Kosmiczny Teleskop Hubble'a
Z Wikipedii
Kosmiczny Teleskop Hubble'a (ang. Hubble Space Telescope – HST) - teleskop poruszający się po orbicie okołoziemskiej, nazwany na cześć astronoma Edwina Hubble'a.
Umiejscowienie poza ziemską atmosferą daje mu znaczącą przewagę nad teleskopami naziemnymi - zdjęcia nie są rozmazane oraz podatne na skutki zanieczyszczenia świetlnego. Hubble jest w stanie prowadzić obserwacje światła ultrafioletowego, pochłanianego przez ozonosferę.
Od momentu wystrzelenia w 1990 roku, teleskop stał się jednym z najważniejszych przyrządów w historii astronomii. Był odpowiedzialny za wiele przełomowych obserwacji oraz pomógł astronomom w lepszym zrozumieniu wielu fundamentalnych problemów astrofizyki. Ultragłębokie Pole Hubble'a jest najdalej sięgającym astronomicznie zdjęciem jakie kiedykolwiek wykonano w świetle widzialnym.
Spis treści |
[edytuj] Koncepcja, projektowanie i cele
[edytuj] Propozycja i prekursorzy
Historia Kosmicznego Teleskopu Hubble ma swój początek w 1946 roku, kiedy astronom Lyman Spitzer napisał referat zatytułowany Zalety pozaziemskiego obserwatorium astronomicznego. Autor rozważał w nim praktyczną wyższość obserwatoriów pozaziemskich nad umieszczonymi na powierzchni planety. Po pierwsze, rozdzielczość kątowa (najmniejsze rozdzielenie przy którym obiekt może być dostrzeżony) miała być ograniczona jedynie przez dyfrakcję i wolna od efektów turbulencji w atmosferze powodujących migotanie gwiazd. (Na tamtą chwilę teleskopy naziemne miały rozdzielczość 0,5-1,0 sekundy kątowej, przy czym teoretycznie teleskop z lustrem o średnicy 2,5 m powinien osiągać rozdzielczość rzędu 0,1 sekundy kątowej.) Następnie teleskop umieszczony w przestrzeni kosmicznej mógłby obserwować w podczerwieni i ultrafiolecie, silnie absorbowanych przez atmosferę.
Spitzer poświęcił większość kariery na realizację projektu kosmicznego teleskopu. W 1962 roku Amerykańska Akademia Nauk zasugerowała rozwój programu w ramach lotów kosmicznych, a w 1965 roku Spitzer został mianowany przewodniczącym komisji, której zadaniem było zdefiniowanie zadań naukowych dla dużego teleskopu kosmicznego.
Astronomia oparta na badaniach z przestrzeni kosmicznej rozpoczęła się na niewielką skalę podczas II wojny światowej, kiedy naukowcy zaczęli wykorzystywać coraz bardziej rozwijającą się technologię rakietową. Pierwsze zdjęcie Słońca w ultrafiolecie zostało zrobione w 1946 roku. Orbitujący teleskop słoneczny został wystrzelony w 1962 roku przez Wielką Brytanię jako część programu kosmicznego Ariel, a w 1966 NASA przeprowadziła pierwszą misję w ramach Orbitalnych Obserwatoriów Astronomicznych (OAO). Niestety bateria pierwszego satelity OAO-1 zepsuła się niespełna po trzech dniach pracy, kładąc kres dalszemu kontynuowaniu misji. Kolejny satelita, oznaczony jako OAO-2, prowadził obserwacje gwiazd i galaktyk w ultrafiolecie w latach 1968-1972 pomimo, iż planowany czas pracy był szacowany na rok.
Misje OAO ukazały jak ważną rolę w astronomii mogą odgrywać obserwatoria pozaziemskie. W 1968 NASA zaplanowała umieszczenie w przestrzeni kosmicznej 3 metrowej średnicy teleskopu zwierciadlanego, nazwanego prowizorycznie Wielkim Teleskopem Kosmicznym (LST), z datą startu szacowaną na rok 1979. Plany te wzmocniły nacisk na potrzebę załogowych misji remontowych, aby zapewnić długie funkcjonowanie bardzo drogiego programu. Zbieżność rozwoju programu statków kosmicznych wielokrotnego użytku dawała nadzieję, iż niebawem pomysł doczeka się realizacji.[1]
[edytuj] Poszukiwanie funduszy
Sukces programu OAO doprowadził do zgody w środowisku astronomów, iż budowa LST jest celem priorytetowym. W 1970 roku NASA powołała dwie komisje, jedną odpowiedzialną za stronę techniczną projektu, drugą do wyznaczenia naukowych celów misji. Po ich ustaleniu, głównym problemem NASA stało się znalezienie funduszy na realizację projektu, wielokrotnie przewyższającego koszty teleskopu naziemnego. Kongres Stanów Zjednoczonych zakwestionował wiele punktów proponowanego budżetu i wymusił cięcia dla przygotowań, skupiających się w owym czasie na doborze przyrządów i narzędzi dla teleskopu. W 1974 roku, w wyniku nacisków Geralda Forda Kongres Stanów Zjednoczonych wstrzymał jego finansowanie.
