Menu Zamknij

Historia Teleskopu Kosmicznego Hubble’a. Część 12

Instrumenty naukowe HST

W 2009 roku odbyła się ostatnia misja serwisowa teleskopu kosmicznego. Uzupełniła ona wyposażenie HST. Aktualnie na pokładzie teleskopu znajdują się następujące instrumenty naukowe.

WFC-3 – to najnowsza wersja kamery szerokokątnej (kamery szerokiego pola). Pierwotnie, HST był wyposażony w kamerę WF/PC, którą zastąpiono nową, WF/PC-2 w czasie pierwszej misji serwisowej w 1993 roku. W 2009 roku zamontowano WFC-3. Kamera ta obserwuje Wszechświat w zakresie od ultrafioletu do podczerwieni. To właśnie ta kamera odpowiedzialna jest za najpiękniejsze zdjęcia kosmosu, dostarczone nam przez Hubble’a.

COS – ang. Cosmic Origin Spectrograph, czyli Spektrograf Początków Kosmosu to bardzo czuły detektor zainstalowany w 2009 roku, obserwujący kosmos w zakresie ultrafioletu. 

ACS – Zaawansowana Kamera Przeglądowa zainstalowana w 2002 roku zastąpiła kamerę FOC. Jest kamerą obserwującą Wszechświat w zakresie od ultrafioletu po podczerwień i dzięki swojej wysokiej rozdzielczości i polu widzenia, pozwala na wykonywanie rozległych fotografii, stąd nazwa. ACS składa się z trzech osobnych instrumentów: kamery szerokokątnej WFC, kamery o wysokiej rozdzielczości HRC oraz kamery przesłaniającej Słońce SBC, czyli właśnie koronografu.

STIS – Spektrometr Obrazujący Teleskopu Kosmicznego zastąpił wysłużony GHRS w 1997 roku, jest połączeniem kamery i spektrografu. Wspiera COS w badaniu odległych kwazarów i czarnych dziur. STIS, dzięki możliwością analizy widma, pozwala na badanie temperatury, czy składu chemicznego odległych obiektów.

NICMOS – Kamera Bliskiej Podczerwieni i Spektrometr Multiobiektowy to kolejny instrument zainstalowany w czasie misji serwisowej w 1997 roku. Jest instrumentem skupiającym się na obserwacji kosmosu w podczerwieni i stanowi cenne narzędzie w badaniu najodleglejszych i najstarszych obiektów kosmicznych. Z uwagi na konieczność pracy w niskich temperaturach, posiada swój własny system chłodzenia, utrzymujący temperaturę -195 stopni Celsjusza.

Te pięć instrumentów stanowi jedyne wyposażenie naukowe na pokładzie teleskopu kosmicznego. COSTAR został już wcześniej zdemontowany w 2009 roku, by zrobić miejsce dla spektrografu COS. Wszystkie instrumenty na pokładzie HST posiadają już własną, wbudowaną optykę korekcyjną, dzięki czemu COSTAR, po 16 latach pracy, mógł w końcu przejść na emeryturę.

W 1990 roku HST został wysłany w kosmos z kamerą WF/PC-1, spektrografem GHRS i FOS, kamerą FOC i fotometrem HSP. FOC to kamera obiektów słabych, która zdolna była do obserwacji światła widzialnego i zakresu promieniowania ultrafioletowego w pewnej części. Posiadała dużą rozdzielczość, dzięki czemu pozwalała na fotografowanie bardzo słabych i odległych obiektów. FOS natomiast był spektrografem obiektów słabych, obserwującym kosmos zarówno w ultrafiolecie, jak i bliskiej podczerwieni. Pozwalał na analizę widma obiektów, tym samym pozwalając na przykład na badanie składu chemicznego. W końcu, GHRS był spektrografem o wysokiej rozdzielczości służącym do obserwacji Wszechświata w ultrafiolecie. FOS i GHRS miały podobne zadanie, ale FOS wykonywał obserwacje o małej rozdzielczości dla słabych obiektów, a GHRS obserwował jasne obiekty w dużej rozdzielczości. 

HSP był szybkim fotometrem, pozwalającym na pomiar zmian jasności obserwowanych obiektów. 

