Kosmiczny Teleskop Hubble’a

Hubble Space Telescope
Ilustracja
Kosmiczny Teleskop Hubble’a widziany z wahadłowca Atlantis podczas misji STS-125, piątej i ostatniej misji serwisowej teleskopu
Inne nazwy

S20580, HST

Indeks COSPAR

1990-037B

Indeks NORAD

20580

Zaangażowani

NASA, ESA, STScI

Rakieta nośna

Discovery (STS-31)

Miejsce startu

Centrum Kosmiczne Johna F. Kennedy’ego, Stany Zjednoczone

Orbita (docelowa, początkowa)
Perygeum

612 km

Apogeum

620 km

Okres obiegu

96,84 min

Nachylenie

28,46°

Mimośród

0.000283

Czas trwania
Początek misji

24 kwietnia 1990 12:33:52 UTC

Powrót do atmosfery

2030–2040

Wymiary
Kształt

cylindryczny

Wymiary

śr. 4,2 m × dł. 13,2 m

Masa całkowita

10863 kg

Teleskop Hubble’a widziany z pokładu promu kosmicznego Atlantis po ostatniej misji serwisowej STS-125, w 2009 roku.
Teleskop Hubble’a widziany z pokładu promu kosmicznego Discovery. Zdjęcie wykonano podczas drugiej misji serwisowej STS-82, w 1997.
Budowa teleskopu Hubble’a

Kosmiczny Teleskop Hubble’a, HST (od ang. Hubble Space Telescope), teleskop Hubble’a – teleskop kosmiczny poruszający się po niskiej orbicie okołoziemskiej, nazwany na cześć amerykańskiego astronoma Edwina Hubble’a. 24 kwietnia 1990 roku został wyniesiony na orbitę przez prom kosmiczny Discovery[1] podczas misji STS-31. Od stycznia 2021 r. teleskop zaczyna napotykać problemy i wszedł w stan awaryjny.

Od momentu wystrzelenia w 1990 roku teleskop stał się jednym z najważniejszych przyrządów w historii astronomii. HST jest efektem współpracy NASA i ESA. Wspólnie z teleskopami Comptona, Chandra oraz Spitzera jest częścią programu Great Observatories[2].

Idea teleskopów kosmicznych powstała w roku 1923. Hubble został sfinansowany w latach siedemdziesiątych XX wieku, jednak ze względu na problemy techniczne i budżetowe oraz katastrofę promu Challenger realizacja projektu była systematycznie odkładana. Po wyniesieniu na orbitę naukowcy odkryli, że główne zwierciadło na skutek błędnego działania aparatury pomiarowej na Ziemi miało nieprawidłowy profil, przez co zdolność rozdzielcza całego teleskopu znacznie odbiegała od oczekiwanej. W 1993 roku wysłano pierwszą misję serwisową, która przywróciła parametry teleskopu do pierwotnie zakładanej jakości. Umiejscowienie poza ziemską atmosferą daje mu znaczącą przewagę nad teleskopami naziemnymi – zdjęcia nie są rozmazane oraz podatne na skutki zanieczyszczenia świetlnego. Ekstremalnie Głębokie Pole Hubble’a jest najdalej sięgającym astronomicznie zdjęciem, jakie kiedykolwiek wykonano w świetle widzialnym. Wiele obserwacji Hubble’a okazało się przełomowych, pomagając astronomom w lepszym zrozumieniu wielu fundamentalnych problemów astrofizyki.

Hubble to jedyny teleskop serwisowany przez astronautów w przestrzeni kosmicznej. Dotychczas odbyło się pięć misji serwisowych. Pierwsza misja serwisowa miała miejsce w grudniu 1993 roku. Misje 2, 3A oraz 3B wykonały niezbędne naprawy podzespołów oraz dokonały wymiany niektórych instrumentów obserwacyjnych na nowocześniejsze. Po katastrofie promu Columbia w 2003 roku piąta misja serwisowa została ze względów bezpieczeństwa zawieszona. Dopiero 31 października 2006 roku administrator NASA Mike Griffin wyraził na nią zgodę (planowana wówczas na 8 października 2008 roku)[3][4]. Opóźnienia w realizacji planu startów wahadłowców oraz awaria samego teleskopu spowodowały kolejne przesunięcie terminu misji na 12 maja 2009 roku (misja STS-125).

Prom Endeavour, ulokowany w kompleksie startowym 39, pełnił funkcję środka ostrożności mogącego wystartować z misją ratowniczą STS-400 w sytuacji zagrożenia pracy misji remontowania teleskopu.

Naprawy mają pozwolić teleskopowi działać do lat 2030–2040[5], 16 lipca 2021 NASA poinformowało, że teleskop został naprawiony po awarii. Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba często opisywany jako następca HST, został wyniesiony na orbitę 25 grudnia 2021. Jest to jednak przede wszystkim teleskop podczerwony, prawdziwym następcą Hubble’a może być dopiero proponowany teleskop ATLAST.

