Hubblov vesmírny ďalekohľad

z Wikipédie, slobodnej encyklopédie
Prejsť na: navigácia, hľadanie
Hubblov vesmírny ďalekohľad
HST-SM4.jpeg

Hubblov vesmírny ďalekohľad z raketoplánu Discovery počas druhej servisnej misie STS-82
Prevádzkovateľ NASA, ESA
Dátum štartu 24. apríl 1990
COSPAR 2009-026A
Webová stránka hubble.nasa.gov
Hmotnosť 11 000 kg
Elementy dráhy
Výška 600 km
Doba obehu 97 min
Teleskop
Typ reflektor optický, ultrafialový a blízky infračervený
Priemer 2,4 m
Zberná oblasť zhruba 4,3 
Ohnisková vzdialenosť 57,6 m
Prístroje
NICMOS infračervená kamera/spektrometer
ACS prehliadková kamera (čiastočne vadná)
WFC3 širokouhlá kamera
STIS spektrometer/kamera
COS ultrafialový spektrograf
FGS presný navádzací senzor
Schéma s popisom častí Hubblovho vesmírneho ďalekohľadu

Hubblov vesmírny ďalekohľad (skratka HST, z angl. Hubble Space Telescope; niekedy sa používa len skrátený názov Hubble) je ďalekohľad na obežnej dráhe okolo Zeme. Pretože je umiestnený mimo zemskej atmosféry, získava ostrejšie obrázky veľmi slabých a matných objektov než ďalekohľady na zemskom povrchu. Na obežnú dráhu bol vynesený raketoplánom Discovery pri misii STS-31 v roku 1990. Od svojho vypustenia sa stal jedným z najdôležitejších ďalekohľadov v dejinách astronómie. Je zodpovedný za mnoho priekopníckych objavov a pomohol astronómom lepšie pochopiť základné problémy astrofyziky. Pomocou ďalekohľadu sa podarilo získať niekoľko snímok, tzv. Hubblových hlbokých polí (ang. Hubble ultra deep fields), tých najvzdialenejších objektov vo vesmíre.

Od svojej prvotnej koncepcie až po vypustenie sa projekt potýkal s množstvom rozpočtových problémov a odkladov. Ihneď po vypustení sa zistilo, že hlavné zrkadlo má sférickú aberáciu. Po servisnej misii STS-61 v roku 1993 sa našťastie podarilo ďalekohľad dostať do plánovaného stavu a stal sa tak znovu nástrojom schopným prevádzky.

Hubblov vesmírny ďalekohľad je súčasťou série Veľké kozmické observatóriá, ktorú vypracovala NASA. Ďalšími observatóriami sú Comptonove gama observatórium (Compton Gamma Ray Observatory), Röntgenové observatórium Chandra (Chandra X-ray Observatory) a Spitzerov vesmírny ďalekohľad (Spitzer Space Telescope).

Budúcnosť ďalekohľadu bola dlho neistá. Gyroskopy stabilizujúce ďalekohľad potrebujú výmenu a celý teleskop potrebuje naviesť na vyššiu obežnú dráhu, pretože časom klesne natoľko, že by mohol zhorieť v atmosfére Zeme. Vedenie NASA pôvodne chcelo ďalekohľad ponechať už bez opravy svojmu osudu. Na agentúru bol však vyvíjaný tlak, aby ďalekohľad ešte zachránila. NASA svoje rozhodnutie zvážila. Po obnovení letov raketoplánov, ktoré boli pozastavené po nehode druhého z nich, 31. októbra 2006 dal riaditeľ NASA Michael Douglas Griffin zelenú poslednej servisnej misii raketoplánu k ďalekohľadu – Atlantis STS-125, ktorá odštartovala 11. mája 2009.

Hubblov nasledovník Vesmírny ďalekohľad Jamesa Webba má vzlietnuť na obežnú dráhu v roku 2013. Mal by mať oveľa lepšie vlastnosti ako Hubble. Napriek tomu ho celkom nenahradí, pretože bude pozorovať v infračervenej oblasti spektra.

Predstava, plány a ciele[upraviť | upraviť zdroj]

Návrhy a predchodcovia[upraviť | upraviť zdroj]

História Hubblovho vesmírneho ďalekohľadu sa začala písať už v roku 1946, kedy astronóm Lyman Spitzer publikoval článok nazvaný Astronomické výhody hvezdárne mimo Zeme. V ňom pojednával o dvoch hlavných výhodách, ktoré by mali vesmírne observatória oproti pozemským. Prvou bolo, že uhlové rozlíšenie (najmenšia vzdialenosť, pri ktorej môžu byť objekty jasne rozlíšiteľné) by bolo limitované iba difrakciou, na rozdiel od turbulencií v atmosfére, ktorá zapríčiňuje blikanie hviezd a je astronómom známe ako "seeing". Vtedy boli pozemské teleskopy typicky limitované rozlíšením 0,5 – 1,0 uhlových sekúnd, v porovnaní s teoretickým difrakčným obmedzením okolo 0,1 uhlovej sekundy pre teleskopy so zrkadlom 2,5 m v priemere. Druhá hlavná výhoda by bola, že vesmírny ďalekohľad by mohol pozorovať infračervené a ultrafialové žiarenie, ktoré inak silne pohlcuje atmosféra.

Spitzer zasvätil veľkú časť svojej kariéry tomu, aby bol vesmírny ďalekohľad vyvinutý. V roku 1962 správa americkej Národnej akadémie vied odporučila vývoj vesmírneho ďalekohľadu ako časť vesmírneho programu a v roku 1965, bol Spitzer vymenovaný do čela komisie, ktorá mala za úlohu definovať vedecké ciele pre veľký vesmírny ďalekohľad.

Postupne sa rozvíjajúca kozmonautika začala slúžiť astronómii v malom už po Druhej svetovej vojne, keď vedci našli použitie pre vynálezy raketovej technológie, ktorá sa dostala do popredia záujmu. V roku 1946 bolo prvýkrát získané ultrafialové spektrum Slnka z výšky 88 km pomocou prístrojov umiestnených v trupe rakety.[1] Slnečné observatórium obiehajúce okolo Zeme bolo vypustené v roku 1962 Veľkou Britániou ako časť vesmírneho programu Ariel a v roku 1966 svet zažil vypustenie prvého Obiehajúceho astronomického observatória (OAO) vesmírnou agentúrou NASA. Batéria misie OAO-1 zlyhala po troch dňoch, čím aj skončila celá misia, ale nasledujúca misia OAO-2 uskutočnovala ultrafialové pozorovania hviezd a galaxií od jej štartu v roku 1968 až do roku 1972, ďaleko za hranicou jej pôvodne plánovanej životnosti jedného roka.

Misie OAO ukázali, akú dôležitú úlohu v astronómii by mohli zohrávať pozorovania z vesmíru. V roku 1968 sa zrodili smelé plány NASA pre vývoj zrkadlového ďalekohľadu, tzv. reflektora s 3 m v priemere, známom ako Veľký obiehajúci ďalekohľad alebo Veľký vesmírny ďalekohľad. Dátum jeho štartu bol navrhnutý na rok 1979. Tieto plány zdôrazňovali potrebu servisných misií s ľudskou posádkou k teleskopu, aby bolo zaručené, že taký na financie náročný projekt, bude mať príslušne dlhú životnosť. Paralelne vyvíjané plány pre znovupoužiteľné kozmické raketoplány naznačovali, že technológia, ktorá umožní servisné lety k ďalekohľadu, bude čoskoro dostupná.[2]

Hľadanie prostriedkov[upraviť | upraviť zdroj]

Pokračujúci úspech programu OAO podporil zväčšujúci sa konsenzus medzi astronomickou komunitou, že Veľký vesmírny ďalekohľad (skratka LST – z anglického originálneho názvu Large Space Telescope) by mal byť hlavným cieľom. V roku 1970 NASA vytvorila dve komisie: Jednu pre konštrukčnú časť projektu vesmírneho teleskopu, a druhú pre stanovenie vedeckých cieľov projektu. Po ustanovení komisií, sa NASA stretla s ďalšou prekážkou: Zohnať financie pre ďalekohľad, ktorý mal byť oveľa drahší ako ktorýkoľvek teleskop na zemskom povrchu. Kongres Spojených štátov sa pýtal na mnohé aspekty navrhovaného rozpočtu pre teleskop a vynútil si škrty v rozpočte pre plánovacie fázy, ktoré sa v tom čase skladali z veľmi detailných štúdií potenciálnych nástrojov a technického vybavenia pre ďalekohľad. V roku 1974 škrty vo verejných výdavkoch podnietené prezidentom Geraldom Fordom viedli Kongres k zrušeniu celého financovania projektu vesmírneho teleskopu.[3]

Odpoveďou na tento krok bol v USA začiatok celonárodného lobbistického úsilia za ďalekohľad koordinovaného astronómami. Mnohí astronómovia sa stretli s kongresmanmi a senátormi osobne a popri tom sa organizovali kampane v písaní listov zodpovedným štátnikom. Národná akadémia vied vydala správu zdôrazňujúcu potrebu vesmírneho teleskopu až nakoniec Senát Spojených štátov súhlasil s priznaním polovice čiastky, ktorú pôvodne kongres zamietol.

