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. Z lewej strony widać dwóch astronautów dokonujących niezbędnych napraw i modernizacji.
R1AgVlcAwMWbM
Rys. 1b. Astronauta F. Story Musgrave na wysięgniku przygotowujący się do wyniesienia na szczyt teleskopu HST w celu umieszczenia na nim niezbędnych zasłon na magnetometrze. Poniżej stoi astronauta Jeffrey A. Hoffman w celu asekuracji kolegi.

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. Prawdziwe zdjęcie teleskopu HST, wykonane z pokładu promu kosmicznego Atlantis tuż po piątej misji naprawczej.
R5Y0feWnnsl7m
Rys. 3. Porównanie obrazu galaktyki M100 wykonywane przez HST w 1993 roku (przed naprawą), w 1994 roku po pierwszej naprawie wady technicznej, oraz w 2018 roku po modernizacjach. Na zdjęciach widać, jak bardzo obraz wyostrzał się dzięki kolejnym naprawom.

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. Porównanie zasięgu kolejnych instrumentów pomiarowych teleskopu Hubble’a z teleskopami naziemnymi oraz teleskopem kosmicznym przyszłości James Webb Telescope. Dzięki misjom naprawczym i modernizującym teleskop HST, osiągnięcia tego teleskopu są zaskakujące, pomimo wielu niepowodzeń przy jego powstawaniu.

Słowniczek

przesunięcie ku czerwieni
przesunięcie ku czerwieni

(ang.: redshift (z)) – używana w astronomii miara odległości w dalekim kosmosie. Prędkość światła w kosmosie jest ograniczona i wynosi około 3∙10Indeks górny 8 m/s. Obserwując bardzo dalekie obiekty, tak naprawdę widzimy światło wyemitowane z nich jakiś czas wcześniej. Światło ze Słońca potrzebuje 8 minut na to, aby dotrzeć do Ziemi - a im dalej, tym dłużej. Na przykład, oglądając odległą galaktykę widzimy ją taką, jaką była kilka milionów lat wcześniej, ponieważ tyle potrzebuje światło, aby do nas dotrzeć. Przesunięcie ku czerwieni obserwowanego pasma fal elektromagnetycznych pozwala oszacować, ile lat wcześniej dany sygnał został wyemitowany. Im większy teleskop, tym dalej „sięga”, czyli widzi młodszy Wszechświat. Gdybyśmy mogli dostrzec światło pierwszych gwiazd, obserwowalibyśmy ich przesunięcie ku czerwieni o wartości około z = 20. Diagram na Rys. 4. pokazuje przesunięcie ku czerwieni, jakie jest w stanie obserwować HST.

ekosfera
ekosfera

(ang.: habitable zone) – strefa wokół gwiazd, wewnątrz której na powierzchni planet może pojawić się ciekła woda.

obserwacje długoskalowe
obserwacje długoskalowe

(ang.: long scale observations) – są to obserwacje prowadzone przez wiele lat. Każdy tego typu projekt ma ustalony z góry schemat obserwacji. Każdy obiekt jest obserwowany w określonych odstępach czasu. Na przykład polski projekt OGLE, obserwujący Obłoki Magellana (sąsiednie, najbliższe nam galaktyki karłowate), wykonuje zdjęcia fragmentów galaktyk w średnich odstępach co 3 dni. Częstotliwość obserwacji dostosowuje się do okresu zmienności obiektu tak, aby otrzymywać pomiary pozwalające analizować tę zmienność w ciągu kilku lub nawet kilkudziesięciu lat.