Tagi


Archiwa


Zaprzyjaźnione


/ 7

Artykuły

Hubble, najlepszego staruszku!

24th Kwi '15

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

Naukowy totalitarysta. Jeśli nie chcesz aby wpadli do Ciebie naukowi bojówkarze, zostaw komentarz.

  • 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