Problémy s financovaním viedli k redukciám v projekte. Pôvodne navrhovaný priemer zrkadla sa znížil z 3 m na 2,4 m. Táto redukcia sa však neuskutočnila len z dôvodu ušetrenia nákladov, ale aj preto, aby sa umožnila kompaktnejšia a efektívnejšia konfigurácia pre technické vybavenie ďalekohľadu. Navrhnutý 0,5 m predchodca teleskopu, ktorý mal slúžiť na otestovanie systémov použitých na hlavnom teleskope, bol zrušený. Rozpočtové záležitosti tiež naznačili nutnosť spolupráce s Európskou vesmírnou agentúrou. ESA súhlasila s dodávkou niekoľkých prístrojov pre teleskop, medzi inými aj solárnych panelov. ESA tiež uhradila približne 15 % nákladov za to, že európskym astronómov bude garantovaný aspoň 15 % pozorovací čas na teleskope. Kongres napokon schválil financovanie 36 000 000 USD na rok 1978 a konečne sa mohlo vážne začať s návrhom LST, pričom sa počítalo so štartom v roku 1983.[4] Začiatkom 80-tych rokov bol teleskop pomenovaný po Edwinovi Hubblovi, objaviteľovi rozpínania vesmíru.[5]

Konštrukcia[upraviť | upraviť zdroj]

Leštenie primárneho zrkadla Hubblea začalo vo firme Perkin Elmer v máji 1979. Na fotografii je inžinier Dr. Martin Yellin počas práce na projekte.

Len čo dostal program zelenú, rozdelili sa úlohy a práca na projekte. Zodpovednosť za dizajn, vývoj a výstavbu malo The George C. Marshall Space Flight Center. Goddardovo centrum pre vesmírne lety malo na starosti celkový dozor nad vedeckými prístrojmi a pozemným riadiacim centrom, ktoré malo v budúcnosti riadiť misiu. Marshallovo centrum poverilo spoločnosť Perkin-Elmer výrobou optickej súpravy (Optical Telescope Assembly – OTA) a senzorov pre jemné navádzanie (Fine guidance sensors). Korpus ďalekohľadu mala zhotoviť spoločnosť Lockheed.[6]

Optical Telescope Assembly (OTA)[upraviť | upraviť zdroj]

Zrkadlo a optická sústava teleskopu boli najdôležitejšou súčasťou a dizajnéri ich navrhli tak, aby spĺňali náročné podmienky. Ďalekohľady mávajú obvykle zrkadlá vyleštené s presnosťou na asi desatinu vlnovej dĺžky viditeľného svetla. Keďže Hubblov ďalekohľad mal slúžiť na pozorovanie v oblasti od ultrafialového žiarenia až do oblasti blízkeho infračervenému, muselo byť jeho zrkadlo vyleštené s desaťkrát väčšou presnosťou, než zrkadlá na predchádzajúcich teleskopoch. Presnosť mala dosahovať 1/20 vlnovej dĺžky viditeľného svetla, čo je asi 30 nanometrov.[7]

Spoločnosť Perkin Elmer navrhovala dômyselné, počítačom riadené leštiace stroje, ktoré by vybrúsili zrkadlo do požadovaného tvaru. Ak by nastali komplikácie, poveril tím konštruktérov firmu Kodak, aby zostrojila záložné zrkadlo brúsené tradičnými brúsnymi technikami. Toto zrkadlo bolo vystavené v Smithsonovom inštitúte.[8] Dnes toto zrkadlo používa teleskop s priemerom 2,4 metra v Magdalena Ridge Observatory. Výroba zrkadla spoločnosťou Perkin Elmer začala v roku 1979. Použili pri nej nízkorozťažné sklo.

Brúsenie zrkadiel začalo v roku 1979 a pokračovalo až do mája 1981. Aby bola hmotnosť zrkadla čo najmenšia, pozostávalo z dvoch častí hrubých jeden palec, medzi ktorými sa nachádzala mriežka so štruktúrou včelieho plástu. NASA v tom čase preverovala manažérsku štruktúru Perkin Elmer. Brúsenie sa začalo posúvať oproti plánu a presahovať rozpočet. Z dôvodu šetrenia financií NASA zastavila práce na zrkadle a presunula dátum štartu ďalekohľadu na október 1984. Zrkadlo bolo dokončené do konca roku 1981 pridaním odrazovej vrstvy hliníku s hrúbkou 75 nm a ochranného náteru z fluoridu horčíka s hrúbkou 25 nm, ktorý zlepšil odrazivosť zrkadla v ultrafialovom spektre.

Prehlbovali sa pochybnosti o schopnosti účasti Perkin Elmer na projekte tejto dôležitosti. NASA odložila dátum štartu ďalekohľadu až na apríl 1985. Sklz v projekte sa zväčšoval rýchlosťou asi o štvrtinu za mesiac a niekedy spozdenie dosiahlo hodnoty 1:1. NASA bola nútená odložiť dátum štartu až na 1. marca a potom na august 1986. Do tohto okamihu sa úplný rozpočet projektu navýšil na 1,175 miliardy dolárov [6].

Usporiadanie vnútra komplexu ďalekohľadu[upraviť | upraviť zdroj]

Rané etapy stavby Hubblovho vesmírneho ďalekohľadu, 1980

Obal, v ktorom je zamontovaný ďalekohľad spolu s ostatnými nástrojmi bol ďalším značne zložitým problémom pre inžinierov. Mal adekvátne odolávať častým zmenám teploty pri prechode z tieňa Zeme na priame slnečné svetlo a naopak a zároveň byť dosť stabilný na to, aby umožňoval mimoriadne presné zameranie ďalekohľadu. Viacvrstvový izolačný plášť udržiava stabilnú teplotu vnútri celého telesa a obklopuje ľahkú hliníkovú schránku, v ktorej spočíva ďalekohľad a ostatné prístroje. Vnútri schránky drží grafito-epoxidová kostra najdôležitejšie časti celého komplexu pevne usadené.[9]

Kým konštruovanie obalu, v ktorom je zamontovaný ďalekohľad spolu s ostatnými nástrojmi postupovalo hladšie než stavba OTA, spoločnosť Lockheed mala neustále problémy so sklzom v rozpočte a v časovom pláne. V lete 1985 prekročila výstavba ďalekohľadu rozpočet o 30 % a časový plán bol prekročený o tri mesiace. Správa MSFC hovorila, že spoločnosť Lockheed sa skôr spoliehala na príkazy od NASA, než aby prevzala vlastnú iniciatívu pri budovaní ďalekohľadu.[10]

Pôvodné prístroje[upraviť | upraviť zdroj]

HST niesol na palube pri štarte päť vedeckých prístrojov: Wide Field and Planetary Camera (WF/PC), Goddard High Resolution Spectrograph (GHRS), High Speed Photometer (HSP), Faint Object Camera (FOC) a Faint Object Spectrograph (FOS). WF/PC slúžilo ako zariadenie s vysokým rozlíšením zobrazovania primárne určené pre pozorovania v optickej oblasti spektra. Mohlo pracovať v dvoch režimoch, pričom v prvom malo jeho zorné pole veľkosť 2,7 x 2,7 oblúkových minút a v druhom 1,2 x 1,2 oblúkových minút. Prvý režim slúžil na sledovanie vzdialenejších objektov, druhý na sledovnie bližších telies (napr. planét). Skonštruovalo ho Jet Propulsion Laboratory pri NASA a zakomponovalo doň sadu 48-ich filtrov izolujúcich spektrálne čiary s osobitným astrofyzikálnym významom. Prístroj obsahoval 8 CCD čipov, pričom každá z oboch kamier využívala presne polovicu čipov. Wide Field Camera (WFC) pokrývala uhlovo väčšie pole na úkor nižšieho rozlíšenia, Planetary Camera (PC) robila snímky pomocou efektívnejšej a väčšej ohniskovej vzdialenosti než čipy u WFC, čím dosiahla väčšie priblíženie.

GHRS bol spektrograf určený na snímanie objektov v ultrafialovej časti spektra. Vyrobilo ho Goddardovo centrum vesmírnych letov a samotné zariadenie bolo schopné dosiahnuť spektrálne rozlíšenie s hodnotou 90 000.[11] Pre snímkovanie v ultrafialovej oblasti boli optimalizované aj ostatné zariadenia (FOC a FOS), rovnako mali najvyššie priestorové rozlíšenie zo všetkých zariadení na palube ďalekohľadu. FOC bolo vybavené trojstupňovým fotonásobičom a slúžilo na sledovanie veľmi slabých objektov. FOS bol sprektrograf a študoval optické spektrá veľmi vzdialených objektov. Tieto tri prístroje nepoužívali pre detekciu CCD-čipy, ale digikony, ktoré počítali fotóny. FOC skonštruovala Európska vesmírna agentúra a spoločnosť Martin Maretta (dnes pod spoločnosťou Lockheed) postavila FOS.