Pierwsza misja serwisowa zamieniła WF/PC-1 na drugą wersję, WF/PC-2, a także zastąpiła fotometr HSP urządzeniem COSTAR. Druga misja serwisowa zastąpiła GHRS STISem, a FOS został poświęcony na rzecz NICMOSa. W czasie czwartej misji serwisowej, czyli 3B, FOC zastąpiony został przez ACS. W czasie ostatniej misji serwisowej WF/PC-2 została zastąpiona przez WFC-3, a COSTAR zamieniono na COS.

Wszechświat, jakiego nie znamy

Lyman Spitzer powiedział kiedyś, iż teleskop kosmiczny pozwoli nam uzyskać odpowiedzi na pytania, których jeszcze nie ośmieliliśmy się zadać. Miał rację, choćby w przypadku odkrycia ciemnej energii, o której istnieniu nawet nie śniliśmy w czasach, gdy HST był projektowany. Hubble, choć jest instrumentem naukowym, to jest również symbolem. 

Ideologiczna rola Hubble’a

Teleskop kosmiczny Hubble’a to nie tylko cud technologii XX wieku. To także pewien symbol, idea, która przelała się na ludzi bez względu na ich narodowość, rasę, wyznanie czy poglądy.

Zdjęcia wykonane przez Hubble’a “nie znają ani granic narodowych ani różnic ideologicznych. Nie znają barier językowych ni kulturalnych (…)”, napisał w swojej książce Terence Dickinson. “Zdjęcia Hubble’a (…) dotarły do ludzi w każdym wieku, przypominając nam wszystkim, że żyjemy na małej planecie w sercu rozległego Wszechświata, którego zaledwie cząstkę znamy.”

“Teleskop kosmiczny Hubble’a zyskał miejsce w podręcznikach historii, które będą publikowane w kolejnym millenium”, pisze Dickinson. HST jest “czystym przejawem ludzkiej ciekawości.”82

Już w 1994 roku Chaisson pisał, iż Hubble jest w stanie zainspirować dzieci i młodzieży do podążania ścieżką nauki i obierania kierunku karier naukowych. Po 20 lat można przyznać, iż Hubble z pewnością rozbudził nie tylko umysły młodzieży, ale i starszych ludzi.83

Dickinson wskazuje ważną rzecz – ideę stojącą za teleskopem Hubble’a. Teleskop ten trafił do świadomości opinii publicznej już w momencie, gdy prom kosmiczny Discovery pędził w obłokach ognia na orbitę, by umieścić tam warty miliardy dolarów sprzęt, będący efektem 20 lat pracy. Opinia publiczna zapamiętała Hubble’a kilka tygodni później, gdy “bubel za miliard dolarów” trafił na pierwsze strony gazet, wraz z informacją o wadzie zwierciadła głównego. Na stałe jednak Hubble zakorzenił się w ludzkich umysłach, gdy jego zdjęcia przeszły najśmielsze oczekiwania. Gdy Hubble pokazał nam Wszechświat z jego gwiazdami, mgławicami i gromadami galaktyk w jakości, jakiej nigdy wcześniej nie doświadczyliśmy, wtedy nic już nie mogło zmienić faktu, ze Hubble na stałe zagości w umysłach zwykłych ludzi. Na potwierdzenie faktu wystarczy wspomnieć o popularności publikowanych na całym świecie albumach, prezentujących zdjęcia wykonane przez HST.

Ludzie dziś w różnych zakątkach globu znają Teleskop Kosmiczny Hubble’a. Znają wiele jego zdjęć, czasem bezpośrednio, a czasem pośrednio, dzięki plakatom, filmom science fiction i mass-mediom, w których efekty pracy teleskop przejawiają się od 25 lat. Dickinson zwraca nam uwagę, iż zdjęcia Hubble’a często stają się ikonami w popkulturze, obecnymi na kubkach, koszulkach, okładkach popularnych magazynów, ale też pojawiają się w tle hollywoodzkich superprodukcji. 