W odpowiedzi na tą sytuację, wielu astronomów spotkało się osobiście z kongresmenami i senatorami, na wielką skalę zostały również zorganizowane kampanie pisania listów. Narodowa Akademia Nauk opublikowała raport podkreślający potrzebę kosmicznego teleskopu. Ostatecznie, senat zgodził się na połowę budżetu początkowo zaakceptowanego przez Kongres.
Redukcja środków pieniężnych doprowadziła do zmniejszenia skali projektu, planowane 3 metrowe lustro zredukowano do 2.4 metra, zarówno ze względu na cięcia budżetowe jak i dla efektywniejszej konfiguracji oprzyrządowania teleskopu. Planowane wystrzelenie prototypu z 1,5 metrowym lustrem do przetestowania systemów użytych w głównym projekcie zostało zaniechane, kwestie pieniężne zadecydowały również o współpracy z Europejską Agencją Kosmiczną. Zgodziła się ona na sfinansowanie i dostarczenie oprzyrządowania pierwszej generacji wraz z zasilającymi je panelami słonecznymi, oraz powołania kadry obsługującej projekt na terenie USA, w zamian za gwarancję, że europejscy astronomowie będą mieli udostępnione przynajmniej 15% czasu obserwacji. Kongres ostatecznie przeznaczył 36 mln dolarów na rok 1978, a projektowanie LST rozpoczęło się na poważnie, z datą wystrzelenia określoną na rok 1983. Na początku lat 80., teleskop został nazwany nazwiskiem Edwina Hubble'a, który dokonał jednego z największych odkryć XX wieku, stwierdzając, że wszechświat się rozszerza.
[edytuj] Konstruowanie
Od tego momentu praca nad programem została przydzielona wielu instytucjom. Centrum Lotów Kosmicznych imienia George'a C. Marshalla było odpowiedzialne za zaprojektowanie, rozwój i konstrukcję teleskopu, natomiast Centrum Lotów Kosmicznych imienia Roberta H. Goddarda za całkowitą kontrolę nad instrumentami badawczymi oraz naziemne centrum dowodzenia misją. Centrum Marshalla zleciło firmie optycznej PerkinElmer zaprojektowanie i wyprodukowanie Optical Telescope Assembly (OTA) oraz Fine Guidance Sensors. Lockheed został upoważniony do skonstruowania statku kosmicznego w którym będzie ulokowany teleskop.[2]
[edytuj] Katastrofa promu Challenger
Na początku 1986 roku, planowane na październik wystrzelenie teleskopu wydawało się realne do zrealizowania, jednak katastrofa promu Challenger wstrzymała program lotów kosmicznych, uziemiając całą flotę wahadłowców, a tym samym program kosmicznego teleskopu został odroczony na wiele lat. Wszystkie części Hubble'a musiały być przetrzymywane w specjalnych pomieszczeniach do momentu ustalenia ponownego startu, systematycznie podnosząc całkowity koszt programu.
Ostatecznie, po wznowieniu lotów wahadłowców w 1988 roku, wystrzelenie teleskopu zostało zaplanowane na rok 1990. W ramach przygotowań, cały kurz, który osadził się na głównym lustrze został usunięty za pomocą dysz z azotem. W celu sprawdzenia pełnej funkcjonalności systemów, wszystkie zostały poddane skrupulatnym testom. Wreszcie, 23 kwietnia 1990 roku, misja STS-31 promu Discovery zakończyła się sukcesem i teleskop został umieszczony na orbicie.
Początkowo program miał kosztować 400 mln dolarów, ostatecznie skonstruowanie teleskopu pochłonęło 2,5 mld dolarów. Całkowity koszt jest wielokrotnie wyższy, wydatek USA przewidziany jest na około 4,5 do 6 mld dolarów, europejski na 593 miliony euro (dane na rok 1999). [3]
[edytuj] Problemy i naprawy
Począwszy od pomysłu w 1946, aż do momentu wystrzelenia, projekt budowy teleskopu kosmicznego był trapiony przez opóźnienia i problemy finansowe.