Posledným prístrojom na palube bol HSP. Navrhnutý a vyrobený bol na Wisconsinsko-Madisonskej univerzite. Mal za úlohu pozorovať premenné hviezdy a ostatné objekty, ktoré menia svoju jasnosť, v ultrafialovom a viditeľnom spektre. Meral rýchle zmeny svetelného toku a polarizáciu svetla. Dokázal vykonať naraz takmer 100 000 meraní za sekundu s fotometrickou presnosťou približne 2 % alebo aj lepšou.[12]

Navádzací systém Hubblovho vesmírneho ďalekohľadu sa dá rovnako využiť ako vedecký prístroj. Tri senzory (Fine Guidance Sensors – FGS) sú primárne určené na udržiavanie presne zameraného teleskopu počas pozorovania, rovnako sa dajú využiť na vykonávanie mimoriadne presnej fotometrie; prístroj dokázal merať s presnosťou na 0,000 3 uhlovej sekundy.[13]

Pozemná kontrola[upraviť | upraviť zdroj]

Vedecký inštitút Vesmírneho ďalekohľadu (STScI) je zodpovedný za vedeckú prevádzku ďalekohľadu a doručovanie dátových produktov astronómom. STScI riadi Asociácia univerzít pre výskum v astronómii (AURA) a samotný inštitút sa nachádza v areáli Univerzity Johna Hopkinsa v Baltimore, v štáte Maryland, ktorá spolu s ostatnými tridsiatimi dvoma univerzitami a siedmimi medzinárodnými pobočkami tvorí konzorcium AURA. STScI bol založený v roku 1983 po boji medzi NASA a vedeckou komunitou. NASA sa snažila udržiavať túto činnosť v rámci svojich štruktúr, ale vedecká obec chcela činnosť vykonávať na akademickej pôde.[14][15] Space Telescope European Coordinating Facility (ST-ECF), založená v Garchingu pri Mníchove v roku 1984 poskytuje podobnú službu pre európskych astronómov.

Kvôli nízkej obežnej dráhe zakrýva Zem množstvo vesmírnych objektov počas obehu ďalekohľadu.

STScI má na starosti plánovanie pozorovaní, čo je jedna z pomerne náročných úloh.[16] Hubblov ďalekohľad obieha Zem na nízkej obežnej dráhe, takže je v dosahu raketoplánov, ktorých astronauti majú za úlohu opravovanie nefunkčných prístrojov. Znamená to však, že Zem zakrýva množstvo vesmírnych objektov po takmer polovicu obežného času ďalekohľadu. Pozorovania nemôžu prebiehať ani vtedy, keď teleskop prelieta ponad Juhoatlantickou anomáliou kvôli zvýšenej úrovni radiácie. Taktiež existujú značne rozsiahle oblasti oblohy (tzv. radiačné pásy) v okolí Slnka, Mesiaca a Zeme. Rozsah "zakázanej" oblasti v okolí Slnka je až 50°, aby sa OTA nedostala do kontaktu s priamym slnečným svetlom. Z tohto dôvodu je napríklad vylúčené pozorovanie Merkúru. Kvôli FGS sa ďalekohľad musí vyhýbať aj svetlu odrazenému od Zeme a Mesiaca. Pozorovanie týchto dvoch objektov je možné len vtedy, keď je FGS vypnuté. V počiatkoch misie ďalekohľadu slúžili pozorovania Zeme na vyrovnávanie jasových gradientov snímok pre WFPC1. V rovine obežnej dráhy ďalekohľadu existujú však aj tzv. oblasti nepretržitého pozorovania (continuous viewing zone, skrátene CVZ), široké zhruba 90°, v ktorých sa dajú vesmírne objekty pozorovať dlhší čas. Kvôli precesii dráhy sa poloha CVZ mení s periódou 8 týždňov. Počas pozorovaní v CVZ môže jas Zeme dosahovať dlhšiu dobu značne veľké hodnoty, pretože limbus planéty býva v určitých oblastiach CVZ široký až okolo 30°.

Obežná dráha Hubblovho ďalekohľadu zasahuje až do najvyšších vrstiev atmosféry, pričom dochádza pri obehu ďalekohľadu okolo Zeme k nepredvídateľným zmenám. Hustota týchto vrstiev sa mení v závislosti od mnohých faktorov, preto nie je možné vopred predpovedať presnú dráhu ďalekohľadu. Odchýlka pri predpovedi dráhy na najbližších 6 týždňov môže narásť až na 4 000 km v horizontálnom smere. Plán pozorovania sa z toho dôvodu vypracúva len niekoľko dní vopred.[17]

Technickú údržbu ďalekohľadu má na starosti NASA spolu s Goddardovým strediskom pre vesmírne lety sídliacim v Greenbelte, v štáte Maryland, 48 km južne od STScI. Správnu prevádzku ďalekohľadu monitorujú nepretržite, 24 hodín denne, štyri tímy letových kontrolórov, spolu tvoriace Tím letovej prevádzky Hubblovho vesmírneho ďalekohľadu (Hubble's Flight Operations Team).[18]

Štart raketoplánu Discovery STS-31 s Hubblovým vesmírnym ďalekohľadom v nákladovom priestore

Havária Challengeru, odklad, konečný štart[upraviť | upraviť zdroj]

Na začiatku roku 1986 vyzeral plánovaný októbrový štart ďalekohľadu už celkom reálny, ale nečakaná havária raketoplánu Challenger koncom januára pozastavila americký vesmírny program. Flotila zvyšných raketoplánov ostala v hangároch a štart Hubblovho vesmírneho ďalekohľadu bol odsunutý o štyri roky. Teleskop musel byť umiestnený v čistej miestnosti, musel byť v prevádzke a pravidelne bol čistený dusíkom, až kým sa znovu nenaplánoval jeho štart. Táto situácia zvyšovala celkovú cenu projektu, mesačne totiž stálo len uržiavanie ďalekohľadu asi 6 miliónov dolárov. Na druhej strane, inžinieri využívali tento čas na vykonávanie viacerých rozsiahlych testov a rôznych vylepšení.[19]

Nakoniec, po obnovení prevádzky vesmírneho programu v roku 1988, sa štart ďalekohľadu naplánoval na rok 1990. 24. apríla 1990 úspešne vyniesla ďalekohľad na obežnú dráhu misia STS-31 pomocou raketoplánu Discovery.[20]

Z pôvodnej odhadovanej sumy 400 miliónov dolárov, stálo budovanie ďalekohľadu dosiaľ viac než 2,5 miliardy dolárov. Súhrnná cena sa do dnešného dňa odhaduje na niekoľkonásobok konštrukčnej ceny, pričom výdavky Spojených štátov amerických sa pohybujú v rozmedzí 4,5 miliardy až 6 miliárd dolárov a európsky finančný príspevok sa odhaduje na 593 miliónov € (odhad k roku 1999).[21]

Problémy ďalekohľadu[upraviť | upraviť zdroj]

Vibrácie[upraviť | upraviť zdroj]

Už krátko po vypustení sa objavili prvé problémy s ďalekohľadom. Vždy, keď teleskop prechádzal z osvetlenej strany Zeme nad neosvetlenú, sa rozkmital do takej miery, že na 3 až 5 minút neboli možné nijaké vedecké merania. Po týždni NASA zistila, že vibrácie spôsobujú solárne panely observatória, na ktoré vo vákuu výrazne pôsobí tlak slnečného žiarenia. Po náhlom prechode do zemského tieňa tento tlak ustane a navyše rapídne poklesne teplota kolektorov, čím sa kvôli tepelnej rozťažnosti začnú prehýbať. Práve deformácia kolektorov je hlavná príčina nežiadúcich kmitov.[22]

Chyba primárneho zrkadla[upraviť | upraviť zdroj]

V priebehu niekoľkých prvých týždňov sa zistilo, že ďalekohľad má problémy s optickým systémom. Hoci prvé obrázky vyhotovené ďalekohľadom vyzerali ostrejšie než rovnaké obrázky vyhotovené pozemskými prístrojmi, ďalekohľad zlyhával pri pokuse o konečné zaostrenie snímky. Najkvalitnejšie obrázky aké poskytoval, boli hlboko pod hranicou očakávania. Obrázky bodových zdrojov mali priemer až 1 uhlovú sekundu, namiesto projektovanej desatiny uhlovej sekundy.[23]

Analýza obrázkov ukázala, že príčinou problému je chybne vybrúsené primárne zrkadlo. Napriek tomu, že išlo pravdepodobne o dovtedy najlepšie vytvarované zrkadlo a jeho odchýlka od ideálneho tvaru nepresahovala predpísanú odchýlku jednej šesťdesiatpätiny vlnovej dĺžky svetla, bolo na svojich okrajoch príliš ploché a odchyľovalo sa až o 2,3 mikrometra od požadovaného tvaru. Výsledkom bola vážna sférická aberácia, chyba, pri ktorej sa svetlo odrazené z okrajov zrkadla sústreďuje v inom bode ako svetlo odrazené od stredu zrkadla.[24]

