Hubblov vesmírny teleskop

  Hubblov vesmírny ďalekohľad je  pomenovaný po významnom americkom astronómovi Edwinovi Hubblovi (1889 - 1953), ktorý v 20. rokoch na základe svojich pozorovaní zistil, že galaxie nie sú oblaky plynu, ale vzdialené skupiny hviezd. Hubble tiež zaviedol triedenie galaxií podľa ich tvaru. Najväčším prínosom bolo zistenie, že väčšina galaxií sa od nás vzďaľuje. Iba blízke galaxie sú navzájom zviazané gravitáciou s našou galaxiou. Tieto skutočnosti ako prvý astronóm interpretoval tak, že sa celý vesmír rozpína. V tej dobe, presnejšie v roku 1923, bola v Nemecku vydaná kniha Die Rakete zu den Planetenräumen (Raketou do medziplanetárneho priestoru). V nej jej autor popisuje okrem iného vesmírnu stanicu vybavenú ďalekohľadom. Myšlienka vesmírneho ďalekohľadu je ďalej rozvinutá v koncepcii ďalekohľadu umiestneného na planétke, ktorá je využitá ako pevná základňa pre prístroj, ktorým tak možno fotografovať hviezdne objekty. Prvý pokus o vysvetlenie výhod vesmírneho ďalekohľadu bol započatý v roku 1946 astronómon L. Spitzerom. Navrhol leteckej spoločnosti Douglas Aircraft Company skonštruovať ďalekohľad umiestený mimo Zem. Jeho návrh bol progresívny a zahrňoval úplne nový pohľad na problematiku vesmírnych prístrojov. Zpätne môzeme Spitzera považovať za duchovného otca Hubblovho vesmírneho ďalekohľadu. V samotnej NASA sa o stavbe vesmírneho ďalekohľadu vážnejšie neuvažovalo ani v 60. rokoch. Za prípravný krok k vypusteniu ďalekohľadu možno považovať štart dvoch malých vesmírnych observatórií OAO 2 a predovšetkým OAO 3, nazvané Copernicus. Po úspechu týchto prístrojov (Copernicus bol vybavený ďalekohľadom o priemeru 81 cm) sa začal výskum a vývoj veľkého teleskopu, ktorý mal za úlohu pracovať na obežnej dráhe niekoľko rokov. Behom desaťročí sa plány na prístroj veľakrát výrazne zmenili. Časom sa z hľadiska nákladov ukázal ako najvýhodnejší prístroj o priemeru 2,4 m. Konečne bol projekt ďalekohľadu včítane pomocných prístrojov hotový a v roku 1979 bola zahájená jeho výstavba. Vynesenie ďalekohľadu bolo naplánované na let raketoplánu v roku 1986. Nie dlho pre plánovaným dátumom však postihla americký vesmírny program pohroma. Raketoplán Challanger sa 28. januára 1986 krátko po svojom štartu zrútil. NASA všetky ďalšie lety pozastavila až do vyjasnenia príčin katastrofy. Preto až 24. apríla 1990 mohol odštartovať raketoplán Discovery z Kennedyho vesmírneho strediska. V nákladovom priestore vynášal Hubblov vesmírny ďalekohľad, naše "OKNO DO VESMÍRU".