Koncepcja, projektowanie i cele

Propozycje i prekursorzy

W 1923 roku niemiecki naukowiec Hermann Oberth, który obok Roberta Goddarda i Konstantego Ciołkowskiego uważany jest za ojca współczesnej techniki rakietowej, wydał rozprawę doktorską Die Rakete zu den Planetenräumen („Rakietą w przestrzeń międzyplanetarną”), w której zawarł pomysł sposobu wyniesienia teleskopu na orbitę przy pomocy rakiety[6].

Historia Kosmicznego Teleskopu Hubble’a ma swój początek w 1946 roku, kiedy astronom Lyman Spitzer napisał referat zatytułowany Zalety pozaziemskiego obserwatorium astronomicznego[7]. Autor rozważał w nim praktyczną wyższość obserwatoriów pozaziemskich nad umieszczonymi na powierzchni planety. Rozdzielczość kątowa (najmniejsza odległość między dwoma obiektami umieszczonymi blisko siebie, przy której są one rozróżnialne) miała być ograniczona jedynie przez dyfrakcję i wolna od efektów turbulencji w atmosferze powodujących migotanie gwiazd. (Wówczas teleskopy naziemne miały rozdzielczość 0,5-1,0 sekundy kątowej, przy czym teoretycznie teleskop ze zwierciadłem o średnicy 2,5 m powinien osiągać rozdzielczość rzędu 0,05 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[8].

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[9]. 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 misji. Kolejny satelita, oznaczony jako OAO-2, prowadził obserwacje gwiazd i galaktyk w ultrafiolecie w latach 1968–1972, pomimo iż początkowo czas pracy był szacowany na rok[10].

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[11].

Poszukiwanie funduszy

Sukces programu OAO doprowadził do zgody w środowisku astronomów, które uznało, 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 przewyższających koszty teleskopu naziemnego. Kongres Stanów Zjednoczonych zakwestionował wiele punktów proponowanego budżetu i wymusił cięcia kosztów 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[12].

W tej sytuacji wielu astronomów spotkało się osobiście z kongresmenami i senatorami; zostały również zorganizowane kampanie pisania listów na wielką skalę. Narodowa Akademia Nauk opublikowała raport podkreślający potrzebę kosmicznego teleskopu. Ostatecznie senat zgodził się na połowę budżetu początkowo zaakceptowanego przez Kongres[13].

Redukcja środków pieniężnych doprowadziła do zmniejszenia skali projektu. Ze względu na cięcia budżetowe, jak i chęć otrzymania efektywniejszej konfiguracji oprzyrządowania teleskopu, średnica zwierciadła została zmniejszona z zakładanych 3 metrów do 2,4. Planowane wystrzelenie prototypu z 1,5-metrowym zwierciadłem do przetestowania systemów użytych w głównym projekcie zostało zaniechane, kwestie finansowe 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[14]. Kongres ostatecznie wyasygnował 36 mln dolarów na rok 1978. Rozpoczęło się projektowanie LST, ustalono datę wystrzelenia na rok 1983[13]. Na początku lat 80. teleskop został nazwany[15] nazwiskiem Edwina Hubble’a, który dokonał jednego z największych odkryć XX wieku, polegającego na stwierdzeniu, że Wszechświat się rozszerza[16].

Konstruowanie

Polerowanie głównego zwierciadła teleskopu w firmie Perkin-Elmer, w mieście Danbury w maju 1979 roku. Na zdjęciu widoczny jest inżynier Martin Yellin.

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[17]. Centrum Marshalla zleciło firmie optycznej Perkin-Elmer zaprojektowanie i wyprodukowanie Optical Telescope Assembly (OTA) oraz Fine Guidance Sensors. Lockheed został upoważniony do skonstruowania statku kosmicznego, w którym będzie ulokowany teleskop[18].

Optical Telescope Assembly (OTA)

Najważniejszym elementem teleskopu było zaprojektowane do wymagających warunków zwierciadło wraz z systemami optycznymi. Teleskopy optyczne mają zazwyczaj zwierciadła wypolerowane z dokładnością do dziesiątej części długości fali świetlnej, lecz ze względu na szerokie spektrum wykonywanych obserwacji (od ultrafioletu aż po podczerwień) zwierciadło Hubble’a musiało być wykonane z dokładnością do 10 nanometrów (około 1/65 długości światła czerwonego)[19].