Natychmiast po jego umieszczeniu na orbicie, odkryto, że główne zwierciadło na skutek błędnego działania aparatury pomiarowej na ziemi miało niewłaściwy profil, przez co zdolność rozdzielcza całego teleskopu znacznie odbiegała od oczekiwanej. W 1993 wysłano pierwszą misję serwisową, która m.in. zainstalowała moduł COSTAR korygujący obraz i niwelujący skutki wadliwego zwierciadła. Od tego czasu teleskop stał się istotnym narzędziem obserwacyjnym dla astronomii. HST jest efektem współpracy NASA i Europejskiej Agencji Kosmicznej, wspólnie z teleskopami Comptona, Chandra oraz Spitzera [4] jest częścią programu Great Observatories.
Hubble jest jedynym teleskopem, który może być serwisowany przez astronautów. Na chwilę obecną odbyły się cztery misje serwisowe, z piątą, ostatnią planowaną na sierpień 2008. Pierwsza misja serwisowa odbyła się w grudniu 1993, aby zainstalować moduł COSTAR i wymienić główną kamerę WF/PC zastępując ją WFPC2. Druga misja serwisowa w lutym 1997 roku zainstalowała dwa nowe przyrządy. Trzecia misja serwisowa została podzielona na dwa zadania: w grudniu 1999 w celu wykonania pilnych napraw, następnie w marcu 2002 aby zainstalować Advanced Camera for Surveys.
Od tego momentu HST stracił możliwość korzystania z dwóch głównych instrumentów badawczych, działając przy tym z ograniczonym polem widzenia spowodowanym nasilającymi się problemami z żyroskopami. Na pokładzie teleskopu jest zainstalowanych sześć żyroskopów i trzy z nich są normalnie używane do obserwacji. Jakkolwiek po dalszych usterkach i w związku z zbliżającymi się terminami konserwacji, w sierpniu 2005 została podjęta decyzja o wyłączeniu jednego z funkcjonujących żyroskopów i obsługiwaniu Hubble przy pomocy dwóch z nich i Czujników Systemu Orientacji. Ten tryb zachowuje doskonałą jakość zdjęć teleskopu i zapewnia konieczne odciążenie. Instalacja sześciu nowych żyroskopów jest włączona do listy zadań piątej misji serwisowej.
Posłuszeństwa odmówił Space Telescope Imaging Spectrograph, który przestał działać w sierpniu 2004 oraz Advanced Camera for Surveys, która zaprzestała pracy w styczniu 2007 (działanie zostało później przywrócone w trybie dalekiego ultrafioletu). Obecnie (2007) Hubble prowadzi obserwacje za pomocą Wide Field and Planetary Camera 2 oraz Near Infrared Camera and Multi-Object Spectrometer. Bez zwiększenia średnicy jego orbity, stawiany opór spowoduje ponowne wejście w atmosferę ziemską po roku 2010.
Po katastrofie promu Columbia piąta misja serwisowa, planowana na 2004, została ze względów bezpieczeństwa zawieszona. NASA określiła załogową misję za zbyt niebezpieczną, w związku z brakiem dostępu do Międzynarodowej Stacji Kosmicznej, która może posłużyć za bezpieczne schronienie dla załogi promu kosmicznego. Prom nie jest w stanie podróżować między orbitami HST i ISS. Dopiero 31 października 2006 administrator NASA Mike Griffin dał zielone światło promowi Atlantis do wykonania ostatecznej misji serwisowej (planowanej obecnie na wrzesień 2008). [5] [6] Jako środek ostrożności NASA będzie posiadała prom Discovery ulokowany w Kompleksie startowym 39 na wypadek zaistnienia sytuacji krytycznej.
Planowane naprawy pozwolą działać teleskopowi do 2013, kiedy jego następca Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba zostanie wyniesiony na orbitę. Będzie on bardziej zaawansowany od swojego poprzednika, jednak obserwacje będą się odbywały tylko w podczerwieni, tak więc nie zastąpi on zdolności Hubble do obserwacji w widmie widzialnym i ultrafiolecie.
[edytuj] Wyniki naukowe
[edytuj] Ważne odkrycia
Teleskop Hubble'a pomógł w rozwikłaniu długowiecznych problemów astronomicznych, dostarczył również wiele danych, których wyjaśnienie wymaga nowych teorii. Spośród nich głównymi celami misji był dokładniejszy pomiar odległości do Cefeid, w wyniku czego stała Hubble'a, która określa tempo rozszerzania się wszechświata proporcjonalnie do jego wieku, mogła być precyzyjniej oszacowana. Przed wystrzeleniem teleskopu błąd tego oszacowania wynosił ponad 50%, wraz z wykonaniem pomiarów odległości do cefeid w Gromadzie galaktyk w Pannie i innych dalekich gromad zmniejszył się do 10%.