Závažnosť chyby zrkadla závisela na druhu pozorovaní, ktoré ďalekohľad vykonával. Obrázky jasných objektov a spektroskopické pozorovania neboli chybou takmer vôbec ovplyvnené, pretože stredná časť zrkadla bola vybrúsená v požadovanom tvare. Ďalekohľad sa však nedal použiť pri snímaní matnejších a slabších objektov alebo pri snímaní obrázkov s vysokým kontrastom. Znamenalo to, že nebolo možné rozbehnúť takmer žiadny kozmologický program, pretože práve takýto program si vyžaduje snímkovanie matných objektov. Napriek tomu aj počas prvých troch rokov misie bol Hubblov vesmírny ďalekohľad schopný vykonať množstvo produktívnych pozorovaní. Astronómovia používali na optimalizovanie výsledkov pozorovaní dômyselnú techniku spracovávania obrázkov (napr. dekonvolúciu), pretože sa pomerne rýchlo podarilo chybu identifikovať a zmenšiť tak jej dopad na kvalitu snímok.[25] NASA sa vďaka tejto nepríjemnej chybe, ktorá pomerne drasticky degradovala jej renomé a profesionalitu, stala terčom ostrej kritiky a sarkastických vtipov. Hubblov teleskop bol zobrazený v roku 1991 v komédii Bláznivá strela 2 1/2: Vôňa strachu ako kolosálny neúspech po boku Titanicu, Hindenburgu a Edselu (veľmi neúspešného amerického modelu automobilu od automobilky Ford).

Pôvod problému[upraviť | upraviť zdroj]

Obrázok z prístroja WF/PC ukazuje ako sa svetlo hviezdy rozptyľuje po veľkej ploche namiesto toho, aby bolo sústredené v rozsahu niekoľkých pixelov.

Komisia vedená Lew Allenom, riaditeľom Laboratória tryskového pohonu, mala za úlohu preskúmať, ako mohla chyba vzniknúť. Zistila, že zariadenie na zmeranie presného tvaru zrkadla nebolo správne zostrojené – jedna šošovka bola umiestnená s 1,3 mm odchýlkou od jej správneho miesta.[26] Primárne a sekundárne zrkadlo ďalekohľadu totiž nikdy neboli testované spoločne, ale každé osobitne. Každé zrkadlo malo preto trošku iné parametre, ktoré im spoločne nedovolili presne zaostriť. USAF síce ponúklo NASA možnosť testovať optiku HST v svojom laboratóriu, ale NASA skúšky napokon nevykonala.[27] Počas leštenia zrkadla analyzovala spoločnosť Perkin-Elmer jeho povrch dvomi ďalšími zariadeniami na zmeranie presného tvaru zrkadla a obe zhodne naznačovali, že zrkadlo má sférickú aberáciu. Spoločnosť však ignorovala výsledky testov, pretože sa domnievala, že prvý test, uskutočnený primárnym prístrojom hlásiacim správny tvar zrkadla, bol presnejší než druhý.[28]

Komisia obvinila v prvom rade spoločnosť Perkin-Elmer. Vzťahy medzi NASA a Perkin-Elmer boli veľmi napäté už počas konštruovania celého komplexu ďalekohľadu kvôli časovému sklzu v pláne práce a predražovaniu výstavby. NASA zistila, že Perkin-Elmer nepovažuje výrobu zrkadla za svoju kľúčovú úlohu a spoločnosť si navyše bola istá tým, že NASA nezverí túto úlohu inej spoločnosti, keď sa už začalo leštenie zrkadla. Kým komisia ostro kritizovala spoločnosť Perkin-Elmer za takéto prešľapy, NASA si vyslúžila kritiku za to, že sa spoľahla na výsledky testu kontroly kvality len z jedného prístroja.[29]

Návrh riešenia[upraviť | upraviť zdroj]

Záložné zrkadlo Hubblovho ďalekohľadu vyrobené firmou Eastman Kodak. V súčasnosti je umiestnené v Národnom múzeu pre letectvo a vesmír vo Washingtone, DC.[30] Hoci bolo vybrúsené správne (bez sférickej aberácie), nebolo ničím potiahnuté.

Ďalekohľad bol navrhnutý tak, aby bolo k nemu možné vyslať servisných technikov a opraviť ho aj na obežnej dráhe. Astronómovia začali okamžite hľadať nejaké možné riešenie tohto problému, ktoré by sa dalo použiť pri prvej servisnej misii naplánovanej na rok 1993. Kodak a Itek vybrúsili pre teleskop náhradné zrkadlo, nebolo by ho však možné vymeniť na obežnej dráhe. Priniesť celý komplex ďalekohľadu dočasne na opravu späť na Zem, by bolo nielen veľmi nákladné, ale aj časovo náročné. Vzhľadom na to, že ďalekohľad mal zrkadlo vybrúsené do istého tvaru, rozhodlo sa o vyrobení zariadenia, ktoré by malo rovnakú optickú chybu ale s opačným znamienkom. Tento doplnkový prístroj mal hrať podobnú úlohu akú majú okuliare.[31]

Ako prvý krok bolo treba zistiť presnú hodnotu chyby hlavného zrkadla. Analýzou obrázkov bodových zdrojov dospeli astronómovia k záveru, že hodnota kónickej konštanty zrkadla bola −1,01324, namiesto predpokladanej −1,00230.[32] Rovnaká hodnota vyšla aj z výsledkov analýzy zariadenia na leštenie zrkadla, ktoré používala spoločnosť Perkin-Elmer a taktiež aj z výsledkov analýzy interferogramov, ktoré technici získali pri pozemných skúškach.

Kvôli dizajnu zariadení umiestnených v tele ďalekohľadu, boli potrebné dva druhy korekcie. Wide Field and Planetary Camera 2 s novými zrkadlami, ktoré upriamovali lúče na 8 navzájom oddelených CCD čipov tvoriacich obe kamery, mala nahradiť pôvodnú Wide Field Planetary Camera. Inverzná optická chyba zabudovaná na povrch zrkadiel mala úplne odstrániť aberáciu hlavného zrkadla. Ďalšie prístroje však žiadne podobné vylepšenie nedostali a preto si vyžadovali externé korekčné zariadenie.[33]

Systém na korekciu aberácie pre FOC, FOS a GHRS sa nazýva Korekčná osová náhrada optiky vesmírneho ďalekohľadu (po anglicky Corrective Optics Space Telescope Axial Replacement, skrátene COSTAR) a pozostáva z dvoch zrkadiel, z ktorých jedno bolo vytvarované tak, aby odstránilo aberáciu.[34] Na to, aby sa táto korekčná náhrada dokázala vtesnať do útrob ďalekohľadu, museli astronauti pri servisnej misii demontovať jeden z prístrojov, vybraný bol High Speed Photometer.[33]

Servisné misie a nové zariadenia[upraviť | upraviť zdroj]

Astronauti inštalujú korekčnú optiku počas prvej servisnej misie
Snímky galaxie M100 pred a po inštalovaní optického korektora
Astronauti vymieňajú gyroskopy v priebehu tretej servisnej misie
Hubble spojený s nákladovým priestorom raketoplánu (štvrtá servisná misia)

Servisná misia 1[upraviť | upraviť zdroj]

Ďalekohľad bol od prvopočiatku skonštruovaný tak, aby mohol byť pravidelne udržiavaný. Ale potom, čo sa objavili problémy so zrkadlom, ukázala prvá servisná misia, že astronauti budú nútení vykonať sériu dodatočných úprav a inštaláciu korekčnej optiky. Sedem astronautov vybraných pre prvú servisnú misiu absolvovalo tréning v používaní veľkého množstva špeciálneho náradia potrebného na opravu Hubblovho teleskopu.[35] Misia STS-61 (raketoplánu Endeavour) sa uskutočnila v decembri 1993 a zahŕňala inštaláciu niekoľkých zariadení a rôzneho vybavenia.