Perkin-Elmer korzystała przy polerowaniu z systemów komputerowego wspomagania wytwarzania[20], jednak na wypadek problemów z najnowocześniejszą technologią NASA zażądała od PE zlecenia firmie Kodak wykonania zapasowego zwierciadła przy użyciu tradycyjnych technik polerowania[21] (Zespół złożony z firm Kodak i Itek również składał swoją ofertę pierwotnego polerowania. Wymagała ona zaangażowania dwóch firm w celu podwójnego sprawdzenia finalnego produktu, co z dużym prawdopodobieństwem przyczyniłoby się do znalezienia wady, która spowodowała późniejsze problemy teleskopu[22]). Obecnie zwierciadło wykonane przez firmę Kodak jest stałą ekspozycją w Instytucie Smithsona[23]. Zwierciadło firmy Itek jest używane w 2,4-metrowej średnicy teleskopie Magdalena Ridge Observatory[24].

Prace nad zwierciadłem rozpoczęły się w 1979 roku, kiedy Perkin-Elmer otrzymała od firmy Corning półfabrykat ze szkła. Aby zredukować jego masę do minimum, wierzchnia i spodnia warstwa o grubości 1 cala każda, przykryły kratownicę o strukturze plastra miodu. W celu redukcji nakładów finansowych NASA zaniechała prac nad zapasowym zwierciadłem i ustaliła datę wystrzelenia na październik 1984[25]. Pokrycie wierzchniej warstwy 65 nm grubości refleksyjną powłoką aluminiową i 25 nm warstwą ochronną fluorku magnezu zakończyło w 1981 roku prace nad zwierciadłem[26].

Wraz z rosnącymi opóźnieniami w terminarzu prac nad pozostałymi częściami OTA oraz stale powiększającym się budżetem zaczęły narastać wątpliwości co do kompetencji Perkin-Elemer. W odpowiedzi na terminarz określony jako „chwiejny i codziennie zmienny” NASA przełożyła datę startu na kwiecień 1985. Opóźnienia firmy rosły w tempie jednego miesiąca na kwartał, a na każdy dzień pracy przypadał jeden przerwy. Z tego też względu NASA została zmuszona do przesunięcia startu kolejno na marzec i wrzesień 1986 roku. Do tego momentu całkowity budżet projektu wzrósł do 1,175 mld dolarów[27].

Systemy pokładowe

Konstrukcja teleskopu Hubble’a

Kolejnym, równie wymagającym elementem teleskopu był statek kosmiczny, w którym zamontowane miały być instrumenty pokładowe. Konstrukcja miała wytrzymywać częste przejścia z bezpośredniego działania promieni słonecznych w cień Ziemi (generujące duże zmiany temperatury), a przy tym pozostawać wystarczająco stabilna do wykonywania precyzyjnych pomiarów. Powłoka zintegrowanej izolacji wielowarstwowej utrzymuje stałą wewnętrzną temperaturę i otacza lekki aluminiowy kadłub teleskopu. W jego wnętrzu szkielet wykonany z tworzywa sztucznego wzmacnianego włóknem węglowym sztywno utrzymuje pracujące części teleskopu[28].

System śledzenia i transmisji danych

Do komunikacji z HST służą specjalne satelity umieszczone na orbicie geostacjonarnej. Są to satelity śledzenia i transmisji danych (Tracking and Data Relay Satellite System, TDRSS). Sterowanie położeniem teleskopu możliwe jest wtedy, gdy co najmniej jeden z tych satelitów znajduje się w zasięgu anten kierunkowych teleskopu. HST wykonuje ustalony program zadań i rejestruje wyniki, które są przesyłane na Ziemię w czasie, gdy w zasięgu systemu komunikacyjnego teleskopu znajduje się chociaż jeden satelita TDRSS. System wykorzystuje do komunikacji z HST trzy satelity, pozostałe są traktowane jako rezerwowe.

Schemat działania systemu TDRSS

  1. Do HST dociera światło z kosmosu
  2. Teleskop rejestruje światło bez zakłóceń, których źródłem byłaby atmosfera ziemska
  3. Satelity TDRSS odbierają dane wysłane przez HST dwukrotnie w ciągu 24 godzin
  4. Stacja w White Sands odbiera dane wysłane przez satelity TDRSS
  5. Centrum Kontroli Kosmicznego Teleskopu odbiera dane z White Sands za pomocą linii naziemnych oraz satelitów telekomunikacyjnych
  6. Instytut Naukowy Teleskopu Kosmicznego opracowuje dane z HST

Katastrofa promu Challenger

Na początku 1986 roku planowane na październik wystrzelenie teleskopu wydawało się realne, jednak katastrofa promu Challenger wstrzymała program lotów kosmicznych, tym samym program kosmicznego teleskopu został odroczony na wiele lat. Wszystkie części Hubble’a musiały być przetrzymywane w specjalnych pomieszczeniach, 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 zwierciadle, został usunięty za pomocą dysz z azotem. W celu sprawdzenia pełnej funkcjonalności systemów wszystkie zostały poddane skrupulatnym testom. Wreszcie 24 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 samego teleskopu pochłonęło 2,5 mld dolarów. Całkowity koszt okazał się wielokrotnie wyższy. Wydatki USA oszacowano na około 4,5 do 6 mld dolarów, europejskie – na 593 miliony euro (dane na rok 1999)[29].