Hubblov ďalekohľad je založený na takých istých princípoch ako pozemské prístroje. Základom je dvojica zrkadiel, ktoré odrážajú svetlo. Väčším z nich, zvaným objektív, sa svetlo odráža na sekundárne zrkadlo na opačnom konci ďalekohľadu. Toto sekundárne zrkadlo potom odráža svetlo vnútrajškom Hubblova vesmírneho ďalekohľadu do otvoru uprostred objektívu. Sústredené svetlo potom prechádza časťou prístroja, v ktorej je množstvo kamier a iných zariadení. Podľa potreby je sveteľný zväzok nasmerovaný do určitého zariadenia. Hubblov ďalekohľad je projektovaný na päť detekčných zriadení, z ktorých dve sú kamery. Prístroj pomenovaný kamera pre slabé objekty (Faint Object Camera - FOC) je určený pre pozorovanie detailov na veľmi malých plochách. Druhý hlavný detektor - širokouhlá a planetárna kamera (Wide Field and Planetary Camera - WF / PC) - je vďaka svojmu veľkému zornému poľu určená k snímkovaniu veľkých objektov. Ako doplnok týchto kamier je do prístorja zabudovaná dvojica spektrografov pre výskum chemického zloženia vesmírnych objektov. Pôvodne tu bol spektrograf pre slabé objekty (Faint Object Spectrograph - FOS) a Goddardov spektrograf pre vysoké rozlíšenia (Goddard High Resolution Spectrograph - GHRS). Neskôr boli tieto prístroje nahradené kamerou pre blízku infračervenú oblasť s viacnásobným spektrometrom (Near - Infrared Camera and Multi - Object Spectrometer - NICMOS) a spektrografom pre snímky vesmírneho ďalekohľadu (Space Telescope Imaging Spectrograph - STIS). Piatym prístrojom je vysokorýchlostný fotometer (High Speed Photometer - HSP), ktorý meria zmeny v jasnosti nebeských objektov.

Ďalekohľad obieha okolo Zeme po nízkej obežnej dráhe vo výške 500 km. Na tejto obežnej dráhe je ďalekohľad hlavne preto, aby bol ľahko prístupný pre raketoplány, ktoré zaisťujú jeho servis a inováciu jeho techniky. Nevýhodou nízkej dráhy je postupná strata výšky ďalekohľadu, a teda nutnosť jej korekcie pri plánovaných opravách. Ďalekohľad nie je v neustálom spojení s pozemským riadiacim centrom, každých dvadsať minút počas približne deväťdesiat - minútového obletu Zeme je spojenie prerušené, pretože HST je nad opačnou pologuľou. Aby bola dosiahnutá možnosť nepretržitej komunikácie, je použitý zložitejší systém. Ďalekohľad prenáša svoje údaje prostredníctvom dvoch satelitov zapojených do satelitného systému prenosu dát (TDRSS). Obe spojovacie družice sa nachádzajú na veľmi vysokej dráhe - okolo 35 000 km. Táto dráha sa nazýva geostacionárna, pretože družica umiestnená v tejto výške má takú dobu obehu ako je rotácia Zeme; zostáva teda nad rovnakým miestom zemského povrchu. Pomocou satelitov sa informácie prenášajú na základňu White Sands v Novom Mexiku. Odtiaľ sú údaje prostredníctvom ďalšej spojovacej družice predávané do Goddardovho strediska vesmírnych letov vo Washingtone. To spracováva technické údaje. Nespracované vedecké údaje sú prenášané pomocou bežnej telefónnej siete do Vedeckého strediska vesmírneho ďalekohľadu (STScl) v Baltimore.

Oprava ďalekohľadu

          Štart Hubblovho vesmírneho ďalekohľadu bol jedinečnou udalosťou v histórii NASA. Hlavným prínosom prístroja je posunutie hraníc pozorovacej techniky. Dňa 20. mája 1990 prebehla u vesmírneho ďalekohľadu skúška, ktorá je pre konštruktérov akéhokoľvek astronomického prístroja takmer posvätná - ďalekohľad bol po prvý raz namierený na nejaký objekt. Ako sa ukázalo neskôr, pre kozmický ďalekohľad bolo toto "prvé svetlo" nanajvýš dôležité. Keď sa Hubblov vesmírny ďalekohľad po prvýkrát zahľadel do vesmíru, oči celého sveta sa obrátili k vesmírnemu ďalekohľadu. Prvým objektom sa stala hviezdokopa NGC 3532 v súhvezdí Lodného kýlu. Právo prvého snímku bolo prisúdené širokouhlej a planetárnej kamere. Obraz tohto prvého objektu sa postupne ukazoval na obrazovke, ktorou sledovali napätí astronómovia a vzrušení reportéri. Z vedeckého ani z iného hľadiska nebol tento obraz nijako výnimočný. Iba doložil, že Hubblov vesmírny ďalekohľad je schopný pracovať.

