Historia Teleskopu Kosmicznego Hubble’a. Część 6

Hubble nie poleci 

Kiedy prace nad teleskopem postępowały. Perkin-Elmer ukończył szkielet, lustro i połączył je razem wraz z systemem celowniczym w 1984 roku, wiele lat po planowanym starcie teleskopu. Rok później wszystko to zostało przetransportowane do zakładów Lockheed, gdzie teleskop, pod nadzorem Marshalla, został złożony z obudową i instrumentami naukowymi dostarczonymi przez Goddarda. Zamontowano też panele słoneczne, zbudowane przez Europejską Agencję Kosmiczną, która nawiązała współpracę z NASA w sprawie HST już w 1975 roku. NASA było chętne na współpracę: ESA dostała by gwarantowany czas na użycie teleskopu, a NASA dostała by partnera w finansowaniu urządzenia.

Nastąpiły testy i kolejne testy. HST został oficjalnie ukończony i też w 1985 roku zaplanowano start teleskopu na pokładzie wahadłowca kosmicznego na jesień 1986 roku.

28 stycznia 1986 wydarzyła się największa tragedia NASA od czasów kapsuły Apollo 1.57 74 sekundy po starcie w powietrzu wybuchł wahadłowiec Challenger – ofiara tego samego ignorowania problemów przez managerów, który trapił NASA w latach 70-tych i 80-tych. Tragedia ta sprawiła, że start teleskopu Hubble’a znowu został opóźniony, zwłaszcza, że Teleskop Hubble’a był kolejnym planowanym ładunkiem dla Challengera i miał zostać wyniesiony na orbitę przez ten właśnie wahadłowiec na jesień 1986 roku.58 Dla pracujących nad teleskopem jednak był tu też pewien plus – otrzymali oni więcej czasu na ukończenie teleskopu. 

HST został więc dopracowany, a później schowany do magazynu, gdzie teleskop oczekiwał na start, który miał nastąpić dopiero po wznowieniu lotów wahadłowcami. Te zostały zawieszone po tragedii Challengera – przez lata naukowcy analizowali, co poszło nie tak, a potem przebudowywali silniki wahadłowców, by NASA znów mogła latać.

I tak HST miał czekać w zamknięciu aż do 1990 roku. Po latach oczekiwania, kiedy nadeszła jego pora, teleskop Hubble’a został przetransportowany samolotem na Florydę, gdzie ostatecznie umieszczono go w ładowni promu kosmicznego. 24 kwietnia 1990 roku wahadłowiec Discovery wystartował z Przylądka Canaveral na Florydzie. W końcu, po wielu latach pracy, teleskop kosmiczny znalazł się na orbicie. Co dla wielu kojarzyło się z końcem opowieści, okazało się być dopiero początkiem.

Ilustracja 3: Start Hubble’a na pokładzie Discovery (NASA/ESA)

Hubble na orbicie

Kiedy Teleskop Kosmiczny Hubble’a znalazł się na orbicie, kolejnym krokiem było jego skalibrowanie i wykonanie wielu testów, nim naukowcy mogli w końcu przejść do pierwszego światła. Pierwszym światłem nazywa się moment, kiedy dany teleskop wykonuje swoją pierwszą obserwację. 

Zanim jednak teleskop mógł wykonać pierwsze zdjęcia, Centrum Marshalla i Perkin-Elmer, teraz znany już jako Hughes-Danbury Optical Systems po wykupieniu przez General Motors, planowali poświęcić sześć tygodni na kalibracje HST oraz na „przewietrzenie” teleskopu. Chciano się tym samym upewnić, że wszelkie gazy ujdą z wnętrza instrumentu, by nie doszło do jakichkolwiek zwarć w instalacji. Po sześciu tygodniach testów Marshall miał przekazać oficjalnie kontrolę nad teleskopem dwóm instytucjom: Centrum Goddarda i Instytutowi Naukowemu Teleskopu Hubble’a. Przez kolejne sześć tygodni te dwie instytucje wykonywałyby własne testy i kalibracje, by ostatecznie dopuścić HST do użytku naukowego. 