Medzi najpodstatnejšie úpravy patria výmena vysokorýchlostného fotometra za "balíček" korekčnej optiky COSTAR a výmena WFPC (Wide Field and Planetary Camera) za WFPC2 s interným korekčným optickým systémom. Ďalej došlo k výmene riadiacej elektroniky solárnych panelov, štyroch gyroskopov, dvoch elektronických kontrolných jednotiek a dvoch magnetometrov. Tiež bol vylepšený software palubných počítačov a Hubble bol potom presunutý na vyššiu obežnú dráhu, pretože v priebehu 3 rokov sa ďalekohľad priblížil k zemskej atmosfére a hrozilo, že by do nej vnikol a zhorel.[36] 13. januára 1994 ohlásila NASA, že misia bola úspešne dokončená a predstavila sériu mnohých ostrých záberov vesmírnych telies.[37] Táto servisná misia bola jednou z najkomplexnejších misií, aké boli kedy podniknuté. V priebehu piatich dlhých výstupov do otvoreného vesmíru astronauti vykonali množstvo úprav vo vnútri teleskopu.[38]

Servisná misia 2[upraviť | upraviť zdroj]

Úlohou druhej servisnej misie Discovery (STS-82) vo februári 1997 bola výmena zariadenia GHRS a FOS za spektrometre Space Telescope Imaging Spectrograph (STIS) a Near Infrared Camera and Multi-Object Spectrometer (NICMOS) a technického a výskumného magnetofónového záznamníku za nový elektronický. Počas štyroch výstupov do kozmu bola opravená tepelná izolácia a znova upravená obežná dráha.[39] Keďže astronauti našli na ďalekohľade ďalšie poškodenia tepelnej izolácie, na jej opravu sa uskutočnil piaty neplánovaný výstup.

NICMOS obsahoval chladič s dusíkom v pevnej forme, ktorý slúžil na redukciu tepelného žiarenia z ostatných prístrojov, ale o nejaký čas po tom, ako bol nainštalovaný, došlo k neočakávanej tepelnej expanzii, čo malo za následok kontakt s optickou clonou. To viedlo k nadmernému zahrievaniu NICMOSu a následnému skráteniu jeho očakávanej životnosti zo 4 a pol roka na 2 roky.[40]

Servisná misia 3A[upraviť | upraviť zdroj]

Servisná misia 3A Discovery (STS-103) prebehla v decembri 1999. Išlo o odštiepenú misiu od pôvodne plánovanej servisnej misie 3. Vznik varianty 3A bol vynútený nečakaným zlyhaním troch palubných gyroskopov (štvrtý gyroskop zlyhal niekoľko týždňov pred začiatkom misie, čo Hubblovi úplne znemožnilo vykonávať vedecké pozorovania). V priebehu misie 3A astronauti nahradili všetkých šesť gyroskopov, vymenili senzor pre jemnú navigáciu (Fine Guidance Sensor) a palubný počítač, inštalovali Voltage/temperature Improvement Kit (VIK) − zariadenie pre ochranu batérií pred prebíjaním a opäť vymenili tepelnú izoláciu.[41] Aj napriek tomu, že nový počítač (25 MHz Intel 486 s 2MB RAM) je z dnešného hľadiska takpovediac múzejným exponátom, bol stále 20x rýchlejší než jeho predchodca DF-224. „Nový“ počítač zlepšuje efektivitu tým, že umožňuje vykonávať niektoré výpočtové operácie priamo na palube Hubbla a tiež šetrí náklady, pretože umožňuje použitie nových programovacích jazykov.[42]

Servisná misia 3B[upraviť | upraviť zdroj]

V priebehu misie 3B Columbia (STS-109) v marci 2002 bolo nainštalované nové zariadenie – Advanced Camera for Surveys (ACS), ktoré nahradilo FOC. Tiež došlo k oprave zariadenia NICMOS, ktoré už v roku 1999 vyčerpalo zásobu chladiacej látky. Bol inštalovaný nový chladiaci systém, ktorý teplotu dostatočne znížil a zariadenie bolo teda opäť použiteľné. Hoci chladiaci systém nezabezpečoval takú nízku teplotu, akú si pôvodný dizajn zariadenia vyžadoval, teplota je stabilnejšia. V mnohých ohľadoch splnila táto výmena svoj účel.[40] Obzvlášť nainštalovanie ACS zvýšilo schopnosti ďalekohľadu. Navyše pomocou ACS a s opraveným zariadením NICMOS bol ďalekohľad schopný nasnímať tzv. Hubblove ultra-hlboké pole.

V priebehu misie 3B boli už druhýkrát vymenené solárne panely. Konštrukcia nových panelov bola odvodená od panelov použitých u družíc komunikačného systému Iridium, ktorých veľkosť predstavuje len dve tretiny pôvodných panelov. Nižšia hmotnosť sa prejavuje v nižšom vplyve gravitácie na Hubblea. Zároveň však poskytujú o 30 % viac energie. Takýto prírastok energie umožnil simultánne spúšťanie palubných prístrojov a zredukoval problémy s vibráciami, ktoré vznikali vo chvíľach, keď staršie a menej tuhé panely prechádzali zo zemského tieňa na slnečné svetlo a naopak. Ďalej bola vymenená Hubble's Power Distribution Unit (energetická distribučná jednotka), ktorá umožnila vykonávať kompletné reštarty všetkých zariadení.[43]

Servisná misia 4[upraviť | upraviť zdroj]

Emblém misie STS-125, poslednej servisnej misie k Hubblovmu ďalekohľadu

Ďalšia oprava bola naplánovaná na február 2005, ale havária Columbie v roku 2003 mala následky aj pre program servisu Hubbla.[44] Riaditeľ NASA Sean O'Keefe rozhodol, že všetky nasledujúce misie raketoplánov musia byť schopné dosiahnuť bezpečné útočisko na Medzinárodnú vesmírnu stanicu, ak by sa počas letu vyskytol nejaký neočakávaný a vážny problém. Lenže obežné dráhy ISS aj teleskopu boli tak rozdielne, že pre raketoplán v problémoch, mieriaci pôvodne k Hubblovi, by bolo nemožné dosiahnuť ISS. Toto rozhodnutie však bolo napadnuté mnohými astronómmi, ktorí argumentovali, že Hubble je natoľko cenný pre vedu, že si zaslúži trochu rizika. To, že plánovaný nástupca, ďalekohľad Jamesa Webba (JWST), nebude k dispozícii skôr než v roku 2018 a fakt, že JWST sa nebude nachádzať na nízkej obežnej dráhe (a preto nemôže byť v prípade potreby ľahko opravený), iba zvyšovalo tlak na vykonanie tejto servisnej misie. Zároveň si ale túto servisnú misiu nikto z astronómov neželal, pokiaľ by sa mala čerpať z rozpočtu pre JWST.

Tlak na servisnú misiu sa zvyšoval, do boja sa zapojili senátori, tisíce dopisov školákov zaplavili Bushovu administratívu. Z Hubbla sa stal národný symbol, ktorý bolo nutné stoj čo stoj zachrániť.[45]

Nový riaditeľ NASA, Michael D. Griffin oznámil krátko po svojom menovaní, že prehodnotí zrušenie servisnej misie.[46]Po sérii simulácií, plánovania a príprav Griffin nakoniec v októbri 2006 dal definitívne zelenú prípravám na misiu, naplánovanú na október 2008. Závada na hlavnom dátovom prístroji Hubblovho teleskopu[47] však ešte pozdržala štart misie. Museli sa vykonať prípravy a plán na výmenu aj tohoto zariadenia, inak by celá misia nemala zmysel.

Atlantis napokon naposledy k Hubblovi vyštartoval v máji 2009.[48]Počas misie bol vymenený pokazený dátový záznamník (kvôli ktorému sa misia zdržala), opravené systémy AC3 a STIS, nainštalované lepšie niklo-vodíkové batérie a vymenený celý rad menších dielov. Taktiež boli nainštalované nové komponenty - širokouhlá kamera 3 (WFC3), spektrograf pôvodu vesmíru (Cosmic Origins Spectrograph - COS)[49]a nový systém na priblíženie a zachytenie pre budúcu plánovanú akciu, pri ktorej bude Hubble zachytený a dopravený do atmosféry na riadený zánik.[50] Práce a opravy na teleskope boli úspešne dokončené a predĺžili jeho životnosť minimálne do roku 2014, prípadne aj dlhšie.

Vedecké výsledky misie[upraviť | upraviť zdroj]

Dôležité objavy[upraviť | upraviť zdroj]

Jeden z najznámejších obrázkov Hubblovho ďalekohľadu tzv. "stĺpy stvorenia", oblasť v Orlej hmlovine, v ktorej sa rodia nové hviezdy.

