Hubblov vesmírny ďalekohľad

Hubblov vesmírny ďalekohľad alebo tiež Hubblov teleskop (skratka HST, z angl. Hubble Space Telescope) je vesmírny ďalekohľad na obežnej dráhe okolo Zeme mimo zemskej atmosféry. Jeho výhodou je, že dokáže vyhotoviť omnoho ostrejšie obrázky slabšie viditeľných či matných objektov ako ďalekohľady umiestnené na zemskom povrchu. Je považovaný za jeden z najväčších technologických úspechov 20. storočia, pretože prostredníctvom neho získavame množstvo predtým nedosiahnuteľných záberov.

Od začiatku projektu až po štart ďalekohľadu

Teleskop bol pomenovaný po významnom americkom astronómovi Edwinovi Hubblovi, ktorý sa vo svojich dielach zmienil o myšlienke vesmírneho ďalekohľadu a jeho výhodách. V roku 1946 astronómon L. Spitzer navrhol leteckej spoločnosti Douglas Aircraft Company skonštruovať ďalekohľad umiestený mimo Zeme, čím sa stal otcom myšlienky Hubblovho vesmírneho ďalekohľadu. Významný krok k presadeniu tejto myšlienky predstavovalo v roku 1966 vypustenie prvého Obiehajúceho astronomického observatória (OAO). Hoci misia OAO-1 bola neúspešná, misia OAO-2 uskutočňovala ultrafialové pozorovania hviezd a galaxií od jej štartu v roku 1968 až do roku 1972.

Tieto misie svetu konečne dokázali, aký veľký význam pre vývoj astrofyziky môžu mať výsledky pozorovania priamo z vesmíru. NASA začala pracovať na návrhu zrkadlového ďalekohľadu, známeho ako Veľký vesmírny teleskop (Large Space Telescope – LST). Pôvodné plány prešli viacerými zmenami najmä z finančných dôvodov. Pôvodný trojmetrový priemer zrkadla sa, napríklad, ukázal ako príliš nákladný a priemer bol zúžený na 2,4 metra. NASA neskôr požiadala o finančnú spoluprácu aj Európsku vesmírnu agentúru (ESA). V roku 1979 už išli všetky práce na konštrukcii v plnom prúde. Počas výroby sa však naskytli ďalšie problémy. Rozpočet bol výrazne presiahnutý, plánovaný termín ukončenia prešvihnutý. Vypustenie teleskopu bolo po viacerých odkladoch definitívne naplánované na október 1986, čiže o tri roky neskôr ako pôvodný dátum.

Keď začali všetky vízie o dokončení a konečnom vypustení vyzerať reálne, opäť sa muselo niečo pokaziť. 28. januára 1986 havaroval raketoplán Challenger krátko po svojom štarte. NASA okamžite zastavila svoj vesmírny program. Štart Hubblovho vesmírneho teleskopu bol odsunutý o štyri roky. Po túto dobu musel byť teleskop umiestnený v čistej miestnosti, musel byť pravidelne čistený dusíkom a zostať v prevádzke. Mesačne stálo len udržiavanie ďalekohľadu asi 6 miliónov dolárov. Na druhej strane, tento čas bol využitý na vykonanie rozličných vylepšení. Z pôvodnej odhadovanej sumy 400 miliónov dolárov, stál Hubble nakoniec až do svojho vypustenia viac než 2,5 miliardy dolárov.

Po obnovení vesmírneho programu bol Hubble 24. apríla 1990 úspešne vynesený na obežnú dráhu STS-31 pomocou raketoplánu Discovery.

Ako Hubble funguje

Teleskop je založený na podobných princípoch ako pozemské ďalekohľady. Základ tvorí dvojica zrkadiel odrážajúcich svetlo. Väčším z nich, objektívom, sa svetlo odráža na sekundárne zrkadlo na opačnom konci ďalekohľadu. Toto potom odráža svetlo do otvoru uprostred objektívu. Sústredené svetlo prechádza časťou prístroja, v ktorej sa nachádzajú kamery a iné zariadenia. Svetelný zväzok je podľa potreby nasmerovaný do určitého zariadenia. Pôvodne obsahoval teleskop päť detekčných prístrojov. Wide Field and Planetary Camera (WF/PC) bolo zariadenie s vysokým rozlíšením zobrazovania a bolo primárne určené pre pozorovania v optickej oblasti spektra. Goddard High Resolution Spectrograph (GHRS) bol spektrograf určený na snímanie objektov v ultrafialovej časti spektra. High Speed Photometer (HSP) mal za úlohu pozorovať premenné hviezdy a ostatné objekty, ktoré menia svoju jasnosť, v ultrafialovom a viditeľnom spektre. Faint Object Camera (FOC) bol určený pre pozorovanie detailov na veľmi malých plochách. Pôvodne sa tu ešte nachádzal spektrograf pre slabé objekty Faint Object Spectrograph (FOS).

