Warto przeczytać

Już na samym początku XX wieku, w roku 1923, niemiecki naukowiec Hermann Oberth wpadł na pomysł wyniesienia instrumentów badawczych przy pomocy rakiet na orbitę okołoziemską. Jednak taki pomysł wymagał ogromnego nakładu finansowego oraz technicznego – poza samym teleskopem, który jest łatwy w konstrukcji, potrzebne są specjalistyczne rakiety do wyniesienia sprzętu w przestrzeń, o których w swoim pracach pisał właśnie Oberth. W tym czasie Edwin Hubble pracował w kalifornijskim obserwatorium. Analizując wiele galaktyk odkrył, że Wszechświat się rozszerza. W roku 1946 amerykański astronom Lyman Spitzer napisał pracę, w której opisał zalety kosmicznego obserwatorium. Teleskop kosmiczny dostarczałby zdjęć wolnych od zniekształceń powodowanych przez atmosferę, a ponadto mógłby dostarczać obrazy robione w pasmach fal elektromagnetycznych, które na Ziemi blokowane są przez atmosferę. Dodatkową zaletą jest to, że obserwacje czynione byłyby nieprzerwanie, bez względu na porę dnia na Ziemi. Taki teleskop umożliwiłby potwierdzenie naziemnych badań ekspansji Wszechświata.

Historia

• Rok 1946 uznawany jest za początek historii Kosmicznego Teleskopu Hubble’a. Jednak dopiero w 1971 roku powstaje w NASA (Amerykańska Agencja Kosmiczna) zespół badający wykonalność takiego ogromnego projektu. Po kilku latach do badań dołącza też Europejska Agencja Kosmiczna (ESA), co czyni projekt międzynarodowym.

• Prace rozpoczęto w 1979 roku od tworzenia zwierciadła głównego – największego i najważniejszego elementu teleskopu. Zwierciadło główne ma średnicę 2.4 metra.

• W roku 1983 oficjalnie Kosmiczny Teleskop dostaje nazwę na cześć amerykańskiego astronoma Edwina Hubble’a. Niestety, wskutek katastrofy kosmicznego promu Challenger w 1986 roku wszelkie misje związane z wystrzeliwaniem promów kosmicznych na orbitę zostają wstrzymane – to opóźnia znacznie umieszczenie teleskopu HST na orbicie.

• Ostatecznie 24 kwietnia 1990 roku Kosmiczny Teleskop Hubble’a zostaje wystrzelony na orbitę.

• 20 maja 1990 dostarcza na Ziemię pierwsze obserwacje. Niestety, wszystkie zdjęcia wykonane przez HST okazują się nieostre - wychodzi na jaw bardzo poważna wada zwierciadła teleskopu. Jednak astronomowie, inżynierowie i astronauci nie poddają się.

• Już w grudnia 1993 roku do Kosmicznego Teleskopu Hubble’a lecą astronauci z misją naprawczą. To sprawia, że Kosmiczny Teleskop Hubble’a nie dość, że jest prekursorem obserwacji z orbity, to dodatkowo staje się również pierwszym teleskopem w kosmosie, który jest naprawiany przez astronautów.

W ciągu 30 pierwszych lat pracy HST na orbicie przeprowadzono pięć misji naprawczych – każda z nich zakończyła się sukcesem. Naprawiano drobne usterki, wymieniano baterie, a także modernizowano cały teleskop, aby mógł służyć jak najdłużej.

Zdjęcia teleskopu HST wykonane podczas piątej misji naprawczej.

R1eHDDbWXFRsq

Rys. 1a. Ilustracja podzielona jest na dwie części, prawą i lewą: po lewej stronie widoczne jest zdjęcie teleskopu Hubble'a na tle ciemnej przestrzeni kosmicznej i fragmentu kuli ziemskiej widocznej nad teleskopem. Teleskop jest stalową konstrukcją o cylindrycznym kształcie. U podstawy teleskopu znajduje się płaska powierzchnia, gdzie widoczne są sylwetki dwóch astronautów zajętych pracą. Astronauci ubrani są w białe kombinezony kosmiczne. Zdjęcie wykonano podczas piątej misji naprawczej teleskopu. Po prawej również zaprezentowano zdjęcie teleskopu Hubble'a. Obok niego widoczne są dwa pionowe, prostokątne panele słoneczne. Panele zapewniają zasilanie teleskopu.

