Choć znaczących dla nauki teleskopów mieliśmy w dziejach wiele, to Kosmiczny Teleskop Hubble'a (HST) może poszczycić się mianem najbardziej owocnego instrumentu naukowego tego typu. HST przyczynił się do ogromnej liczby odkryć naukowych i dostarczył nam wielu niezwykłych zdjęć w zakresie światła widzialnego.
Niewiele jednak brakowało, a Kosmiczny Teleskop Hubble'a okazałby się kosztowną klapą. Zawinił mały błąd na etapie budowy, przez co instrument mógł nigdy nie dać tak wspaniałych obrazów. Teraz - w 31. rocznicę jego wystrzelenia - opisujemy historię tego niezwykłego narzędzia badawczego.
Galaktyka Sombrero - jedno ze zdjęć z Teleskopu Hubble'a:
Galaktyka Sombrero (Messier 104, M104, NGC 4594) fot. NASA/Hubble Heritage Team
Od pomysłu do realizacji długa droga
To właśnie Kosmiczny Teleskop Hubble'a zapoczątkował ideę budowania dużych obserwatoriów astronomicznych poza Ziemią. Pomysł narodził się jednak zdecydowanie wcześniej. Pierwsze teleskopy kosmiczne chodziły naukowcom po głowach już w pierwszej połowie XX wielu, a kwestię budowy teleskopu Hubble'a poruszył w 1946 roku amerykański astronom Lyman Spitze (jego imieniem nazwano Kosmiczny Teleskop Spitzera wyniesiony w kosmos w 2003 roku).
Wówczas o wynoszeniu dużych teleskopów optycznych w kosmos nie było jeszcze mowy, ale sama idea wydawała się naukowcom słuszna. Obserwacje z powierzchni Ziemi są bowiem mocno utrudniane przez atmosferę. Poruszające się w niej cząsteczki gazu zaburzają światło trafiające do lustra teleskopu i sprawiają, że obrazy są znacznie mniej ostre, a rozdzielczość teleskopu mniejsza niż w przypadku podobnej wielkości sprzętu znajdującego się w kosmosie.
Na dodatek problemem jest również znajdująca się w powietrzu para wodna, która silnie pochłania światło podczerwone. To właśnie z powodu atmosfery gwiazdy wydają nam się migotać na niebie, a większość teleskopów umieszczanych jest wysoko w górach (a nawet na pokładzie samolotu - teleskop SOFIA), co pozwala w pewnym stopniu zmniejszyć skalę problemu.
Teleskop Hubble'a umieszczony poza wpływem ziemskiej atmosfery (na orbicie, na wysokości nieco ponad 600 km na powierzchnią Ziemi) miał być zatem całkowity rozwiązaniem kłopotu z zaburzającą obraz otoczką gazową naszej planety. Budowa skomplikowanego teleskopu kosmicznego okazała się jednak trudniejsza i zdecydowanie bardziej kosztowna, niż początkowo przypuszczano.
Kosmiczny Teleskop Hubble'a fot. NASA
Początki budowy Wielkiego Teleskopu
Sukcesy pierwszych mały teleskopów wynoszonych orbitę sprawiły, że NASA przekonała się do pomysłu budowy dużej wersji teleskopu-satelity obserwującego świat w świetle widzialnym. W 1968 roku zaplanowano budowę Wielkiego Teleskopu Kosmicznego (LST) z lustrem o średnicy aż 3 metrów oraz mniejszego prototypu z 1,5-metrowym zwierciadłem głównym. Dopiero w latach 80. teleskop nazwano nazwiskiem Edwina Hubble'a, jednego z najbardziej zasłużonych astronomów w historii.
Plany budowy dwóch teleskopów spotkały się jednak z rzeczywistością i okazało się, że na kosztujący krocie projekt nie ma zgody amerykańskiego Kongresu. Ostatecznie jednak astronomom udało się przekonać polityków i NASA dostała budżet (jednak mocno okrojony) na budowę mniejszej wersji teleskopu. Aby nieco zmniejszyć koszty, zdecydowano się też na współpracę z Europejską Agencją Kosmiczną (ESA), która odpowiedzialna została za budowę części elementów (oczywiście w zamian za możliwość prowadzenia obserwacji).