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[30] jest częścią programu Great Observatories.

Kosmiczny Teleskop Hubble’a jest jedynym teleskopem, który może być serwisowany przez astronautów. Na chwilę obecną odbyło się pięć misji serwisowych (STS-61, STS-82, STS-103, STS-109, STS-125). 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 ze 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). W 2012 roku Hubble prowadził obserwacje za pomocą Wide Field Camera 3.

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 mogłaby posłużyć za bezpieczne schronienie dla załogi promu kosmicznego wysłanego na orbitę teleskopu. Z racji różnej inklinacji orbit 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 (start planowany na październik 2008 został odroczony na początek 2009)[3][4]. Jako środek ostrożności NASA posiadała prom Endeavour ulokowany w Kompleksie startowym 39 na wypadek zaistnienia sytuacji krytycznej. Misja remontu i rozbudowy teleskopu odbyła się w maju 2009.

W nocy z 5 na 6 października 2018 roku doszło do awarii jednego z trzech żyroskopów wykorzystywanych do kierowania teleskopu na obiekty astronomiczne, w związku z czym HST znalazł się w trybie awaryjnym i wstrzymano wszelkie obserwacje[31]. 18 października 2018 problemy z żyroskopami udało się rozwiązać i przywrócono teleskop do pracy. Później, w styczniu 2019, pojawiły się problemy z telemetrią teleskopu; usunięto je po kilku dniach i przywrócono HST do pracy.

Pierwsze światło

20 maja 1990 roku rozpoczęła się nowa era w dziejach astronomii. Teleskop zarejestrował „pierwsze światło” – był to wielki dzień dla pracujących przy HST inżynierów i astronomów. Jako pierwszy obiekt wybrano gromadę otwartą NGC 3532, a jako detektor – szerokokątną kamerę WF/PC. Pod względem naukowym obraz nie był porażający, ale sam fakt, że teleskop działał, czynił go niezwykłym. Patrzący na ekrany monitorów byli uradowani, tymczasem wśród ludzi, którzy pracowali, aby przedstawić ten obraz, zapanował niepokój. Stwierdzono, że zwierciadło ma niewłaściwy kształt. Okazało się, że problem polega na aberracji sferycznej, wprowadzonej przez zwierciadło główne. Rozważano możliwość sprowadzenia teleskopu na Ziemię. O wiele lepiej przedstawiała się opcja naprawy na orbicie. Ostatecznie wybrano ten drugi wariant[32].

Wyniki naukowe

Emisyjna Mgławica Orzeł – jedno z najsłynniejszych zdjęć teleskopu Hubble’a.

Do końca 2011 roku na podstawie danych z Hubble’a napisano ponad 10 000 prac naukowych[33]. 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%[34].

Oprócz pomocy w dokładniejszym oszacowaniu wieku Wszechświata Hubble wprowadził wiele wątpliwości odnośnie do jego przyszłości. Astronomowie z High-z Supernova Search Team i Supernova Cosmology Project[35] 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. Owo przyśpieszanie zostało później dokładniej zmierzone przez inne naziemne oraz kosmiczne teleskopy, które potwierdziły odkrycie Hubble’a, jakkolwiek przyczyna tego zjawiska pozostaje nadal nieznana (zobacz też: ciemna energia).

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[36][37]. 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 i stanowiły przełom w badaniach dynamiki kolizji komety z Jowiszem – zdarzenia przypadającego raz na kilka stuleci. Hubble został również użyty do badań nad obiektami znajdującymi się na obrzeżach Układu Słonecznego, włączając w to planety karłowate – Pluton[38] oraz Eris[39].

Innymi głównymi odkryciami dokonanymi na podstawie informacji pochodzących z teleskopu są: dyski protoplanetarne w Wielkiej Mgławicy w Orionie[40]; dowód na istnienie planet pozasłonecznych krążących naokoło gwiazd przypominających Słońce[41]; optyczne odpowiedniki tajemniczych rozbłysków gamma[42].

W 2001 roku dzięki teleskopowi udało się po raz pierwszy wykryć atmosferę na planecie nienależącej do Układu Słonecznego. Również po raz pierwszy udało się poznać skład chemiczny takiej planety. Planeta HD 209458 b okrąża gwiazdę podobną do Słońca, odległą od Ziemi o 150 lat świetlnych, sama zaś jest gazowym olbrzymem podobnym do Jowisza. W skład atmosfery wchodzi tlen, węgiel i sód, a panująca tam temperatura jest wyższa niż na powierzchni Słońca[43].