Na swój sposób, Teleskop Hubble’a stał się naszym współczesnym lotem Armstronga na Księżyc. Wyścig na Księżyc był siłą napędową dla rozwoju technologii, ale był też sposobem na przyciągnięcie ludzi do nauki i astronomii. Całe pokolenia inżynierów i naukowców, którzy dziś pracują przy Hubble’u czy badają Wszechświat, mogą wspominać, jak program Apollo ich inspirował. Inni naukowcy mogą wspominać, jak pierwsze zdjęcia Hubble’a przekonały ich do wybrania takiego, a nie innego zawodu. A kolejne pokolenia wciąż się edukują, wybierając swoje przyszłe ścieżki kariery. Ciągła, tak silna pozycja Hubble’a w mediach, ale też w popkulturze, to jeden ze sposobów na przekonywanie młodych ludzi do wejścia na ścieżkę nauki, od inżynierii po astrofizykę. 

Następca Hubble’a

Teleskop Hubble’a nie jest jedynym teleskopem kosmicznym. W przestrzeni są umieszczone jeszcze teleskopy Spitzer oraz Chandra X Ray Observatory, a także teleskop Keplera, a i to nie wszystko. Lecz tylko teleskop Hubble’a jest teleskopem optycznym, umożliwiającym obserwowanie tak szerokiego spektrum promieniowania elektromagnetycznego, od ultrafioletu po podczerwień. Co ciekawe, to właśnie sukcesy Hubble’a ułatwiły wysłanie na orbitę kolejnych teleskopów – świetne osiągnięcia naukowe i płynne misje serwisowe były kartą przetargową, która umożliwiła agencjom kosmicznym wybudowanie kolejnych obserwatoriów orbitalnych.

Mimo obecności wielu teleskopów kosmicznych w przestrzeni, takich jak Kepler, Spitzer, Chandra czy SWIFT, ich możliwości są ograniczone – żadnej z nich nie ma takich zdolności obserwacyjnych, jak Hubble. Wielu naukowców zaczyna coraz intensywniej myśleć o zastąpieniu HST nowym instrumentem. W 2018 roku w kosmos ma polecieć Teleskop Kosmiczny Jamesa Webba o lustrze znacznie większym, niż to w HST, ale jednak przeznaczonym zaledwie do obserwacji kosmosu w spektrum podczerwieni. W latach 20-tych do użytku zostanie oddany także teleskop EELT budowany przez Europejską Agencję Kosmiczną, który będzie największym teleskopem optycznym naziemnym. Korzystając z najnowszych zdobyczy technicznych, ma być równie potężny, jak Hubble, a nawet silniejszy.

Mimo wszystko nawet najlepsze oprogramowanie i najwyższa góra nie są w stanie zaoferować nam tego, co oferuje nam obecność dużego teleskopu optycznego na orbicie okołoziemskiej. Nowe teleskopy orbitalne i ich sukcesy dają nam jednak nadzieję. Tę daje też rozwijający się rynek prywatnych systemów nośnych, takich jak SpaceX czy Orbital ATK. Nowe pomysły na górnictwo kosmiczne i druk 3D na orbicie również są częścią większej układanki. Być może za 10, 20 czy 30 lat rozwój technologii skłoni nas do umieszczenia w kosmosie kolejnego teleskopu optycznego, znacznie potężniejszego, niż sam Hubble.

Sam Instytut Teleskopu Kosmicznego rozpoczął już prace nad koncepcją następcy, projekt nazywa się ATLAST. Jeśli zostanie zrealizowany, nowy teleskop z pewnością dostanie bardziej wdzięczną nazwę.

Wstępne szkice projektowe sugerują, iż ATLAST może mieć zwierciadło główne o średnicy od 8 do prawie 17 metrów i miałby być teleskopem optycznym, zdolnym do obserwacji kosmosu w świetle zarówno w ultrafiolecie, jak i w świetle widzialnym i podczerwieni. I podobnie jak teleskopem Jamesa Webba, miałby zostać umieszczony w punkcie L2 dla systemu Ziemia-Słońce. Olbrzymia rozdzielczość tego teleskopu sprawia, iż głównym celem ATLASTa byłoby poszukiwanie życia w kosmosie na bazie analizy widm planet pozasłonecznych. Jeśli projekt zostanie zrealizowany, powinien polecieć w kosmos już w latach 30-tych. ATLAST ma być zasilany panelami solarnymi i ma być serwisowany albo przez kapsuły Orion z załogą, albo przez automatyczne sondy-roboty. 