Szybko okazało się, że plany można wyrzucić do kosza – HST nie zachowywał się tak, jak oczekiwano. Już wkrótce po umieszczeniu na orbicie inżynierowie odkryli, że nie są w stanie utrzymać teleskopu na celu. HST trząsł się i drgał na tyle, że jakiekolwiek dłuższe obserwacje w ogóle nie były możliwe. Po krótkim śledztwie okazało się, że problem tkwi w panelach solarnych teleskopu. Te dostarczyła Europejska Agencja Kosmiczna lata wcześniej. Okazało się, że inżynierowie nie wzięli pod uwagę różnic temperatur pomiędzy oświetloną a zaciemnioną orbitą HST na tyle, by ich panele były przygotowane na te różnice. Kiedy więc światło słoneczne padało na panele, te nie wytrzymywały gwałtownego wzrostu temperatury i zaczynały poważnie drgać. Drgania te przenosiły się na resztę teleskopu, uniemożliwiając obserwacje. Takie drgania trwały od kilku minut do pół godziny. Jednocześnie, teleskop pokonywał swoją orbitę tak szybko, że pomiędzy jasną a ciemną stroną tejże leciał zaledwie przez 45 minut – to sprawiało, że czas na możliwe obserwacje skracał się do kilku minut. 

Ustawienie ostrości teleskopu również dostarczało problemów – wbudowane w HST interferometry miały pomóc inżynierom szybko ustawić ostrość, działając podobnie jak RNC, ale z nieznanego wtedy powodu inżynierzy nie byli w stanie tej ostrości uzyskać. Miesiąc po umieszczeniu teleskopu na orbicie nie było żadnych postępów w kalibracji urządzenia. 

Opinia publiczna domagała się szybkiego udostępnienia pierwszych zdjęć wykonanych przez teleskop kosmiczny, co znowu było nie na rękę naukowcom, również i tym, którzy pracowali nad teleskopem, a którzy w zamian za pracę otrzymali gwarantowany czas przy HST. Mogli więc przeprowadzić swoje badania i obserwacje przed kimkolwiek innym. Z uwagi na to podejście, nikomu nie śpieszyło się do wykonania pierwszych oficjalnych zdjęć. Osobom pracującym nad Hubblem udało się wynegocjować całe 7 miesięcy czasu obserwacyjnego i w tym samym czasie nikt nie myślał o zdjęciach dla opinii publicznej, która w końcu sfinansowała budowę HST – budżet federalny bowiem finansowany z podatków. Pod koniec lat 80-tych rzecznik Instytutu Naukowego Teleskopu Kosmicznego, Eric Chaisson proponował różne rozwiązania, byle by tylko opublikować zdjęcia dla mediów, ale naukowcy odrzucali wszelkie pomysły. 

Ostatecznie, nikt pracujący nad Hubblem nie opracował planu na publikację zdjęć, mimo iż media się takowych domagały. Ale już wkrótce przed startem wahadłowca Discovery w kwietniu 1990 roku, Lennard Fisk, ówczesny dyrektor naukowy NASA, na konferencji prasowej obiecał reporterom zdjęcia – choć z nikim tego wcześniej nie ustalił. I tak cztery tygodnie po wystrzeleniu HST, pierwsze zdjęcie zaczęło ściągać się na ekran komputera. Wykonano je 20 maja 1990 roku i prasa miała mieć do niego dostęp w tym samym czasie, co naukowcy.59