Hubblov vesmírny ďalekohľad pomohol astronómom rozlúštiť mnohé dlhotrvajúce otázky, rovnako tiež poskytol výsledky vedúce k novým otázkam a teóriám. Medzi prvoradé ciele misie ďalekohľadu patrilo meranie vzdialeností cefeíd, premenných hviezd vykazujúcich veľmi dobrý vzťah medzi periódou premenlivosti a absolútnou svietivosťou. Meranie bolo oveľa presnejšie než iné merania uskutočnené predtým a tak sa podarilo výraznejšie obmedziť rozsah odhadovaných hodnôt Hubblovej konštanty, určujúcej rýchlosť rozpínania vesmíru, ktorá súvisí aj s jeho vekom. Pred vypustením ďalekohľadu dosahovala chyba pri odhadovaní hodnoty Hubblovej konštanty v niektorých prípadoch až 50 %. Pozorovania cefeíd v kope galaxií v súhvezdí Panna a v iných vzdialených kopách galaxií pomocou Hubblovho ďalekohľadu znížili tento rozdiel na 10 %. Tento výsledok súhlasí aj s inými pozorovaniami, ktoré astronómovia vykonali pomocou odlišných metód až po vypustení ďalekohľadu na obežnú dráhu.[51]

Hoci Hubble pomohol zdokonaliť odhad veku vesmíru, vznikli pochybnosti o teóriách ohľadom vzniku vesmíru. Astronómovia z Tímu pre hľadanie supernov s vysokým z (po anglicky High-z Supernova Search Team) a Projektu Supernova cosmology project[52] použili ďalekohľad na pozorovanie vzdialených supernov a objavili dôkaz, že rozpínanie vesmíru sa pod vplyvom gravitácie nespomaľuje, práve naopak, jeho rozpínanie sa môže v skutočnosti zrýchľovať. Zrýchľovanie potvrdili aj viaceré pozemské ďalekohľady spolu s ďalekohľadmi na obežnej dráhe a jeho hodnotu zmerali s ešte presnejším výsledkom. Napriek tomu, príčina tohto zrýchľovania nie je v súčasnosti (júl 2008) z veľkej časti známa. Predmetom intenzívneho výskumu je teória, že je to spôsobené tzv. temnou hmotou.[53]

Obrázky a spektrá s vysokým rozlíšením, ktoré poskytol Hubblov ďalekohľad, sú obzvlášť vhodné na dokazovanie existencie čiernych dier v centrách blízkych galaxií. Hoci sa už začiatkom šesťdesiatych rokov 20. storočia predpokladalo, že by sa čierne diery mohli vyskytovať v jadrách niektorých galaxií, a počas výskumu v osemdesiatych rokoch 20. storočia sa objavilo niekoľko kandidátov na takéto objekty, až výskum Hubblovým ďalekohľadom ukázal, že výskyt čiernych dier je pravdepodobne pre všetky jadrá galaxií bežný.[54][55] Ďalekohľad ďalej potvrdil, že hmotnosť jadier čiernych dier je úzko spätá s vlastnosťami samotných čiernych dier.

Zrážka kométy Shoemaker-Levy 9 s planétou Jupiter v roku 1994 nastala pre astronómov vo vhodnom čase, niekoľko mesiacov predtým vykonala posádka prvej servisnej misie opravu optiky ďalekohľadu. Obrázky Hubbla boli ostrejšie než akékoľvek iné snímky od roku 1979, keď okolo planéty preletela medziplanetárna sonda Voyager 2. Zároveň hrali dôležitú úlohu pri štúdiu dynamiky zrážky kométy s Jupiterom, udalosti, ktorá sa stáva len raz za niekoľko storočí.

Medzi ďalšie významné objavy ďalekohľadu patria protoplanetárne disky v hmlovine M 42;[56] dôkazy prítomnosti extrasolárnych planét okolo hviezd podobných Slnku;[57] a pozorovania optických náprotivkov stále nedostatočne vysvetlených zábleskov žiarenia.[58] Vesmírny ďalekohľad bol použitý aj na študovanie objektov na okraji slnečnej sústavy – trpasličej planéty Pluta[59] a Eris.[60]

Unikátny odkaz, ktorý nám zanechal projekt Hubblovho vesmírneho ďalekohľadu, sú snímky tzv. Hubblovych hlbokých a ultra-hlbokých polí. Pri ich snímaní bola využitá jedinečná citlivosť prístroja na vlnových dĺžkach viditeľného svetla, čím sa vytvorili obrázky malých kúskov oblohy. Na nich je možné vidieť galaxie vzdialené miliardy svetelných rokov. Nikdy predtým sa takto vzdialené objekty nepodarilo astronómom zobraziť vo viditeľnom svetle. Hubblov ďalekohľad nám tak poskytol pohľad do ranného štádia vývoja vesmíru. Téma hlbokých polí sa zakrátko stala hlavnou náplňou mnohých vedeckých prác.

Význam ďalekohľadu pre astronómiu[upraviť | upraviť zdroj]

Vzdialené galaxie, ktoré boli nasmímané v projekte Hubblových ultrahlbokých polí

Viacero objektívnych meraní preukázalo pozitívny dopad Hubblovho ďalekohľadu na astronómiu. Vyše 4000 prác založených na údajoch poskytnutých ďalekohľadom bolo zverejnených v odborných časopisoch a ešte viac bolo prezentovaných na astronomických konferenciách. Ak sa pozrieme na odborné astronomické práce z obdobia pred vypustením Hubblovho ďalekohľadu, približne jedna tretina z nich neobsahovala žiadne citácie či referencie, zatiaľ čo u prác založených na údajoch z Hubbla sú to iba 2 %. Z približne 200 najviac citovaných prác zverejňovaných každý rok, je asi 10 % založených práve na údajoch poskytnutých Hubblovým ďalekohľadom.[61]

Hoci mal Hubble veľmi pozitívny dopad na astronómiu, je otázne, či to nebolo vyvážené príliš vysokými nákladmi. Vypracovaná štúdia týkajúca sa relatívnych dopadov rôznych ďalekohľadov na astronómiu zistila, že údaje z HVD sú sice napríklad oproti 4 m pozemnému ďalekohľadu William Herschel Telescope 15x častejšie citované, HVD ho ale prekoná aj v nákladoch na prevádzku, ktoré sa odhadujú na 100 násobok nákladov na William Herschel Telescope.[62]

Prijať rozhodnutie medzi investovaním do pozemného alebo vesmírneho ďalekohľadu je veľkou dilemou do budúcnosti. Rozvoj adaptívnej optiky rozšíril možnosti fotografovania s vysokým rozlíšením aj pomocou pozemných ďalekohľadov. Rozdiely v kvalite pozorovaní medzi adaptívnou optikou a Hubble sa môže líšiť prípad od prípadu. Dá sa však povedať, že v oblasti viditeľného svetla môže adaptívna optika zaostriť iba veľmi malú časť zorného poľa, zatiaľ čo Hubble môže vykonávať snímkovanie s vysokým rozlíšením vo veľkom zornom poli.

Prenos a spracovanie údajov[upraviť | upraviť zdroj]

Prenos na Zem[upraviť | upraviť zdroj]

Údaje získané ďalekohľadom sú v prvej fáze uložené priamo v teleskope. Keď bol Hubble vypustený, na uskladnenie údajov slúžili magnetofónové pásky. V priebehu servisných misií 2 a 3A nahradil tieto médiá pevný disk. Z paluby teleskopu sa údaje odosielajú na zemský povrch cez Sústavu satelitov pre prenášanie údajov (Tracking and Data Relay Satellite System – TDRSS) – systém satelitov na nízkej obežnej dráhe, ktoré môžu komunikovať so Zemou približne 85 % času jedného obehu. Údaje sa z TDRSS prenášajú na pozemné strediská; najprv do Goddardovho centra pre vesmírne lety a potom finálne do Vedeckého inštitútu vesmírneho ďalekohľadu (STScl), kde sa archivujú.[63] Každý týždeň sa z HST prenesie na Zem približne 120 GB dát.[64]

Archivácia[upraviť | upraviť zdroj]

Všetky údaje z Hubblea sú dostupné v archíve STScI.[65]. Údaje podliehajú po svojom vzniku jednoročnej ochrannej lehote, počas ktorej ich poskytujú len oprávneným osobám a astronómom. Oprávnené osoby z STScI môžu podľa okolností túto ročnú dobu skrátiť alebo predĺžiť.[66]

Pozorovania uskutočnené v tzv. Director's Discretionary Time sú z tejto ochrannej lehoty vyňaté a poskytnuté širokej verejnosti takmer okamžite. Kalibračné údaje sú taktiež prístupné krátko po získaní. Všetky údaje z teleskopu sa archivujú v grafickom formáte FITS. Ten je vhodný pre astronomické analýzy, nie však pre verejné použitie.[67] Vďaka existencii Projektu Hubblovo dedičstvo (Hubble Heritage Project) sú vybrané fotografie spracované do formátu JPEG a TIFF. Potom sa prezentujú širokej verejnosti.[68]

Spracovanie[upraviť | upraviť zdroj]

Astronomické údaje, zachytené na CCD čipoch, musia prekonať niekoľko kalibračných krokov predtým, než sa dajú použiť pre astronomické analýzy. STScI vyvinul sofistikovaný software, ktorý automaticky kalibruje údaje, keď je o ne požiadané. Tento proces, pri ktorom počítače v priebehu výpočtového času kalibrujú údaje a zároveň vykonávajú iné aktivity, umožňuje, že aj žiadosti o veľké množstvo údajov sú vybavené a vrátené naspäť k žiadateľom do niekoľkých dní. Proces, v priebehu ktorého sa údaje kalibrujú automaticky, sa nazýva automatická kalibrácia údajov (pipeline reduction), a v stále väčšej miere sa využíva na hlavných pozemských observatóriách. Pokiaľ astronómovia chcú, môžu získať kalibračný program pre seba a vykonávať kalibráciu lokálne vo svojich strediskách. To sa hodí vo chvíľach, keď sú kalibračné kapacity vyťažené.[69]

Analýza[upraviť | upraviť zdroj]

Údaje z teleskopu môžu byť analyzované pomocou mnohých rozdielnych programov. STScI presadzuje na mieru vyrobený software Systém na analýzu dát z vesmírneho ďalekohľadu (Space Telescope Science Data Analysis System – STSDAS), ktorý obsahuje všetky programy potrebné pre priebeh potrebnej redukcie na nespracovaných údajoch. Obsahuje tiež ďalšie prostriedky pre spracovanie astronomických údajov. Program je navyše upravený presne na formát údajov prichádzajúcich z Hubblovho vesmírneho ďalekohľadu. Tento software beží tiež ako modul Image Reduction and Analysis Facility (IRAF), populárneho počítačového programu pre spracovanie astronomických dat.[70]

Význam pre verejnosť[upraviť | upraviť zdroj]

V roku 2001 nechala NASA na internete hlasovať verejnosť, ktorý obrázok z ďalekohľadu je najkrajší. S drvivou väčšinou zvíťazila Hmlovina Konská hlava.