Hubble’owi zawdzięczamy również fotografie niewielkich obszarów nieba, które są najdalej sięgającymi astronomicznie 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. Fotografie:

Hubble Legacy Field
Autor: NASA, ESA, G. Illingworth (University of California, Santa Cruz), G. Bacon (STScI)
video, czas trwania 00:50; publikacja: 2 maja 2019

Chronologia

  • 1946: astrofizyk Lyman Spitzer przedstawił pomysł umieszczenia teleskopu na orbicie okołoziemskiej
  • 1969: Narodowa Akademia Nauk (National Academy of Sciences) przedłożyła ideę projektu NASA
  • 1971: w NASA powstał zespół naukowy (Large Space Telescope Science Steering Group) z zadaniem sporządzenia studium wykonalności zadania
  • 1975: do projektu włączyła się Europejska Agencja Kosmiczna (ESA); nastąpiła zmiana specyfikacji technicznej; średnica zwierciadła została zmniejszona z 3 do 2,4 m
  • 1977: Kongres Stanów Zjednoczonych podjął decyzję o finansowaniu programu
  • 1981: zakończono prace nad zwierciadłem teleskopu (które później okazało się wadliwe); powołano Instytut Naukowy Teleskopu Kosmicznego (STSI) do zarządzania projektem
  • 1983: teleskop oficjalnie otrzymał nazwę nadaną mu na cześć Edwina Hubble’a
  • 1984: zakończono montaż systemów optycznych
  • 1985: zakończono montaż statku kosmicznego (Kosmicznego Teleskopu Hubble’a)
  • 1986: zaplanowany na jesień start został odwołany na skutek katastrofy promu Challenger
  • 1990: 24 kwietnia teleskop został wyniesiony na orbitę przez prom Discovery (STS-31); 20 maja pierwszy obraz; w czerwcu naukowcy ustalili, że nieostre obrazy, które otrzymywali z teleskopu, to skutek wady zwierciadła
  • 1993: w grudniu misja serwisowa nr 1 (STS-61) zamontowała w teleskopie optyczny moduł korekcyjny
  • 1994: teleskop obserwował uderzenia fragmentów komety Shoemaker-Levy 9 w Jowisza
  • 1997: w lutym druga misja serwisowa (STS-82) wymieniła niektóre części teleskopu
  • 1998: dzięki teleskopowi stwierdzono, że ekspansja Wszechświata przyspiesza
  • 1999: w grudniu misja serwisowa 3A (STS-103) dokonała wymiany wszystkich żyroskopów
  • 2002: w marcu kolejna misja serwisowa 3B (STS-109) wymieniła panele słoneczne (trzecia wymiana paneli) i zainstalowała Zaawansowaną Kamerę Przeglądową (ACS)
  • 2004: katastrofa Columbii (2003) oznaczała, że prawdopodobieństwo przeprowadzenia kolejnych misji serwisowych stało się niewielkie
  • 2005: administrator NASA, Michael Griffin, podjął starania, by wznowić serwisowanie teleskopu
  • 2006: zapadła decyzja o przeprowadzeniu kolejnej misji serwisowej
  • 2009: w maju zrealizowano kolejną misję serwisową, nr 4 (STS-125); astronauci zainstalowali Kamerę Szerokokątną 3 (WFC3) I Spektrograf Początków Wszechświata (COS) oraz dokonali napraw Zaawansowanej Kamery Przeglądowej i Spektrometru Obrazującego Teleskopu Kosmicznego (STIS); usunęli i zabrali na Ziemię zbędny moduł korekcyjny zamontowany w 1993 roku; wszystkie te prace miały przedłużyć funkcjonowanie teleskopu co najmniej do 2013 roku
  • 2018: jeden z trzech żyroskopów HST uległ awarii, przez co teleskop został wprowadzony w tryb awaryjny (do czasu ustalenia przyczyny problemów obserwacje nie były możliwe)
  • 2021: awaria jednego z komputerów pokładowych spowodowała około miesięczną przerwę w pracy teleskopu[45]