Nie było to do końca prawdą mimo teoretycznych ustaleń. Zdjęcie to, pokazujące gwiazdy z regionu gwiazdozbioru Kila,60 zostało już wcześniej wyświetlone w Baltimore, choć reporterzy znajdowali się w Centrum Goddarda zgodnie z planami prasowymi NASA. W centrum operacji naukowych HST w Baltimore czekali tymczasem podekscytowani naukowcy, wśród nich Roger Lynds, który wraz z Westphalem budował kamerę WF/PC. Kiedy pierwsze światło trafiło na ekran komputera, a technik pracował z kontrastem, Lynds zaczął się martwić – obraz na ekranie nie przypominał niczego, czego Lynds oczekiwał. Pojawiły się pierwsze podejrzenia, że coś jest nie tak z optyką teleskopu, zwłaszcza, że technicy z Marshalla nie informowali o problemach z kalibracją kolegów z Baltimore. Tak wyglądało zamieszanie wokół pierwszego światła. Naukowcy w Baltimore zobaczyli zdjęcie jako pierwsi, ale martwili się, bo coś było nie tak. Było to niespodziewane, bowiem Marshall nie informował nikogo o swoich problemach z kalibracją. A reporterzy i tak byli zadowoleni, bo dostali to, czego chcieli.

Reporterzy mieli więc swoje pierwsze zdjęcie, inżynierowie mieli trochę spokoju, ale w Instytucie teleskopu w Baltimore zaczęto się martwić. Chris Burrows, pracownik Instytutu również miał pewne obawy, że coś jest nie tak. Jego zadaniem w Instytucie była interpretacja danych zbieranych przez teleskop. Dodatkowo, wspólnie z Hashimą Hasan napisał oprogramowanie do symulacji obserwacji wykonywanych przez Hubble’a, by mieć materiał porównawczy. Kiedy Lynds zaczął na spotkaniach naukowców sugerować problem z optyką, Burrows pracował już nad swoimi symulacjami komputerowymi. 

Pierwsze światło pokazywało różne gwiazdy, ale Burrows skupił się na jednej z nich, Iota Carina.61 Ta nie wyglądała tak, jak powinna – większość światła była rozmazana, podczas gdy symulacje wykazały, iż światło gwiazdy powinno być dobrze skupione na zdjęciu. Gwiazda miała też dziwne macki – artefakty powstałe przy wykonywaniu zdjęcia. Potencjalnych źródeł tego problemu było wiele, Burrows nie wiedział więc, czego dokładnie szukać. Swoje obawy przedstawił na kolejnym spotkaniu w Centrum Goddarda – wytłumaczył, na bazie wielu dni analiz, że obrazy tworzone przez Hubble’a mogą mieć jedną z dwóch przyczyn: aberrację komatyczną lub aberrację sferyczną – obydwie wady sprawiają, że światło – zamiast skupiać się w jednym punkcie zwierciadła – skupia się w różnych punktach tegoż, prowadząc do rozmazania obrazów i powstawania artefaktów. Na spotkaniu tym, 22 maja, zasugerowano użycie tylnich aktuatorów zwierciadła głównego do wyregulowania obrazu. Niestety, praktycznie nikt nie uwierzył w twierdzenia Burrowsa. Dlatego nie poczyniono żadnych starań w kolejnych dniach, by rozwiązać problem. 

Inżynierowie w Marshallu wykonywali więc kolejne zdjęcia i kolejne kalibracje, próbując uzyskać ostrość w teleskopie z pomocą dostępnych środków, ale bez użycia aktuatorów.

I zapewne trwało by to bardzo długo, gdyby nie Sandra Faber. Szanowana i doświadczona naukowiec, była członkiem zespołu Jima Westphala budującego kamerę WF/PC. 

31 maja wykonano zdjęcie galaktyki NGC188 – miało ono pomóc dalszym próbom kalibracji teleskopu kosmicznego. Zdjęcie to trafiło również do Sandry Faber. Sprawiło ono, że Faber zaczęła na poważnie podejrzewać aberrację sferyczną zwierciadła głównego. Swoje podejrzenia przedstawiła innym członkom projektu, ale nie przyniosło to rezultatu. Jednocześnie, Marshall upierał się przy swoich próbach naprawienia teleskopu, a Hughes-Danbury bronił się przed wypuszczeniem danych ze swoich analiz problemu. Burrows liczył na aberrację komatyczną, którą dałoby się łatwo naprawić aktuatorami. W gruncie rzeczy, wszyscy krążyli po omacku.