R1AgVlcAwMWbM

Rys. 1b. Zdjęcie prezentuje teleskop Hubble'a, w ujęciu pionowym. Nad nim unosi się Ziemia. W prezentowanej części teleskopu znajduje się cały jego układ optyczny (zwierciadła) służący do obrazowania danych zarejestrowanych przez urządzenie. Dolna podstawa cylindrycznego kształtu przytwierdzona jest do płaskiej stalowej konstrukcji. Po lewej stronie obok cylindrycznej części teleskopu widoczne jest białe, stalowe ramię wyciągnięte w kierunku teleskopu. Na końcu ramienia zawieszony jest astronauta ubrany w biały kombinezon kosmiczny. Astronauta dokonuje modernizacji teleskopu.

Teleskop HST ma długość 13,2 metrów i średnicę 4,2 metra. Samo zwierciadło główne teleskopu ma średnicę 2,4 metra. Ogólnie można porównać go do zwykłego dużego teleskopu zwierciadlanego typu Cassegraina, jakie znajdują się na Ziemi. Dodatkowo ma wiele osłon przed promieniowaniem kosmicznym oraz promieniowaniem ze Słońca. Poza całościowym systemem optycznym, zamontowanych ma kilka różnych detektorów (czyli instrumentów pomiarowych). Każdy z nich dedykowany jest innego rodzaju obserwacjom, dzięki czemu Kosmiczny Teleskop Hubble’a umożliwia tak różnorodne badania.

Ponieważ teleskop HST znajduje się na orbicie okołoziemskiej, sterowany jest w pełni zdalnie.

Parametry orbity:

• Znajduje się na wysokości około 547 km powyżej powierzchni Ziemi.

• Porusza się z prędkością 27300 km/h.

• W ciągu 95 minut dokonuje pełnego obiegu.

Dane obserwacyjne zebrane przez teleskop muszą przejść długą drogę zanim trafią do astronomów na Ziemi. Schemat działania składa się z 5 kroków:

1. Teleskop zbiera i rejestruje światło bez zakłóceń, których źródłem byłaby atmosfera ziemska.

2. Satelity odbierają dane z HST dwukrotnie w ciągu doby.

3. Stacja naziemna zbiera dane ze wszystkich satelitów.

4. Centrum Kontroli Kosmicznego Teleskopu odbiera dane ze stacji naziemnej.

5. Instytut Naukowy teleskopu opracowuje odebrane dane.

RSsNE8aCT7QrR

Rys. 2. Zdjęcie przedstawia teleskop Hubble'a na tle ciemnej przestrzeni kosmicznej. Teleskop widoczny jest w postaci poziomo ustawionego, srebrnego cylindrycznego kształtu. Lewa część teleskopu pokryta jest osłonami wykonanymi z aluminium. Po bokach teleskopu widoczne są dwa prostokątne, ciemne panele słoneczne, których dłuższe boki są równoległe do cylindrycznego kształtu teleskopu. Z lewej części teleskopu, w której znajduje się układ optyczny do obrazowania danych zebranych przez urządzenie, widoczna jest jasna metalowa klapa, możliwa do zamknięcia w celu ochrony układu optycznego teleskopu.

R5Y0feWnnsl7m

Rys. 3. Ilustracja przedstawia trzy zdjęcia wykonane przez teleskop Hubble'a. Przedstawiają galaktykę oznaczoną wielką literą M sto. Wykonane zostały: pierwsze od lewej w roku 1993 przed naprawą teleskopu, środkowe w roku 1994 po pierwszej naprawie teleskopu i zdjęcie po prawej wykonano w roku 2018 po modernizacji teleskopu. Galaktyka widoczna jest w postaci spiralnych obłoków wirujących w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara. W centrum galaktyki znajduje się jasny obłok, a wirujące odnogi spiralnej galaktyki są nieco ciemniejsze od jasnego obszaru w środku. Zdjęcie wykonane przed naprawą teleskopu jest świetliste, z rozmytymi szczegółami – zarówno jasny obszar w środku, jak i wirujące obłoki są pozbawione szczegółów. Po naprawie ostrość zdjęcia została znacznie poprawiona. Na środkowym zdjęciu widoczne są szczegóły wirujących obłoków w postaci jasnych punktów. Jasne punkty to gwiazdy. Po prawej stronie umieszczono zdjęcie wykonane po modernizacji teleskopu. Prezentuje szczegółowy obraz z wyraźnymi krawędziami gwiazd składających się na wirujące obłoki i wyraźną granicę pomiędzy wirującymi obłokami a jasnym obszarem w środku galaktyki.