Pre projekt Hubblovho vesmírneho ďalekohľadu bolo vždy dôležité mať na svojej strane priazeň širokej verejnosti, pretože na jeho stavbu a prevádzku boli vynaložené značné príspevky daňových poplatníkov.[71] Po ťažkých začiatkoch, pri ktorých chyba hlavného zrkadla znížila hodnotu projektu v očiach verejnosti, prvá servisná misia reputáciu napravila. Po nej začala nová optika ďalekohľadu dodávať na Zem množstvo mimoriadnych fotografií.

O informovanosť verejnosti sa stará hneď niekoľko aktivít. Projekt Hubblovho dedičstva bol založený preto, aby ľuďom sprístupňoval výber kvalitných snímok zaujímavých a zvláštnych vesmírnych objektov. Tím projektu je zložený z amatérskych aj profesionálnych astronómov a tiež ľudí, ktorí sa pohybujú v oblasti astronómie. Snaží sa zdôrazňovať estetickú stránku vzniknutých snímok. Projekt má k dispozícii iba malé množstvo pozorovacieho času ďalekohľadu. Využíva ho na vytváranie "vďačných" snímok pre verejnosť, ktoré ale nie sú kvôli nižšiemu rozlíšeniu príliš prínosné pre skutočnú vedeckú prácu.[72]

Ďalšiu aktivitu pre verejnosť vykonáva STScI, ktorý sa stará o niekoľko obsiahlych webových stránok.[73][74][75][76]

Replika Hubleovho vesmírneho ďalekohľadu

Tieto činnosti koordinuje Kancelária pre verejný význam (Office for Public Outreach), založená v roku 2000, aby zaistila daňovým poplatníkom určitú spätnú väzbu za podporu celého programu.

Od roku 1999 bolo pre osvetovú činnosť Hubblovho programu v Európe založené Hubblovo centrum Európskej kozmickej agentúry (Hubble European Space Agency Information Centre – HEIC).[77] Kancelária sa nachádza v koordinačnom stredisku vesmírneho ďalekohľadu (Space Telescope – European Coordinating Facility) (ST-ECF) v nemeckom Mníchove. Kancelária plní osvetovú a vzdelávaciu funkciu Európskej kozmickej agentúry k projektu vesmírneho ďalekohľadu. Hlavnou činnosťou je produkcia fotografií a najnovších vedeckých poznatkov.

Replika Hubblovho vesmírneho ďalekohľadu je vystavená v areáli súdneho dvora v meste Marshfield v štáte Missouri, rodisku Edwina Hubbla, po ktorom bol teleskop pomenovaný.

Budúcnosť[upraviť | upraviť zdroj]

Zlyhávanie vybavenia[upraviť | upraviť zdroj]

Snímka kamery WFPC2 malej časti hmloviny Tarantula vo Veľkom Magellanovom oblaku

Minulé servisné misie nahradili staré prístrojové vybavenie za nové. Konali sa preto, aby sa zabránilo zlyhávaniu prístrojov a vytvoreniu nových možností výskumu. Bez servisných misií by sa všetko zariadenie postupne stalo nepoužiteľným. V auguste 2004 zlyhal pohonný systém spektrometra (Space Telescope Imaging Spectrograph -STIS), a celé zariadenie prestalo pracovať. Aj elektronika hlavnej kamery (Advanced Camera for Surveys – ACS) zlyhala a to v júni 2006. Záložná elektronika zlyhala 27. januára 2007.[78] V súčasnosti pracuje s pôvodným elektronickým vybavením iba (Solar Blind Channel – SBC). Dva hlavné kanály pracujúce vo viditeľnom a ultrafialovom spektre zostali nepoužiteľné.[79] Zdalo sa nepravdepodobné, že by výskum mohol pokračovať bez ďalšej servisnej misie.

Hubble využíva na svoju stabilizáciu v priestore gyroskopy. Umožňujú mu udržiavať presnú a pevnú polohu, aby mohol zamerať zrkadlo na vybrané astronomické objekty. Na bežnú prevádzku sú potrebné tri gyroskopy. Ďalekohľad je síce možné nasmerovať aj za použitia dvoch, ale v tom prípade je pozorovací priestor obmedzený a observatórium musí byť zamerané veľmi presne, čo je ťažšie. V roku 2005 bolo rozhodnuté prepnúť ďalekohľad do módu riadenia iba dvoma gyroskopmi, aby sa predĺžila doba misie. Teleskop bol dvoma gyroskopmi riadený do augusta 2005, ďalšie dva gyroskopy boli nevyužité, ale pripravené ako náhrada. Dva ďalšie gyroskopy už boli v tom čase nefunkčné a nepoužiteľné. Odhady zlyhania ďalšieho gyroskopu predpovedali, že Hubble by mohol zostať len na jednom gyroskope v roku 2008. Od tej doby by bol celkovo nepoužiteľný.[80]

Okrem predpovedí zlyhania kľúčových gyroskopov by Hubble potreboval vymeniť aj batérie. Robotická servisná misia bola vyhodnotená ako príliš chúlostivá, pretože by mohla nenávratne poškodiť celý teleskop. Ďalekohľad bol však navrhnutý tak, aby v priebehu servisných misií mohol získávať energiu priamo z raketoplánu, teda z externého zdroja. Tento fakt hovoril v prospech možnosti pripojiť k ďalekohľadu externý zdroj energie namiesto výmeny vnútorných článkov.[81]

Znižovanie obežnej dráhy[upraviť | upraviť zdroj]

Hubble obieha Zem v extrémne riedkych horných vrstvách atmosféry a jeho orbita s časom klesá vplyvom brzdenia o atmosféru. Pokiaľ by nebol znova navedený na vyššiu obežnú dráhu, vstúpil by do atmosféry niekedy medzi rokmi 2010 až 2032. Presnejší dátum nie je možné určiť, pretože závisí okrem iného aj na slnečnej aktivite. Vplyv na dátum vstupu teleskopu do hustejších vrstiev atmosféry majú aj Hubblove gyroskopy. Pri vstupe do atmosféry by pravdepodobne neboli poškodené všetky systémy ďalekohľadu. Časti hlavného zrkadla a podporná štruktúra by asi prežili, podľa niektorých odhadov však existuje významné riziko (až 1:700), že v prípade pokusu o nápravu pomocou ľudskej posádky, mohlo by dôjsť ku stratám na životoch[82].

NASA pôvodne plánovala, že Hubbla na bezpečnú orbitu navedie v priebehu misie STS-144. To je však dnes už nereálne, pretože cena jedného letu raketoplánu je príliš vysoká (podľa niektorých odhadov okolo 500 mil. USD), navyše program raketoplánov bol už ukončený. V neprospech tejto misie hovorili aj obavy o bezpečnosť posádky raketoplánu. Namiesto toho NASA hľadá externý pohonný systém, ktorý by ďalekohľadu pomohol kontrolovane zvýšiť svoju orbitu.[83]

Referencie[upraviť | upraviť zdroj]

Tento článok je čiastočný alebo úplný preklad článku Hubble Space Telescope na anglickej Wikipédii (číslo revízie nebolo určené).

Tento článok je čiastočný alebo úplný preklad článku Hubbleův vesmírný dalekohled na českej Wikipédii.