Ďalekohľad obieha okolo Zeme po nízkej obežnej dráhe vo výške 550 km. Takto je ľahko prístupný pre raketoplány, ktoré zabezpečujú jeho servis a inováciu techniky. Nevýhodou nízkej dráhy je postupná strata výšky ďalekohľadu, a ktorá sa musí pri úpravách korigovať. Ďalekohľad však nie je v neustálom spojení s pozemským riadiacim centrom. Každých dvadsať minút obletu Zeme je spojenie prerušené, pretože teleskop sa nachádza nad opačnou pologuľou. Pre dosiahnutie nepretržitej komunikácie, je potrebné použiť zložitejší systém. HSP prenáša údaje prostredníctvom dvoch spojovacích družíc, ktoré sa nachádzajú okolo 35 000 km nad povrchom Zeme. Informácie sa zo satelitov prenášajú na základňu White Sands v Novom Mexiku a odtiaľ prostredníctvom ďalšej spojovacej družice do Goddardovho strediska vesmírnych letov vo Washingtone, ktoré spracováva technické údaje. Nespracované vedecké údaje sa prenášajú pomocou telefónnej siete do Vedeckého strediska vesmírneho ďalekohľadu v Baltimore.

Poruchy teleskopu a technická údržba

Už krátko po vypustení sa objavili prvé problémy, ktorými boli vibrácie spôsobené prechodom z osvetlenej do neosvetlenej strany Zeme. Počas prvých týždňov sa zas zistilo, že ďalekohľad má problém s optickým systémom, najmä v konečnom zaostrovaní snímok. Kvôli chybne vybrúsenému primárnemu sklu sa nedali zhotovovať snímky matných alebo kontrastných objektov. Kvôli tejto chybe sa NASA stala terčom ostrej kritiky. Problém bol napokon vyriešený špeciálne cvičenými astronautmi, ktorý chybu na mieste opravili inštaláciou optických korektorov. Táto oprava je známa ako Servisná misia 1. Okrem nej boli ešte vykonané štyri veľké servisné misie za účelom opravy alebo výmeny súčastí.

Technickú údržbu ďalekohľadu zabezpečuje NASA a Goddardovo stredisko pre vesmírne lety. Správnu prevádzku ďalekohľadu je monitorovaná 24 hodín denne štyrmi tímami letových kontrolórov, ktoré spolu tvoria Tím letovej prevádzky Hubblovho vesmírneho ďalekohľadu.

Prínosy teleskopu pre astronómiu

Hubblov vesmírny ďalekohľad je pre astronautov obrovským pomocníkom pri hľadaní odpovedí na mnohé otázky, pri definovaní nových teórií a overovaní starých. Hlavným cieľom ďalekohľadu bolo meranie vzdialenosti cefeíd, premenných hviezd, ktoré vykazujú veľmi dobrý vzťah medzi periódou premenlivosti a absolútnou svietivosťou. Azda najznámejšia hviezda, Polárka, patrí tiež medzi cefeidy. Na základe meraní sa podarilo výrazne znížiť rozsah Hubblovej konštanty, ktorej presná hodnota dodnes nie je známa. Hubblova konštanta je pre vedcov kľúčovým prvkom k zisteniu rýchlosti rozpínania vesmíru, ako aj k zisteniu jeho veku. Pred vypustením Hubblovho teleskopu dosahovala odchýlka až 50%, ale výsledky, ktoré teleskop priniesol pomohli znížiť túto hodnotu na 10%. Teleskop bol tiež použitý na pozorovanie ďalekých supernov, ktoré spresnili názory vedcov na rýchlosť rozpínania vesmíru.

Keďže Hubble dokáže vyrobiť snímky s vysokým rozlíšením, často sa používa na pozorovanie matných alebo slabšie viditeľných objektov. Výskum prostredníctvom tohto teleskopu dokázal, že výskyt čiernych dier v jadrách galaxií je omnoho bežnejší, ako sa predpokladalo. Vedcom bolo tiež umožnené pozorovať zrážku kométy Shoemaker-Levy 9 s planétou Jupiter v roku 1994 s veľmi veľkou ostrosťou. Teleskop bol dokonca použitý aj na pozorovanie objektov na konci Slnečnej sústavy, napríklad trpasličej planéty Pluto.

Medzi unikátne snímky patria tzv. Hubblove hlboké a ultrahlboké polia. Hubblovmu teleskopu sa podarilo to, čo žiadnemu inému prístroju predtým. Dokázal zostrojiť obrázky galaxií vzdialených od nás niekoľko miliárd svetelných rokov. Pri snímaní obrázkov týchto malých kúskov oblohy bola pritom použitá výnimočná citlivosť ďalekohľadu na vlnové dĺžky viditeľného svetla.