Zobacz też

  • Hubble 5

Przypisy

  1. ↑ Teleskop Kosmiczny Hubble’a, [w:] Encyklopedia PWN [online] [dostęp 2021-07-29].
  2. ↑ NASA Great Observatories. NASA. [dostęp 2008-04-26].
  3. ↑ a b NASA daje zielone światło dla misji ratunkowej Hubble.
  4. ↑ a b Manifest NASA.
  5. ↑ Four years after final service call, Hubble Space Telescope going strong (ang.). CBS News. [dostęp 2013-07-10].
  6. ↑ H. Oberth: Die Rakete zu den Planetenräumen. R. Oldenbourg-Verlay, 1923.
  7. ↑ Spitzer, L., Report to Project Rand: Astronomical Advantages of an Extra-Terrestrial Observatory, reprinted in NASA SP-2001-4407: Exploring the Unknown, Chapter 3, Document III-1, p. 546.
  8. ↑ Lyman Spitzer Jr.. Caltech. [dostęp 2008-04-26]. [zarchiwizowane z tego adresu (2020-10-09)].
  9. ↑ Baum, W.A. and Johnson, F.S. and Oberly, J.J. and Rockwood, C.C. and Strain, C.V. and Tousey, R. Solar Ultraviolet Spectrum to 88 Kilometers. „Phys. Rev”, s. 781–782, Nov 1946. American Physical Society. DOI: 10.1103/PhysRev.70.781. 
  10. ↑ Orbiting Astronomical Observatory, NASA [dostęp 2008-04-26] [zarchiwizowane z adresu 2008-09-16] (ang.).
  11. ↑ Spitzer, Lyman S (1979), „History of the Space Telescope”, Quarterly Journal of the Royal Astronomical Society, v. 20, p. 29.
  12. ↑ Spitzer, History of the Space Telescope, pp. 33–34.
  13. ↑ a b Spitzer, History of the Space Telescope, p. 34.
  14. ↑ „Memorandum of Understanding Between The European Space Agency and The United States National Aeronautics and Space Administration”, reprinted in NASA SP-2001-4407: Exploring the Unknown, Chapter 3, Document III-29, p. 671.
  15. ↑ A Chronology of the Hubble Space Telescope. NASA. [dostęp 2008-04-26].
  16. ↑ publikacja w otwartym dostępie – możesz ją przeczytać John J. O'Connor; Edmund F. Robertson: Edwin Hubble w MacTutor History of Mathematics archive (ang.)
  17. ↑ Dunar, pp. 487–488.
  18. ↑ 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).
  19. ↑ Hubble: The Case of the Single-Point Failure. Science Magazine, 1990-08-17. [dostęp 2008-04-26].
  20. ↑ Dunar, p. 489.
  21. ↑ Allen report, page 3–4.
  22. ↑ Associated Press: Losing Bid Offered 2 Tests on Hubble. 1990-07-28. [dostęp 2008-04-26].
  23. ↑ Hubble Space Telescope Stand-in Gets Starring Role. NASA, 2001-09-21. [dostęp 2008-04-26].
  24. ↑ 2.4m Observatory Technical Note (ang.). New Mexico Institute of Mining and Technology, 2008-01-01. [dostęp 2008-04-26]. [zarchiwizowane z tego adresu (2011-11-29)].
  25. ↑ Dunar, p. 496.
  26. ↑ Robberto, M. and Sivaramakrishnan, A. and Bacinski, J.J. and Calzetti, D. and Krist, J.E. and MacKenty, J.W. and Piquero, J. and Stiavelli, M. The Performance of HST as an Infrared Telescope. „Proc. SPIE”, s. 386–393, 2000. DOI: 10.1117/12.394037. 
  27. ↑ Dunar, p. 504.
  28. ↑ Hubble Space Telescope Systems. Goddard Space Flight Center. [dostęp 2012-08-15].
  29. ↑ Europejska strona projektu Kosmicznego Teleskopu Hubble’a – (FAQ) najczęściej zadawane pytania.
  30. ↑ NASA Great Observatories.
  31. ↑ Wstrzymano obserwacje – Kosmiczny Teleskop Hubble’a.
  32. ↑ Stuart Clark: Wszechświat w obiektywie. Wydawnictwo RTW, 1997, s. 16–17. ISBN 83-86822-32-5.
  33. ↑ Najciekawsze odkrycia astronomiczne 2011, Onet.pl, 28 grudnia 2011 [zarchiwizowane z adresu 2012-05-15].
  34. ↑ W.L. Freedman, B.F. Madore, B.K. Gibson, L. Ferrarese, D.D. Kelson, S. Sakai, J.R. Mould, R.C. Kennicutt, Jr., H.C. Ford, J.A. Graham, J.P. Huchra, S.M.G. Hughes, G.D. Illingworth, L.M. Macri, P.B. Stetson. Final Results from the Hubble Space Telescope Key Project to Measure the Hubble Constant. „The Astrophysical Journal”. 1 (553), s. 47–72, 2001. DOI: 10.1086/320638. 
  35. ↑ Supernova Cosmology Project. Lawrence Berkeley Laboratory. [dostęp 2008-04-26].
  36. ↑ Hubble Confirms Existence of Massive Black Hole at Heart of Active Galaxy. Goddard Space Flight Center, NASA, 1994-05-25. [dostęp 2008-04-26].
  37. ↑ K. Gebhardt, R. Bender, G. Bower, A. Dressler, S.M. Faber, A.V. Filippenko, R. Green, C. Grillmair, L.C. Ho, J. Kormendy and others. A Relationship between Nuclear Black Hole Mass and Galaxy Velocity Dispersion. „The Astrophysical Journal”, s. L13–L16, 2000. DOI: 10.1086/312840. 
  38. ↑ APOD: March 11, 1996 – Hubble Telescope Maps Pluto. NASA. [dostęp 2008-04-26].
  39. ↑ Astronomers Measure Mass of Largest Dwarf Planet. NASA, 2007-06-14. [dostęp 2008-04-26].
  40. ↑ Hubble Confirms Abundance of Protoplanetary Disks around Newborn Stars. STScI, 1994-06-13. [dostęp 2008-04-26].
  41. ↑ Hubble Finds Extrasolar Planets Far Across Galaxy. NASA, 2006-10-04. [dostęp 2008-04-26].
  42. ↑ Autopsy of an Explosion, NASA, 26 marca 1999 [dostęp 2008-04-26] [zarchiwizowane z adresu 2008-04-15] (ang.).
  43. ↑ Steve Whitfield: Hubble. Warszawa: Prószyński Media, 2012, s. 49. ISBN 978-83-7648-999-5.
  44. ↑ NASA, Hubble Legacy Field Zoom-Out, 2 maja 2019.
  45. ↑ Lynn Jenner (red.), Operations Underway to Restore Payload Computer on NASA’s Hubble Space Telescope [dostęp 2021-07-17] [zarchiwizowane z adresu 2021-07-16] (ang.).