Faber jednak nie poddawała się łatwo – chodziła na spotkania, domagała się kolejnych zdjęć i udostępnienia informacji. Faber udało się przekonać zespół do wykonania serii zdjęć testowych – miało to miejsce 14 czerwca. Były one jeszcze bardziej zamazane, niźli się spodziewano. 19 czerwca Hughes-Danbury udostępnił w końcu dane o aktuatorach i ich możliwościach. Dopiero wtedy zespół Hubble’a zrozumiał, że nie ma znaczenia, jaką aberrację ma HST – żaden sprzęt na pokładzie teleskopu nie był w stanie naprawić błędu optycznego. 

Faber wciąż jednak nie była pewna, co jest problemem w teleskopie. Użyła więc symulacji Burrowsa by przeanalizować różne możliwości. Komputer wykonywał symulacje, a HST dostarczał kolejne zdjęcia porównawcze. Idea była prosta – komputer musiał stworzyć te same obrazy, co teleskop – wtedy wiedziano by, co jest przyczyną błędów optycznych. 24 czerwca komputer dostarczył odpowiednich danych z pomocą jednego ze zdjęć. 

Na dzień następny Faber wraz z Jonem Holtzmanem przygotowali prezentację na kolejne spotkanie całego zespołu teleskopu kosmicznego. Holtzman poprowadził tę prezentację – w rezultacie, na bazie przedstawionych danych i dowodów, 25 czerwca 1990 roku cały zespół naukowy był już pewny – Teleskop Kosmiczny Hubble’a miał aberrację sferyczną zwierciadła głównego. Zwierciadło zostało źle wypolerowane. 

***

Kiedy źródło problemu było już znane, zaczęto szukać rozwiązania, mimo obecnego wśród członków projektu lęku, że NASA może uśmiercić projekt teleskopu. A gdyby nie zrobiła tego NASA, zrobiłby to Kongres, który od dawna szukał sposobu na cięcie kosztów agencji kosmicznej. Pojawiły się sugestie, aby problem optyki rozwiązało specjalne oprogramowanie komputerowe, które by kompensowało błąd optyczny. Dwa dni po prezentacji Faber i Holtzmana, odbyło się kolejne spotkanie grupy roboczej, w czasie którego zespoły poszczególnych instrumentów naukowych na pokładzie teleskopu przedstawiły, jak aberracja sferyczna wpływa na ich instrumenty.

Najważniejszym instrumentem Hubble’a była kamera WF/PC, stanowiąca główny detektor teleskopu. 50 procent obserwacji teleskopu miało być prowadzonych właśnie przez tę kamerę. Aberracja sferyczna uśmierciła jednak wszystkie plany obserwacyjne – WF/PC nie była zdolna do pracy z tak dużą wadą optyki. Tak samo sytuacja wyglądała z FOC. Problemy miał też fotometr HSP, oraz spektrograf FOS. Spektrografy jednak były do pewnego stopnia użyteczne, bowiem nie potrzebowały ostrości, a tylko odpowiednią ilość światła, więc Hubble wciąż mógł być przydatny, o ile spektrografy dostałyby więcej czasu na obserwacje i naświetlenia. 

