz­dziel­czo­ścią.
hubble crostar

Galak­tyka M100 przed i po insta­la­cji modułu COSTAR.

Misja ser­wi­sowa STS-61 wyru­szyła w 1993 roku. Deli­katne zadanie polegało na prze­chwy­ce­niu przez prom Hubble’a i zain­sta­lo­wa­niu w nim kory­gu­ją­cego modułu COSTAR. Prace w warun­kach nie­waż­ko­ści trwały 11 dni i wymagały pięciu spacerów w prze­strzeni, ale efekt zre­kom­pen­so­wał wysiłek. Poprawę jakości naj­le­piej widać na galak­tyce M100, sfo­to­gra­fo­wa­nej przed i po naprawie. Od tego momentu HST mógłby bez kłopotu odczytać nagłówek gazety z odle­gło­ści dwóch kilo­me­trów. Nastały złote czasy dla astro­no­mii.

Pokazał nam piękno wszechświata

Mimo nie­od­pusz­cza­ją­cego pecha, Kosmiczny Teleskop Hubble’a w końcu spełnił wszyst­kie pokła­dane w nim nadzieje i po kolej­nych czterech remon­tach, świętuje 25-lecie swojej aktyw­no­ści. Nie ma sensu wymie­niać tu setek foto­gra­fii, które jeszcze przez długie lata będą ozdabiać okładki albumów astro­no­micz­nych. Niewiele łatwiej jest wyrazić wpływ pracy HST na badania i nasze postrze­ga­nie kosmosu. To Hubble – ku chwale swego patrona – dojrzał odległe o 13 miliar­dów lat świetl­nych cefeidy, umoż­li­wia­jąc dokładne osza­co­wa­nie tempa eks­pan­sji wszech­świata. On pomógł zlo­ka­li­zo­wać super­ma­sywne czarne dziury i stanąć twarzą w twarz z prze­ra­ża­ją­cymi kwa­za­rami. Uchwycił nie­zli­czoną ilość mgławic, dając podstawy do zwe­ry­fi­ko­wa­nia naszych sądów o śmierci i naro­dzi­nach gwiazd. Dołożył swoje trzy grosze nawet w temacie egzo­pla­net, łapiąc w obiektyw Fomal­hauta b, pierwszą planetę poza­sło­neczną dostrze­żoną bez­po­śred­nio.

Głębokie Pole Hubble’a. Zobacz w wyższej roz­dziel­czo­ści tu.

Jednak chyba naj­bar­dziej maje­sta­tycz­nym dziełem wysłu­żo­nego Hubble’a pozo­staje seria głę­bo­kich pól. Idea wyszła od dyrek­tora Space Tele­scope Science Insti­tute, Roberta Wil­liamsa, który chciał skie­ro­wać teleskop w jedno, na pierwszy rzut oka puste miejsce na nie­bo­skło­nie i obser­wo­wać je przez 10 dni. Pomysł przez wielu był postrze­gany jako fana­be­ria – w końcu kolejka ekip chcących wyko­rzy­stać przyrząd do bardziej kon­kret­nych zajęć, nie miała końca. I możemy śmiało przy­pusz­czać, że gdyby ini­cja­tywa wyszła od kogoś niżej posta­wio­nego, Głębokie Pole Hubble’a nigdy nie zachwy­ci­łoby świata (więcej o HDF pisałem tu). Ten pozornie nudny kawałek nieba, okazał się zawierać prawie 3 tysiące odle­głych galaktyk. Nawet jeśli uczeni prze­wi­dy­wali taki wynik eks­pe­ry­mentu, to zapie­ra­jące dech w pier­siach ujęcie utwier­dziło nas w prze­ko­na­niu o nie­wy­obra­żal­nym ogromie wszech­rze­czy. W dodatku, Głębokie Pole dało unikalną moż­li­wość podzi­wia­nia galaktyk pocho­dzą­cych z różnych etapów ewolucji wszech­świata, uszczę­śli­wia­jąc całe rzesze kosmo­lo­gów. Nic dziwnego, że począt­kowo nie­chętni pro­jek­towi decy­denci niedługo później wyrazili zgodę na wyko­na­nie Ultra­głę­bo­kiego Pola Hubble’a, a następ­nie Eks­tre­mal­nie Głę­bo­kiego Pola Hubble’a.