Linki zewnętrzne

Kosmiczny Teleskop Hubble’a
Obecne urządzenia
  • Advanced Camera for Surveys (ACS)
  • Cosmic Origins Spectrograph (COS)
  • Fine Guidance Sensor (FGS)
  • Near Infrared Camera and Multi-Object Spectrometer (NICMOS)
  • Space Telescope Imaging Spectrograph (STIS)
  • Wide Field Camera 3 (WFC3)
Poprzednie urządzenia
Misje promów kosmicznych
Najważniejsze zdjęcia i obrazy

HST-SM4.jpeg

Sondy kosmiczne i satelity z uczestnictwem ESA
Satelity Ziemi
Sondy kosmiczne

Media użyte na tej stronie

Hubble mirror polishing.jpg
Hubble Space Telescope Primary Mirror: This photograph shows the Hubble Space Telescope's (HST's) Primary Mirror being ground at the Perkin-Elmer Corporation's large optics fabrication facility. After the 8-foot diameter mirror was ground to shape and polished, the glass surface was coated with a reflective layer of aluminum and a protective layer of magnesium fluoride, 0.1- and 0.025-micrometers thick, respectively. The purpose of the HST, the most complex and sensitive optical telescope ever made, is to study the cosmos from a low-Earth orbit. By placing the telescope in space, astronomers are able to collect data that is free of the Earth's atmosphere. The Marshall Space Flight Center had responsibility for design, development, and construction of the HST and the Perkin-Elmer Corporation, in Danbury, Connecticut, developed the optical system and guidance sensors.
HST.png
Autor: Steal88, Licencja: CC BY-SA 2.5
Hubble Space Telescope Scheme
Hubble 01.jpg
The Hubble Space Telescope (HST) begins its separation from Space Shuttle Discovery following its release on mission STS-82.
HST-SM4.jpeg
The Hubble Space Telescope as seen from the departing Space Shuttle Atlantis, flying STS-125, HST Servicing Mission 4.
NASA-HubbleLegacyFieldZoomOut-20190502.webm
Hubble Astronomers Assemble Wide View of the Evolving Universe - Astronomers have put together the largest and most comprehensive "history book" of galaxies into one single image, using 16 years' worth of observations from NASA's Hubble Space Telescope.

The deep-sky mosaic, created from nearly 7,500 individual exposures, provides a wide portrait of the distant universe, containing 265,000 galaxies that stretch back through 13.3 billion years of time to just 500 million years after the big bang. The faintest and farthest galaxies are just one ten-billionth the brightness of what the human eye can see. The universe's evolutionary history is also chronicled in this one sweeping view. The portrait shows how galaxies change over time, building themselves up to become the giant galaxies seen in the nearby universe.

This ambitious endeavor, called the Hubble Legacy Field, also combines observations taken by several Hubble deep-field surveys, including the eXtreme Deep Field (XDF), the deepest view of the universe. The wavelength range stretches from ultraviolet to near-infrared light, capturing the key features of galaxy assembly over time.

"Now that we have gone wider than in previous surveys, we are harvesting many more distant galaxies in the largest such dataset ever produced by Hubble," said Garth Illingworth of the University of California, Santa Cruz, leader of the team that assembled the image. "This one image contains the full history of the growth of galaxies in the universe, from their time as 'infants' to when they grew into fully fledged 'adults.'"

No image will surpass this one until future space telescopes are launched. "We've put together this mosaic as a tool to be used by us and by other astronomers," Illingworth added. "The expectation is that this survey will lead to an even more coherent, in-depth and greater understanding of the universe's evolution in the coming years."

The image yields a huge catalog of distant galaxies. "Such exquisite high-resolution measurements of the numerous galaxies in this catalog enable a wide swath of extragalactic study," said catalog lead researcher Katherine Whitaker of the University of Connecticut, in Storrs. "Often, these kinds of surveys have yielded unanticipated discoveries which have had the greatest impact on our understanding of galaxy evolution."