Ale naukowcy nie chcieli kolejnego spektrografu – tylko teleskopu optycznego na orbicie. Pomysł ściągnięcia HST z orbity w celu wykonania napraw nie wchodził w grę. Praktycznie przypieczętował to Ed Weiler w 1983 roku, następca Nancy Roman. To Weiler przekonał NASA do obsługi teleskopu z pomocą regularnych lotów wahadłowcami kosmicznymi. To także Weiler znalazł fundusze na budowę drugiej, zapasowej kamery WF/PC, później znanej jako WF/PC-2, oraz nowego spektrografu STIS i kamery podczerwonej NICMOS. Dzięki Weilerowi w 1990 roku wszystkie te trzy instrumenty były na dobrej drodze do ukończenia budowy, celem montażu w czasie pierwszej misji serwisowej Hubble’a, planowanej na 1993 rok, i drugiej misji w 1996. Te misje zaplanowano jeszcze przed wystrzeleniem HST na orbitę w 1990 roku. Jeśli teleskop dałoby się naprawić, trzeba było wysłać do niego wahadłowiec. O ile więc ściągnięcie teleskopu na Ziemię nie wchodziło w grę, to działania Weilera sprzed wielu lat wpłynęły pozytywnie na możliwości uratowania Hubble’a.

Pośrednio dzięki Weilerowi, nowa kamera WF/PC-2 była gotowa do startu – a zespół ją budujący był pewien, że dzięki posiadanym danym o wadzie optycznej lustra głównego Hubble’a, jego ludzie z łatwością wbudują w nową kamerę optykę korekcyjną, odzyskując zdolność ostrego widzenia. Podobnie sytuacja wyglądała ze STIS i NICMOS – dzięki odpowiednim danym, optyka korekcyjna mogła być wbudowana w te dwa instrumenty.

Tego samego dnia, kiedy naukowcy zaczynali prace nad koncepcją odratowania teleskopu, inni naukowcy oznajmiali światu problem na konferencji prasowej. 27 czerwca 1990 roku cały świat dowiedział się o „bublu za miliard dolarów”. Nagłówki gazet dużym drukiem oznajmiały porażkę NASA. Dla agenji był to kolejny cios – kilka lat wcześniej, w 1986 roku, tragedią zakończył się start promu Challenger. Hubble był ofiarą tej samej polityki agencji z lat 70-tych i 80-tych, która doprowadziła wtedy do śmierci astronautów. Ten kiepski PR sprawił, że dla NASA uratowanie teleskop kosmicznego zaczęło nagle jawić się jako punkt honoru – NASA miała okazję pokazać – po raz kolejny – że jest w stanie zmienić swój sposób bycia. Ale wtedy, 27 czerwca, były to dopiero zaczątki idei.

Jeszcze tego samego dnia powołana została komisja śledcza, która miała odkryć, dlaczego lustro główne HST miało wadę. Nazwana od przewodniczącego Lew Allena komisja Allena, stawiła się 25 lipca 1990 roku do warsztatu w Danbury, gdzie dawny Perkin-Elmer budował lustro. Komisja odkryła, że pomieszczenie z RNC, w którym wykonywano pomiary zwierciadła głównego, nie było w ogóle ruszane od czasów budowy teleskopów. Komisja szybko odkryła dodatkowe podkładki w RNC, a potem znaleźli przyczynę dodatkowego 1,3 milimetra na pręcie mierniczym – laser przez niego świecący dawał błędne pomiary – w jednej z przesłonek, tej z otworem na laser, odprysła farba. Laser świecił nie tak, jak powinien, odbijał się błędnie od przeciwległej przesłonki w pręcie i w efekcie dał pomiar przesunięty o 1,3 milimetra. W rezultacie, Perkin-Elmer wypolerował lustro zbyt płasko.

Przypisy

57 27 stycznia 1967 cała, trzyosobowa załoga Apollo 1 zginęła w pożarze kapsuły w ramach testów na stanowisku startowym. Byli to pierwsi astronauci, którzy zginęli w ramach amerykańskiego programu kosmicznego.

58 Dickinson, s. 17.

59 Zimmerman, s. 125.

60 Jeden z gwiazdozbiorów nieba południowego. 

61 W języku polskim znana pod nazwą Aspidiske lub Scutulum.

Author: Wojciech Usarzewicz

Pisał dla Blomedia i Antyweb, komponuje muzykę, na co dzień pracuje w branży wydawniczej.