Co będzie dalej? Wydłu­ża­nie wieku eme­ry­tal­nego dotyka nas wszyst­kich, więc pewnie sta­ru­szek podziała jeszcze kilka lat. Po nim przyj­dzie czas na nowe poko­le­nie: Kosmiczny Teleskop Webba i teleskop ATLAST.
Literatura uzupełniająca:
G. Okolski, A Brief History of the Hubble Space Telescope, [online: http://history.nasa.gov/hubble];
Hubble Breakthroughs, [online: http://hubblesite.org];
L. Spitzer, History of the Space Telescope, [online: http://adsabs.harvard.edu/full/1979QJRAS..20…29S];
D. Goldsmith, N. deGrasse Tyson, Wielki początek. 14 miliardów lat kosmicznej ewolucji, Warszawa 2007.

Zob. też:
7 cudów naukowego świata;
Co znajdziemy na krańcu wszechświata?;
Teleskopowe spojrzenie w przeszłość;
Pojutrze na blogu pojawią się również wybrane przez was (na facebooku), najbardziej niesamowite zdjęcia HST.

podpis-czarny
  • Kuba

    Lustro nie jest z alu­mi­nium (co może suge­ro­wać artykuł), tylko ze szkła pokry­tego cie­niutką warstwą alu­mi­nium.
    Oglą­da­łem kiedyś program o zwier­cia­dle Hubbla. Kształt kon­tro­lo­wało się przy pomocy inter­fe­ro­me­tru zło­żo­nego między innymi z luster. Lustra były całe pokryte czarną matową farbą z wyjąt­kiem jednego dokład­nie wyzna­czo­nego punktu. Niestety kawałek farby odprysł przy tym otworku powo­du­jąc, że efek­tyw­nie otworek (czyli miejsce, w którym światło odbijało się od zwier­cia­dła) był prze­su­nięty o ok. 1 mm. To oraz zanie­cha­nia przy kontroli jakości skut­ko­wały “wadą wzroku” tele­skopu.
    Wybacz­cie jeśli coś namie­sza­łem, ten program oglą­da­łem już dość dawno.

    Dobrze gada? Dobre 0 Słabe 0

    • http://COSMICBULLETIN.NET cosmicbulletin.net

      Chyba jakoś tak to leciało. Ponadto zre­zy­gno­wano z rów­no­cze­snego nadzoru przez zewnętrzną firmę w czasie pole­ro­wa­nia zwier­cia­dła.

      Dobrze gada? Dobre 0 Słabe 0

  • Astro­no­miczny Miłośnik

    Dodałbym jeszcze kilka fascy­nu­ją­cych faktów ale i bez tego artykuł pre­zen­tuje się smacznie. Wszyt­kiego naj­lep­szego dla HST!

    Dobrze gada? Dobre 0 Słabe 0

  • m

    Można prosić coś więcej o tym module COSTAR?

    Dobrze gada? Dobre 0 Słabe 0

  • Kowalski

    Tele­sko­pem Hubbla zrobiono zdjęcie w wysokiej roz­dziel­czo­ści np. Mgławicy Carina a już bliż­szego nam Plutona wraz z pięcioma księ­ży­cami zaledwie w postaci zbioru pikseli. Mam mętlik w głowie. Wielkość obiektów ma tu zna­cze­nie? Bo różnica w odle­gło­ściach jest olbrzy­mia (w sumie w wiel­ko­ści też). Nie mogę tego ogarnąć.

    Proszę o pomoc.

    Dobrze gada? Dobre 0 Słabe 0

    • http://www.kwantowo.pl/ Adam Adamczyk

      Wielkość obiektów ma gigan­tyczne zna­cze­nie. Zakła­da­jąc, że prze­ciętna mgławica ma średnicę ponad 2 lat świetl­nych, a Pluton ok. 2300 km, Eta Carinae jest setki milionów razy większa! Tobie tez łatwiej będzie zauważyć Słońca odda­lo­nego o 200 metrów niż ziarenko piasku leżące dwa metry od Ciebie (choć to i tak nie oddaje skali). Drugi powód, być może jeszcze waż­niej­szy, to jasność obiektów. Eta Carinae jest akurat bardzo aktywna i pro­mie­niuje w różnych dłu­go­ściach fal. Tym­cza­sem Pluton to po prostu ciemna, brudna i smutna bryła lodu. 😉

      Dobrze gada? Dobre 0 Słabe 0