Aktualnie pracują grupy robocze, które rozwijają ideę nowego teleskopu, podobnie jak w latach 60-tych i 70-tych pracowały grupy rozwijające Hubble’a, zanim projekt oficjalnie trafił do budżetu. Z pewnością przez najbliższe kilka lat projekt nie ruszy oficjalnie, bowiem NASA skupia się na budowie Jamesa Webba.

Hubble okazał się być olbrzymim sukcesem mimo wielu lat problemów i komplikacji. Jeśli James Webb okaże się równie dużym sukcesem, a rozwój technologii i opłacalności lotów będzie wciąż pędził do przodu, być może w najbliższych dziesięcioleciach uda się zbudować kolejny kosmiczny teleskop optyczny, który – podobnie jak Hubble – pokaże nam Wszechświat, jakiego jeszcze nie znamy. A sam HST jeszcze przez jakiś czas będzie pracował na orbicie.

Jak zakończy się era Hubble’a?

Misja serwisowa w 2009 roku była ostatnią wizytą astronautów przy HST. W 2011 roku w kosmos poleciał ostatni wahadłowiec, a potem NASA zamknęła program promów na dobre. Aktualnie, to znaczy w momencie pisania tych słów, nie ma możliwości dotarcia do Hubble’a z załogową misją serwisową. Jeśli coś pójdzie nie tak – zepsuje się koło reakcyjne, przepalą się komputery, wysiądą żyroskopy – będzie to koniec Teleskopu Kosmicznego.

Ale teraz – prawie siedem lat po ostatniej misji serwisowej, Teleskop Kosmiczny Hubble’a wciąż jest w świetnym stanie technicznym, jak zapewnia jego naziemna obsługa. Ta aktualnie znajduje się w Baltimore, USA, w Instytucie Naukowym Teleskopu Kosmicznego.

Jeśli nic niespodziewanego się nie stanie, HST będzie działał bez problemu co najmniej do 2024 roku. Przez długi czas będzie współpracował z Teleskopem Kosmicznym Jamesa Webba, który ma zostać wyniesiony do punktu L2 2021 roku.84

Dni HST są jednak policzone. Hubble znajduje się na wysokości 568 kilometrów, gdzie pokonuje swoją regularną orbitę wokół Ziemi. Ale wciąż znajduje się w resztkach ziemskiej atmosfery, dlatego na Hubble’a działa opór atmosferyczny, powoli go wyhamowując i obniżając jego orbitę, nie można też zapomnieć o sile grawitacji naszej planety. Modele i wyliczenia są różne, ale ogółem mówiąc, gdzieś pomiędzy 2024 a 2030 rokiem Hubble spadnie na Ziemię – ponieważ jest dość duży, nie spłonie całkowicie w atmosferze, a jego szczątki mogą spaść na tereny zamieszkałe. Nie byłby to dobry koniec tego cudu techniki.

Dlatego NASA i ESA z pewnością będą musiały podjąć konkretne kroki. Najprawdopodobniej zbudowana zostanie sonda, sterowana komputerowo, która poleci do Hubble’a z własnymi silnikami. Od sprawności Hubble’a będzie zależeć, co nastąpi dalej. NASA może bowiem dokonać deorbitacji Hubble’a, sprawiając, że jego szczątki spadną bezpiecznie do Pacyfiku. Ale może też wynieść teleskop wyżej na orbitę, przedłużając jego życie o kolejne 5, 10 lub nawet 15 lat, zakładając, że jego instrumenty pokładowe będą wciąż działać. 

W Hubble’u zepsuć może się wiele – elektryka i elektronika miejscami ma ponad 25 lat. Żyroskopy czy koła reakcyjne są dość delikatnymi instrumentami i psuły się już w przeszłości. Komputery też mogą zawieść. Na szczęście dla samego Teleskopu, kontrola misji ma opracowane szczegółowe plany działania na wypadek każdego problemu – jeśli coś się zepsuje, zapewne uda się to jakoś ominąć, a Hubble będzie mógł jeszcze długo działać. 