W tej sytuacji o budowie mniejszego prototypu nie było już mowy, a projekt docelowego teleskopu zmniejszono do 2,4 metra. Datę wystrzelenia początkowo ustalono na 1983 rok. Cztery lata wcześniej rozpoczęto budowę lustra głównego, czyli najważniejszego elementu każdego teleskopu zwierciadlanego. Początkowo NASA planowała zamówienie dwóch (od firm Perkin-Elmer i Kodak), jednak prace nad tym drugim wstrzymano z powodu braku środków.
Polerowanie lustra Teleskopu Hubble'a - rok 1979 fot. NASA Marshall Space Flight Center / domena publiczna
Katastrofa promu Challenger, czyli wstrzymanie prac
Problemy podczas budowy oraz stale rosnące koszty sprawiły, że start misji przełożono ostatecznie na 1986 rok. Dalsza prace nad Kosmicznym Teleskopem Hubble'a stanęły jednak pod znakiem zapytania po katastrofie promu Challenger, do której doszło w styczniu 1986 roku. Wstrzymano bowiem program wahadłowców, a bez nich nie było możliwości, aby tak duży teleskop wynieść na orbitę.
Projekt ukończenia teleskopu wrzucono więc na dwa lata do szuflady, jednak szczęśliwie wrócono do niego w 1988 roku, gdy NASA wznowiła loty wahadłowcami. Inżynierowie wyciągnęli elementy teleskopu, oczyścili je z kurzu i zabrali się do pracy. Datę wystrzelenia zaplanowano na 1990 rok. Ostatecznie udało się dotrzymać terminu. Kosmiczny Teleskop Hubble'a wyniesiono na orbitę w ramach misji STS-31 dokładnie 31 lat temu - 24 kwietnia 1990 roku.
Kosztowna wpadka, która mogła zakończyć się gorzej
Projekt - pomimo że kosztował ostatecznie kilka razy więcej niż planowano - ostatecznie udało się zrealizować. Po umieszczaniu HST na orbicie badacze zabrali się za kalibrację i przygotowanie wszystkich narzędzi teleskopu do obserwacji. Radość astronomów nie trwała niestety długo. Szybko okazało się bowiem, że nowy teleskop sprawia problemy.
Kosmiczny Teleskop Hubble'a fot. NASA
Pierwszym kłopotem okazały się panele fotowoltaiczne, które dostarczyła ESA. Nagrzewając się w świetle słonecznym, powodowały drgania, które uniemożliwiały skorzystanie z dłuższych czasów naświetlania. Pojawił się jednak inny, jeszcze poważniejszy problem. Pomimo wielu prób naukowcom nie udało się uzyskać idealnie ostrych zdjęć, tak jak zakładano. Szybko zdano sobie sprawę, że może to być spowodowane przez nieznaną wadę optyczną teleskopu.
Dopiero w czerwcu 1990 roku udało się zdiagnozować przyczynę problemu. Okazało się, że w wyniku błędów pomiarowych na Ziemi lustro HST źle wypolerowano, co sprawiło, że (ze względu na aberrację sferyczną) nie da się uzyskać nim ostrych zdjęć. Co więcej, problemu z lustrem najpewniej udałoby się uniknąć, gdyby nie cięcia kosztów, na które musiała zdecydować się NASA. Zawiódł laser, który dał minimalnie (o nieco ponad milimetr) przesunięte odczyty podczas polerowania.
Ściągnięcie teleskopu na Ziemię było oczywiście niemożliwe, a naprawa na orbicie trudna i ryzykowna. Naukowcy stanęli wtedy przed realną perspektywą porzucenia projektu. Dalsze jego finansowanie z pieniędzy podatników było Kongresowi bardzo nie na rękę. Z drugiej strony, brak środków na naprawę oznaczałby koniec nowiutkiego jeszcze Teleskopu Hubble'a, co jest jednoznaczne z wyrzuceniem wcześniej wydanych pieniędzy w błoto.