Teleskop HST umożliwił rozwiązanie wielu problemów astronomicznych, które wymagały długoskalowych obserwacjiobserwacje długoskalowedługoskalowych obserwacji (czyli dokonywanych przez lata w określonych, niewielkich odstępach czasu) bardzo dobrej jakości. Niektóre odkrycia dokonane w połączeniu z obserwacjami HST sprawiły, że astronomowie zaczęli zadawać kolejne pytania związane z całym otaczającym nas Wszechświatem.

Najważniejsze rezultaty HST to:

• Wiek Wszechświata – długoskalowe obserwacje gwiazd zmiennych, bez zakłóceń spowodowanych atmosferą, znajdujących się w innych galaktykach pozwoliły bardzo dokładnie wyznaczyć odległości do nich, a to prowadziło do wyznaczenia wieku Wszechświata.

• Rozszerzanie się Wszechświata – obserwacje odległych supernowych (są to gwiazdy, które w wyniku wypalenia się paliwa w ich wnętrzu wybuchają gwałtownie) pozwoliły dokładnie wyznaczyć stałą Hubble’a, opisującą tempo rozszerzania się Wszechświata.

• Analiza naszego Układu Słonecznego – dzięki HST zaobserwowano między innymi zderzenie komety Shoemaker‑Levy 9 z Jowiszem, odkryto piąty księżyc Plutona, analizowano drobne ciała niebieskie z pasa Kuipera, które następnie można było badać przy pomocy sond kosmicznych.

• Czarne dziury w centrach galaktyk – obserwacje wielu galaktyk i analiza ich promieniowania potwierdzają teorię, że w centrum każdej galaktyki znajduje się czarna dziura.

• Pierwszy obraz czarnej dziury.

• Pierwsze odkrycie i zbadanie atmosfery planety pozasłonecznej – HD209458b, nieoficjalnie nazywanej Ozyrys.

• Odkrycie pary wodnej na planecie pozasłonecznej, która znajduje się w ekosferzeekosferaekosferze.

Dzięki dostępności danych z HST, wielu astronomów wielokrotnie wykorzystywało te obserwacje jako dodatkowe źródło informacji na temat interesującego ich obiektu. Napisano dziesiątki tysięcy prac naukowych wykorzystujących dane z Kosmicznego Teleskopu Hubble’a. W 2020 minęło 30 lat pracy teleskopu, a mimo to nadal służy on astronomom na całym świecie.

RxwWRw8YSZ6tU

Rys. 4. Grafika prezentuje wiek, obserwowanych za pomocą różnych teleskopów, naziemnych i tych umieszczonych w przestrzeni kosmicznej, obszarów, liczony od Wielkiego Wybuchu. Na ciemnym tle z jasnymi punktami symbolizującymi gwiazdy widoczne są po lewej stronie grafiki ikonki teleskopów ułożone jedna pod drugą. Strzałkami skierowanymi w prawo zilustrowano wiek obszarów Kosmosu, obserwowanych za pomocą danego teleskopu. Odniesiono je do osi czasu skierowanej poziomo w prawo, umieszczonej w dolnej części grafiki. Na górze, po lewej stronie grafiki, widoczne jest obserwatorium o nazwie Ground Based Observatories, dzięki któremu można obserwować to, co stało się około sześciu miliardów lat po Wielkim Wybuchu. Poniżej, widoczne są trzy ikonki teleskopu Hubble'a. W roku 1994 umożliwiał on obserwację przestrzeni kosmicznej powstałej około jednej i pięciu dziesiątych miliarda lat po Wielkim Wybuchu. W roku 2004 umożliwiał obserwację przestrzeni kosmicznej powstałej około ośmiuset milionów lat po Wielkim Wybuchu, a w roku 2010 możliwe było obserwowanie obszarów Wszechświata powstałych około czterystu osiemdziesięciu milionów lat po Wielkim Wybuchu. Jako ostatnia, umieszczona jest ikonka teleskopu kosmicznego przyszłości – James Webb Telescope, który umożliwi obserwację obszarów Kosmosu powstałych około dwustu milionów lat po Wielkim Wybuchu.

Słowniczek