Galaxies are the "markers of space," as astronomer Edwin Hubble once described them a century ago. Galaxies allow astronomers to trace the expansion of the universe, offer clues to the underlying physics of the cosmos, show when the chemical elements originated, and enable the conditions that eventually led to the appearance of our solar system and life.

This wider view contains about 30 times as many galaxies as in the previous deep fields. The new portrait, a mosaic of multiple snapshots, covers almost the width of the full Moon. The XDF, which penetrated deeper into space than this wider view, lies in this region, but it covers less than one-tenth of the full Moon's diameter. The Legacy Field also uncovers a zoo of unusual objects. Many of them are the remnants of galactic "train wrecks," a time in the early universe when small, young galaxies collided and merged with other galaxies.

Assembling all of the observations was an immense task. The image comprises the collective work of 31 Hubble programs by different teams of astronomers. Hubble has spent more time on this tiny area than on any other region of the sky, totaling more than 250 days, representing nearly three-quarters of a year.

"Our goal was to assemble all 16 years of exposures into a legacy image," explained Dan Magee, of the University of California, Santa Cruz, the team's data processing lead. "Previously, most of these exposures had not been put together in a consistent way that can be used by any researcher. Astronomers can select the data in the Legacy Field they want and work with it immediately, as opposed to having to perform a huge amount of data reduction before conducting scientific analysis."

The image, along with the individual exposures that make up the new view, is available to the worldwide astronomical community through the Mikulski Archive for Space Telescopes (MAST). MAST, an online database of astronomical data from Hubble and other NASA missions, is located at the Space Telescope Science Institute in Baltimore, Maryland.

The Hubble Space Telescope has come a long way in taking ever deeper "core samples" of the distant universe. After Hubble's launch in 1990, astronomers debated if it was worth spending a chunk of the telescope's time to go on a "fishing expedition" to take a very long exposure of a small, seemingly blank piece of sky. The resulting Hubble Deep Field image in 1995 captured several thousand unseen galaxies in one pointing. The bold effort was a landmark demonstration and a defining proof-of-concept that set the stage for future deep field images. In 2002, Hubble's Advanced Camera for Surveys went even deeper to uncover 10,000 galaxies in a single snapshot. Astronomers used exposures taken by Hubble's Wide Field Camera 3 (WFC3), installed in 2009, to assemble the eXtreme Deep Field snapshot in 2012. Unlike previous Hubble cameras, the telescope's WFC3 covers a broader wavelength range, from ultraviolet to near-infrared.

This new image mosaic is the first in a series of Hubble Legacy Field images. The team is working on a second set of images, totaling more than 5,200 Hubble exposures, in another area of the sky. In the future, astronomers hope to broaden the multiwavelength range in the legacy images to include longer-wavelength infrared data and high-energy X-ray observations from two other NASA Great Observatories, the Spitzer Space Telescope and Chandra X-ray Observatory.

The vast number of galaxies in the Legacy Field image are also prime targets for future telescopes. "This will really set the stage for NASA's planned Wide Field Infrared Survey Telescope (WFIRST)," Illingworth said. "The Legacy Field is a pathfinder for WFIRST, which will capture an image that is 100 times larger than a typical Hubble photo. In just three weeks' worth of observations by WFIRST, astronomers will be able to assemble a field that is much deeper and more than twice as large as the Hubble Legacy Field."

In addition, NASA's upcoming James Webb Space Telescope will allow astronomers to push much deeper into the legacy field to reveal how the infant galaxies actually grew. Webb's infrared coverage will go beyond the limits of Hubble and Spitzer to help astronomers identify the first galaxies in the universe.

The Hubble Space Telescope is a project of international cooperation between NASA and ESA (European Space Agency). NASA's Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland, manages the telescope. The Space Telescope Science Institute (STScI) in Baltimore, Maryland, conducts Hubble science operations. STScI is operated for NASA by the Association of Universities for Research in Astronomy in Washington, D.C.
Eagle nebula pillars.jpg
Star forming pillars in the Eagle Nebula, as seen by the Hubble Space Telescope's WFPC2. The picture is composed of 32 different images from four separate cameras in this instrument. The photograph was made with light emitted by different elements in the cloud and appears as a different colour in the composite image: green for hydrogen, red for singly-ionized sulphur and blue for double-ionized oxygen atoms. The missing part at the top right is because one of the four cameras has a magnified view of its portion, which allows astronomers to see finer detail. The images from this camera were scaled down in size to match those from the other three cameras. Further information at: Credit: NASA, Jeff Hester, and Paul Scowen (Arizona State University)
HST-2009-01a.jpg
Kosmiczny Teleskop Hubbla w chwilę po uwolnieniu z promu Atlantis po ostatniej naprawie serwisowej w maju 2009 roku.