Różnica w jakości zdjęć przed naprawą i po niej:
Jakość obrazu przed usunięciem usterki zwierciadła (L) i po (P) NASA
Szczęśliwie środki się znalazły, a problemy trapiące Hubble'a udało się naprawić w ramach misji serwisowej nr 1, która odbyła się w 1993 roku. Astronauci zainstalowali wtedy wewnątrz teleskopu specjalny moduł COSTAR, który skorygował wadę i pozwala na uzyskanie ostrych obrazów. Nie byłoby to możliwe, gdyby nie (ponownie) program wahadłowców, który wciąż wtedy funkcjonował (zakończono go w 2011 roku).
W kolejnych latach Kosmiczny Teleskop Hubble'a serwisowany był jeszcze kilkukrotnie. Ostatnią poważną awarię miał w 2009 roku, gdy wymieniono centralny system zarządzania danymi, który przetwarzał informację z urządzeń badawczych i kierował je do wysłania na Ziemię. Od czasu do czasu wciąż jednak zmaga się z problemami. Dla przykładu w 2018 roku zepsuł się jeden z żyroskopów, przez co teleskop przełączono na jakiś czas w tryb uśpienia.
Wiele niesamowitych odkryć i fotografii
Teleskop Hubble'a przyczynił się m.in. do dokładniejszego wyliczenia wieku Wszechświata, pomógł w określeniu tzw. stałej Hubble'a (tempo rozszerzania się Wszechświata), a także dostarczył wielu obserwacji przydatnych w badaniach nad ciemną materią, czarnymi dziurami i szerzej - grawitacją. Zrobił również wiele najsłynniejszych zdjęć różnych obiektów kosmicznych, a przynajmniej jedno z nich widział zapewne każdy z nas.
Poniżej jedna z najsłynniejszych fotografii HST - "Filary Stworzenia" w Mgławicy Orła:
'Filary Stworzenia' w Mgławicy Orła fot. NASA, ESA/Hubble and the Hubble Heritage Team
Wreszcie to temu instrumentowi badawczemu zawdzięczamy wspaniałe zdjęcia bardzo głębokiego nieba (Głębokie Pole Hubble’a, Głębokie Południowe Pole Hubble’a, Ultragłębokie Pole Hubble’a i Ekstremalnie Głębokie Pole Hubble’a), które jak na dłoni pokazują nam, że Wszechświat pełen jest galaktyk zawierających miliardy gwiazd.
To ostatnie zdjęcie (opublikowane w 2012 roku) do dziś jest najdalej sięgającą fotografią zrobioną w świetle widzialnym. Z kadrów dostarczonych przez HST wykonano też Hubble Legacy Field - mozaikę zdjęć, na której znajduje się 265 tys. różnych galaktyk. Wszystko w niewielkim wycinku nieba zajmującym na nim powierzchnię porównywalną z... Księżycem. To pozwala zrozumieć, jak wiele galaktyk znajduje się wokół nas.
Ekstremalnie Głębokie Pole Hubble'a - najdalej sięgające zdjęcie kosmosu w historii fot. NASA; ESA; G. Illingworth, D. Magee, and P. Oesch, University of California, Santa Cruz; R. Bouwens, Leiden University; and the HUDF09 Team
Co zobaczył Teleskop Hubble'a w twoje urodziny?
Na koniec pewna ciekawostka. Przez ostatnie lata tradycją dla NASA stało się publikowanie zdjęć najciekawszych obiektów astronomicznych zrobionych z okazji kolejnych rocznic wyniesienia na orbitę Teleskopu Hubble'a. I tak z okazji swoich 30. urodzin instrument ten wykonał fotografię dwóch mgławic emisyjnych w Wielkim Obłoku Magellana - NGC 2014 oraz NGC 2020.
Z kolei w tym roku 31. urodzin naukowcy sfotografowali AG Carinae - ogromną, umierającą gwiazdę otoczoną pięknym obłokiem gazu. Zdjęcie można zobaczyć na poniższym firmie:
Hubble obserwuje niebo bez przerwy, NASA uruchomiła więc stronę "What Did Hubble See on Your Birthday" (czyli "co zobaczył Hubble w twoje urodziny"). Wpisując tam dzień i miesiąc swoich urodzin, można wyszukać najciekawszą fotografię zrobioną akurat tego dnia.