Mamy jeszcze trochę czasu – kto wie, jak rozwinie się technika na przestrzeni kolejnych kilku lat. Jeśli technologia pozwoli, Hubble może mieć przed sobą jeszcze 10, a może i kolejne 25 lat. NASA nie zamyka sobie drzwi – świadczyć może o tym sam fakt, iż budowy teleskop Jamesa Webba będzie wyposażony w moduł dokujący, na wypadek, gdyby rozwój technologii pozwolił nam urzeczywistnić ideę tak odległych misji serwisowych. Może i sam Hubble doczeka czasów, kiedy idea robota serwisowego zamieni się w rzeczywistość.

Spod ludzkich rąk

Opisując misje serwisowe, przy każdej z nich wymieniłem nazwiska astronautów, którzy znajdowali się na pokładach wahadłowców lecących Hubble’owi na spotkanie. Ludzi Ci za każdym razem ryzykowali swoje życie, by przywrócić teleskopowi kosmicznemu sprawność. Jak pokazały misje Challengera i Columbii, każdy lot wahadłowcem mógł być dla astronautów ostatnim. Nie można napisać książki o HST, nie wspominając o tych dzielnych ludziach. Historia Hubble’a to bowiem nie tylko historia sprzętu – to przede wszystkim historia ludzi, którzy teleskop ten zbudowali, poświęcając na to dziesiątki lat swojego życia. To też historia astronautów, którzy ryzykowali swoje życie, by naprawiać teleskop na orbicie, byśmy my – zwykli ludzie tu na Ziemi – mogli poszerzać swoje zrozumienie otaczającego nas Wszechświata. O ludziach, którzy poświęcili wiele lat swojego życia na budowę teleskopu Hubble’a, nie można zapomnieć. To wizjonerzy, dzięki którym wielkie odkrycia XX i XXI wieku stały się możliwe. Świat potrzebuje takich ludzi – pracujących poza sceną, którzy sami nigdy nie dokonali wielkiego odkrycia z pomocą zbudowanego przez siebie teleskopu, ale gdyby nie oni, to nikt by takich odkryć nie dokonał. 

Zimmerman wskazuje nam, jak wiele poświęcenia wymagała budowa Hubble’a – Lyman Spitzer został odsunięty od projektu w wyniku wielu okoliczności i tylko dzięki O’Dellowi dostał czas do wykorzystania na obserwacje przy HST. Robert O’Dell czy Fred Speer praktycznie zniechęcili do siebie środowiska naukowe i zyskali złą sławę przez błędy organizacyjne swoich przełożonych. Nancy Roman również nie była zbyt lubiana poprzez swoje decyzje finansowe. Wielu inżynierów pracujących nad Hubblem poświęciło swe kariery na budowę teleskopu, nie dostając nic w zamian.

W styczniu 2006 roku na konferencji AAS, John Bahcall został, pośmiertnie, uhonorowany nagrodą Amerykańskiego Stowarzyszenia Astronomicznego za swój wkład w rozwój astronomii i NASA, a także za wkład w budowę Hubble’a. Bahcall zmarł w lecie 2005 roku. Lyman Spitzer odszedł 31 marca 1997 roku. Choć sam nie wykorzystał nigdy w pełni teleskopu Hubble’a tak, jak planował, to jego zawzięcie i idea sprzed 60 lat pozwoliła nam zobaczyć Wszechświat w zupełnie nowym świetle. Po dziś dzień pamiętany jest jako ojciec HST. Idea Spitzera uhonorowana została także 6 lat po jego śmierci, kiedy to w 2003 roku NASA nazwała jeden ze swoich teleskopów orbitalnych jego imieniem.

10 stycznia 1994 roku na konferencji AAS w sali pełnej astronomów i naukowców innych dziedzin, Ed Weiler powiedział również pamiętne słowa: „Jeśli Lyman Spitzer był ojcem teleskopu Hubble’a, to Nancy Roman jest jego matką,” co wywołało łzy wzruszenia Roman, siedzącej na widowni, oraz długie brawa od wszystkich obecnych.

Ćwierć wieku odkryć

Naukowcy, dzięki obserwacjom Hubble’a, napisali dziesiątki tysięcy prac naukowych na temat otaczającego nas Wszechświata – te prace, stanowiące lwią część prac na bazie misji NASA, dokonały rewolucji w naszym postrzeganiu kosmosu. 