Oprócz pomocy w dokładniejszym oszacowaniu wieku wszechświata Hubble wprowadził wiele wątpliwości odnośnie jego przyszłości. Astronomowie z High-z Supernova Search Team i Supernova Cosmology Project użyli teleskopu do obserwacji odległej supernowej i odkryli, iż rozszerzanie się wszechświata, do tej pory uważane za proces spowalniający pod wpływem sił grawitacji, może być w rzeczywistości zjawiskiem przyśpieszającym. Owe przyśpieszanie zostało później dokładniej zmierzone przez inne naziemne oraz kosmiczne teleskopy, które potwierdziły odkrycie Hubble'a, jakkolwiek przyczyna tego zjawiska pozostaje nadal nieznana.
Wysokiej jakości zdjęcia dostarczone przez teleskop były doskonałe do udowodnienia powszechnego występowania czarnych dziur w centrach sąsiednich galaktyk. Podczas gdy we wczesnych latach 60. XX wieku istnienie tych obiektów w centrach niektórych galaktyk było hipotezą, wraz z wytypowaniem w latach 80. XX wieku potencjalnych kandydatów i obserwacjami przy pomocy teleskopu stwierdzono, że czarne dziury są najprawdopodobniej częstym obiektem centr wszystkich galaktyk. Programy badawcze Hubble'a dowiodły później, że masy czarnych dziur w centrach galaktyk są silnie skorelowane z rozmiarami tych ostatnich.
Zderzenie komety Shoemaker-Levy 9 z Jowiszem w 1994 roku miało miejsce zaledwie kilka miesięcy po tym jak Pierwsza Misja Serwisowa przywróciła pełną zdolność optyczną teleskopu. Wykonane zdjęcia planety były ostrzejsze niż jakiekolwiek inne zrobione po minięciu jej w 1979 roku przez sondę Voyager 2, będąc przełomowymi w badaniu dynamiki kolizji komety z Jowiszem, zdarzeniu przypadającemu raz na kilka stuleci. Hubble został również użyty do badań nad obiektami znajdującymi się na obrzeżach Układu Słonecznego, włączając w to planety karłowate - Pluton oraz Eris.
Innymi głównymi odkryciami dokonanymi na podstawie informacji pochodzących z teleskopu są: dyski protoplanetarne w Wielkiej Mgławicy w Orionie; dowód na istnienie planet pozasłonecznych krążących naokoło gwiazd przypominających Słońce; oraz optyczne odpowiedniki tajemniczych rozbłysków gamma.
Hubble'owi zawdzięczamy jednak przede wszystkim fotografie Głębokiego Pola Hubble'a oraz Ultragłębokiego Pola Hubble'a - niewielkich obszarów nieba, które są najdalej sięgającymi astronomiczne zdjęciami jakie kiedykolwiek wykonano w świetle widzialnym. Widnieją na nich galaktyki odległe o miliardy lat świetlnych, których analiza przyczyniła się do powstania wielu prac naukowych, rzucających nowe spojrzenie na początki wszechświata.
Przypisy
- ↑ Spitzer, Lyman S (1979), "History of the Space Telescope", Quarterly Journal of the Royal Astronomical Society, v. 20, p. 29
- ↑ Dunar A.J., Waring S.P. (1999), Power To Explore—History of Marshall Space Flight Center 1960–1990, U.S. Government Printing Office, ISBN 0-16-058992-4 (Rozdział 12, Teleskop Kosmiczny Hubble'a)
- ↑ Europejska strona projektu Kosmicznego Teleskopu Hubble'a - (FAQ) najczęściej zadawane pytania
- ↑ NASA Great Observatories
- ↑ NASA daje zielone światło dla misji ratunkowej Hubble
- ↑ Manifest NASA
[edytuj] Linki zewnętrzne
COS-B (1975) · GEOS 1 i 2 (1977, 1978) · Meteosat (1977–1997) · IUE (1978) · EXOSAT (1983) · Giotto (1985) · Olympus (1989) · Hipparcos (1989) · HST (1990) · Ulysses (1990) · ERS 1 i 2 (1991, 1995) · EURECA (1992) · ISO (1995) · SOHO (1995) · Huygens (1997) · XMM-Newton (1999) · Cluster (2000) · Artemis (2001) · Proba (2001) · Envisat (2002) · MSG 1 i 2 (2002, 2005) · Integral (2002) · Mars Express (2003) · SMART-1 (2003) · Double Star (2003) · Rosetta (2004) · SSETI Express (2005) · CryoSat (2005) · Venus Express (2005) · Galileo (2005–2008) · MetOp-A (2006) · COROT (2006) · GOCE (2007) · Herschel (2007) · Planck (2007) · ADM-Aeolus (2007) · SMOS (2007) · HYLAS (2008) · LISA Pathfinder (2009) · SWARM (2009) · CryoSat-2 (2009) · Don Quijote (2011) · Gaia (2011) · BepiColombo (2012) · JWST (2013) · LISA (2013) · ExoMars (2014) · Darwin (2015) · Solar Orbiter (2015) · Mars Sample Return (ok. 2016)