  1. 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 (in Anglicky). American Physical Society - Phys. Rev (odborný časopis) (volume 70, číslo 9-10), 781 – 782.
  2. Spitzer, Lyman S (1979), History of the Space Telescope, Quarterly Journal of the Royal Astronomical Society, v. 20, p. 29. PDF version here.
  3. Spitzer, History of the Space Telescope, pp. 33 – 34.
  4. Spitzer, History of the Space Telescope, p. 34.
  5. The path to the Hubble Space Telescope. NASA.
  6. a b Dunar A.J., Waring S.P. (1999), Power To Explore -- History of Marshall Space Flight Center 1960 – 1990, US Government Printing Office, ISBN 0-16-058992-4 (Chapter 12, Hubble Space telescope: [1])
  7. Hubble: The Case of the Single-Point Failure. Science Magazine.
  8. HUBBLE SPACE TELESCOPE STAND-IN GETS STARRING ROLE. 21. september, 2001. http://www.gsfc.nasa.gov/news-release/releases/2001/h01-185.htm
  9. Hubble Space Telescope Systems. Goddard Space Flight Center. prístup: 2008-04-26.
  10. Dunar, p. 508.
  11. Brandt J.C. et al (1994). "The Goddard High Resolution Spectrograph: Instrument, goals, and science results". Publications of the Astronomical Society of the Pacific 106: 890 – 908. DOI:10.1086/133457.
  12. Bless R.C., Walter L.E., White R.L. (1992), High Speed Photometer Instrument Handbook, v 3.0, STSci
  13. Benedict, G. Fritz; McArthur, Barbara E. (2005). D.W. Kurtz (ed.) High-precision stellar parallaxes from Hubble Space Telescope fine guidance sensors. Cambridge University Press, strany: 333 – 346.
  14. Dunar, pp. 486 – 487.
  15. Nancy Grace Roman, "Exploring the Universe: Space-Based Astronomy and Astrophysics", in NASA SP-2001-4407: Exploring the Unknown Chapter 3, p. 536.
  16. Primer, Chapter 2.
  17. Diane Karakla, Editor and Susan Rose, Technical Editor (2004). HST Primer for Cycle 14.
  18. Hubble Space Telescope Servicing Mission 4 Space Telescope Operations Control Center. NASA.
  19. Tatarewicz, SP-4219, p. 371.
  20. STS-31. NASA. prístup: 2008-04-26.
  21. The European Homepage for the NASA/ESA Hubble Space Telescope — Frequently Asked Questions. prístup: 2007-01-10.
  22. Roman Piffl (1990). "HST: Senzácie zatiaľ v nedohľadne". Kozmos XXI (6): strany: 159 – 190.
  23. Burrows C.J. et al (1991). "The imaging performance of the Hubble Space Telescope". Astrophysical Journal 369 (part 2): L21. DOI:10.1086/185950.
  24. Tatarewicz, SP-4219, p. 375.
  25. Dunar, pp. 514 – 515.
  26. Allen, The Hubble Space Telescope Optical Systems Failure Report, chapter VII.
  27. Zdeněk Pokorný, Miroslav Zejda (2004). Vesmírné objevy - Invaze robotů do vesmíru. Computer Press, strany: 134 – 135. ISBN 80-251-0264-5.
  28. Dunar, p. 512.
  29. Allen report, strana 9 – 3.
  30. Mirror, Primary Backup, Hubble Space Telescope.. National Air and Space Museum. prístup: 2008-04-26.
  31. Chaisson, Eric (1994) The Hubble Wars; Astrophysics Meets Astropolitics in the Two-Billion-Dollar Struggle Over the Hubble Space Telescope. Harper Collins Publishers, ISBN 0-06-017114-6, p. 184.
  32. Allen, The Hubble Space Telescope Optical Systems Failure Report, appendix E.
  33. a b Tatarewicz, SP-4219, p. 376.
  34. Jedrzejewski R.I., Hartig G., Jakobsen P., Crocker J.H., Ford H. C. (1994). "In-orbit performance of the COSTAR-corrected Faint Object Camera" (abstract). Astrophysical Journal Letters 435: L7–L10. DOI:10.1086/187581.
  35. Tatarewicz, SP-4219, str. 384 – 387.
  36. Servicing Mission 1. NASA. prístup: 2008-04-26.
  37. Trauger, Ballester, Burrows, Casertano, Clarke, Crisp aj. (1994). The on-orbit performance of WFPC2 (Anglicky). Astrophysical Journal Letters. prístup: 2008-7-24.
  38. Trauger J.T., Ballester G.E., Burrows C.J., Casertano S., Clarke J.T., Crisp D.. et al. (1994). "The on-orbit performance of WFPC2" (abstract). Astrophysical Journal Letters 435: L3–L6. DOI:10.1086/187580.
  39. Servicing Mission 2 (Anglicky). NASA. prístup: 2008-7-24.
  40. a b NICMOS Temperature History (Anglicky). STSI. prístup: 2008-7-24.
  41. Servicing Mission 3A Overview (Anglicky). NASA. prístup: 2008-7-24.
  42. Lockheed Martin Missiles and Space. Hubble Space Telescope Servicing Mission 3A Media Reference Guide (Anglicky). pp. 5 – 9, sekcia 7.1.1. NASA. prístup: 2008-7-24.
  43. Servicing Mission 3 (Anglicky). NASA. prístup: 2008-7-24.
  44. Servisná misia 4 k Hubblu zrušená
  45. Boj za záchranu Hubbla
  46. Nový riaditeľ prehodnocuje rozhodnutie zrušenia servisnej misie č.4
  47. Hubble sa náhle odmlčal
  48. Posledné randezvous s Hubblom
  49. Nové zariadenia na skúmanie pôvodu vesmíru namontované do Hubblovho vesmírneho teleskopu
  50. Hubblov vesmírny teleskop na svojej poslednej ceste
  51. 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 (2001). "Final Results from the Hubble Space Telescope Key Project to Measure the Hubble Constant". The Astrophysical Journal 553 (1): 47 – 72. DOI:10.1086/320638.. Preprint available here.
  52. Supernova Cosmology Project. Lawrence Berkeley Laboratory. prístup: 2008-04-26.
  53. Seife, Charles. "Dark Energy Tiptoes Toward the Spotlight". Science 300 (5627): 1896–1897. DOI:10.1126/science.300.5627.1896. PMID 12817137.
  54. Hubble Confirms Existence of Massive Black Hole at Heart of Active Galaxy. Goddard Space Flight Center, NASA: (1994-05-25). prístup: 2008-04-26.
  55. Gebhardt, K. and Bender, R. and Bower, G. and Dressler, A. and Faber, SM and Filippenko, A.V. and Green, R. and Grillmair, C. and Ho, L.C. and Kormendy, J. and others (2000). "A Relationship between Nuclear Black Hole Mass and Galaxy Velocity Dispersion". The Astrophysical Journal 539: L13–L16. DOI:10.1086/312840. Preprint here.
  56. Hubble Confirms Abundance of Protoplanetary Disks around Newborn Stars. STScI: (1994-06-13). prístup: 2008-04-26.
  57. Hubble Finds Extrasolar Planets Far Across Galaxy. NASA: (2006-10-04). prístup: 2008-04-26.
  58. Autopsy of an Explosion. NASA: (1999-03-26). prístup: 2008-04-26.
  59. APOD: March 11, 1996 - Hubble Telescope Maps Pluto. NASA. prístup: 2008-04-26.
  60. Astronomers Measure Mass of Largest Dwarf Planet. NASA: (2007-06-14). prístup: 2008-04-26.
  61. STSCi newsletter, v. 20, issue 2, Spring 2003
  62. Benn C.R., Sánchez S.F. (2001). Scientific Impact of Large Telescopes (volume 113) (in Anglicky). Publications of the Astronomical Society of the Pacific, strany: 385.
  63. Primer, section 7.
  64. Fakty o Hubblovi
  65. The Hubble Telescope. STScI. prístup: 2008-04-26.
  66. Primer, section 7.2
  67. Primer, Chapter 7.
  68. The Hubble Heritage Project. STScI. prístup: 2008-04-26.
  69. Primer, section 7.2.1
  70. Primer, Section 7.1.1
  71. National Aeronautics and Space Administration 2003 Strategic Plan. NASA.
  72. The Hubble Heritage Project. STScI. prístup: 2008-04-26.
  73. HubbleSite. STScI. prístup: 2008-04-26.
  74. NewsCenter. STScI. prístup: 2008-04-26.
  75. News Release Archive: Entire Collection. STScI. prístup: 2008-04-26.
  76. Hubble Public Talks. STScI. prístup: 2008-04-26.
  77. The European Homepage For The NASA/ESA Hubble Space Telescope. ESA. prístup: 2008-04-26.
  78. Engineers Investigate Issue on One of Hubble's Science Instruments. NASA. prístup: 2008-04-26.
  79. ACS Status: February 21, 2007. Space Telescope Science Institute. prístup: 2008-04-26.
  80. Sembach, K. R., et al. 2004, HST Two-Gyro Handbook, Version 1.0, (Baltimore: STScI)
  81. Whitehouse, Dr. David, "NASA optimistic about Hubble fate", BBC News, 2004-04-23. z 2007-01-10.
  82. Whitehouse, Dr. David, "Why Hubble is being dropped", BBC News, 2004-01-17. z 2007-01-10.
  83. Cowing, Keith, "NASA Considering Deletion of Hubble Deorbit Module", SpaceRef, 2005-07-22. z 2007-01-10.

Iné projekty[upraviť | upraviť zdroj]