Hubble pomógł zrozumieć nam ewolucję gwiazd i całych galaktyk. Obserwował fenomeny atmosferyczne na planetach Układu Słonecznego, w tym zorzę na Saturnie, burze na Marsie i zaburzenia atmosfery na Jowiszu po uderzeniu komety Shoemaker-Levy 9. Fotografował śmierć gwiazd i dyski akrecyjne czarnych dziur. Pomógł poznać ciemną materię i odkryć ciemną energię. Był pierwszym, który wykonał fotografię planety pozasłonecznej. Pozwolił nam sięgnąć ponad 13 miliardów lat w przeszłość.

Hubble dał nam też rewolucję w fotografii codziennej – matryce CCD używane dziś w aparatach cyfrowych opracowano wpierw na potrzeby sondy Galileo, a później rozwijano je na potrzeby teleskopu Hubble’a – gdyby nie te dwa programy naukowe, CCD tak szybko by się nie rozwinęło

Nie ulega wątpliwości, iż Teleskop Kosmiczny Hubble’a jest najważniejszym instrumentem naukowym w astronomii na przełomie XX i XXI wieku. 

Choć teleskop Hubble’a nie będzie istniał wiecznie, to jego idea przez wieki będzie pomnikiem ludzkiej kreatywności i chęci zrozumienia Wszechświata, który nas otacza, a którego wszyscy jesteśmy częścią. 

– KONIEC –

Przypisy

82 Tłumaczenie własne.

83 Chaisson, s. 31

84 Punkt Lagrange’a to strefa równoważenia się wpływu grawitacyjnego dwóch ciał niebieskich. Jednym z takich punktów jest punkt L2 dla Ziemi i Słońca, znajdujący się za orbitą Księżyca. Teleskop Jamesa Webba będzie mógł tam zachować tę samą pozycję przez wiele lat przy minimalnym zużyciu paliwa. L2 Ziemia-Słońce znajduje się w odległości około 1,5 miliona kilometrów od Ziemi.

Słowo od autora

W czasie opisywania historii budowy teleskopu kosmicznego, od początków idei po dzień wystrzelenia, korzystałem głównie z pracy Roberta Zimmermana “The Universe in a Mirror”, kompleksowo opisujące kulisy postaci i polityki, tkwiących za kurtyną. Osobom zainteresowanym szczegółową historią serdecznie polecam tę książkę. Artykuły internetowe i archiwalne newsy, oraz bogate raporty misji NASA dostępne publicznie również były bardzo pomocne.

Materiał ten napisałem w postaci książki kilka lat temu. Widzę dziś, jak bardzo zmienił się mój styl pisarski, w szczególności dostrzegam też, jak wiele “dziwów” stylistycznych niegdyś stosowałem, czy też jak błędnie zapisywałem dekady, używając kreski, zamiast kropki. Proszę o wybaczenie wszelkich dziwnych form stylistycznych.

Wybrana bibliografia i źródła

Książki i artykuły

  1. Chaisson, E. J., The Hubble Wars. Wyd. Harvard University Press, 1998.
  2. Chen, J. L., A Guide to Hubble Space Telescope Objects. Wyd. Springer, 2015.
  3. Clark, S., Wszechświat w obiektywie. Historia teleskopu Hubble’a. Wyd. RTW, 1997.
  4. Dickinson, T., Hubble’s Universe. Greatest Discoveries and Latest Images. Wyd. Firefly Books, 2012.
  5. Ferris, T., Hubble’s Greatests Hits. W: National Geographic Magazine, Kwiecień 2015, s. 62-75.
  6. Padmanabhan, T., Gdy minęły pierwsze trzy minuty. Wyd. Amber, 1998.
  7. Whitfield, S., Hubble, kosmiczny teleskop. Wyd. Prószyński Media, 2006.
  8. Zimmerman, R., The Universe in a Mirror. The Saga of the Hubble Telescope and the Visionaries Who Built It. Wyd. Princeton University Press, 2010.

Źródła On-line:

  1. Spacetelescope.org – strona Europejskiej Agencji Kosmicznej poświęcona teleskopowi Hubble’a.
  2. Nasa.gov – strona Amerykańskiej Agencji Kosmicznej
  3. The 200-inch (5.1-meter) Hale Telescope, dostęp on-line: http://www.astro.caltech.edu/palomar/about/telescopes/hale.html
  4. http://asd.gsfc.nasa.gov/archive/hubble/