           Pri obrazovke vládlo vzrušenie a nikto nepredpokladal nijaké problémy. Ale v zákulisí už zavládli obavy. Hneď nasledujúci deň na konferencii zoznamujúcej s prvými výsledkami sa ozvali hlasy, že objektív nemá správny tvar. Nasledujúci mesiac intenzívneho výskumu potvrdil, že plocha primárneho zrkadla je skutočne chybne vyrobená. Ako už to býva, správe o nesprávnej konštrukcii prístroja sa venovalo viacej miesta, než koľko by zabrala správa o jeho správnej funkcii. Výsledkom bolo, že Hubblov vesmírny ďalekohľad vošiel do povedomia verejnosti ako obrovský prehmat. V titulkoch novín bolo možné čítať aj označenia ako "Kiks za 1,5 miliardy dolárov". Problém spočíval v guľovej vade hlavného zrkadla. Môžeme povedať, že je to školácka chyba konštrukcie zrkadlových ďalekohľadov, pri ktorej lúče odrazené rôznymi časťami zrkadla sa nestretnú presne v ohnisku. Výsledný obraz hviezdy potom nie je bodový, ale vplyvom tejto zásadnej chyby je rozmazaný do podložky. Po odhalení tejto chyby boli ihneď zahájené práce na jej odstránenie. Ako najlepší sa zdal byť návrh zniesť HST z obežnej dráhy na Zem. Potom by mohla byť oprava prevedená za laboratórnej kontroly. Pokiaľ by sa tak stalo, musela by NASA vyslať tretiu výpravu raketoplánu, ktorá by ďalekohľad opäť umiestnila na obežnú dráhu. Ako obtiažnejšia sa javila oprava priamo na obežnej dráhe. Vyžadovala by jeden z najdlhších pobytov vo vesmírnom priestore, ale zároveň by v prípade úspechu znamenala medzník v skúsenostiach práce v otvorenom vesmírnom priestore. Pri debatách o najlepšom spôsobe, sa diskutovalo aj o jednotlivých detailoch opravy. Konečným rozhodnutím bolo vytvoriť optický člen, ktorý sa na obežnej dráhe vloží pred jednotlivé detektory a bude korigovať skreslený obraz. Pri tomto riešení bolo treba obetovať jeden z prístrojov, aby sa získalo miesto pre korekčný člen. Bola to vlastne malá cena za veľkú opravu. Obetovaným prístrojom bol vysokorýchlostný fotometer. širokouhlá a planetárna kamera bola nahradená korekčným optickým členom, a musela byť preto premiestnená. Korekčný člen sa v prekladu volá optický člen pre vesmírny ďalekohľad (COSTAR).

           Na Zemi je veľmi obtiažne napodobniť  stav beztiaže, a preto sa často používa tréning pod vodnou hladinou. Vo vode sa človek môže pohybovať skoro tak voľne ako v beztiažovom stave vo vesmíre. Kozmonauti si oblečú skafander a potopia sa do ohromného bazénu nazývaného vztlakový simulátor. Tu trénujú s dokonalými maketami prístrojov, ktoré budú používať pri skutočnej práci v kozmu. Okrem bazénu sa pre simuláciu vesmírnej opravy používala aj virtuálna realita.

 Prvá misia údržby Hubblovho vesmírneho ďalekohľadu bola jednoznačne úspešná. Raketoplán Endeavour štartoval skoro zrána 2. decembra 1993. Nasledujúcich jedenásť dní boli udalosti na jeho palube živo prenášané do celého sveta. Zjavná ľahkosť, s akou sa kozmonauti chopili obtiažnej úlohe, budila zdanie, že sa vo vesmíru neodohráva nič zásadné, ale bežná rutinná práca. Výsledok práce znamenal ohromný úspech pre astronómov i pre obraz NASA v očiach verejnosti. O čo ľahšie prebiehala samotná oprava, o to napätejšie očakávanie prišlo po skončení opravy: čakanie na výsledky testovania opraveného prístroja. I keď mnohí boli vo svojom očakávaní skeptický, nebolo po Vianociach 1993 možné pochybovať. Prístroj bol dobre opravený. Nielen to. Výsledok predčil očakávania. Podľa pôvodného plánu sa malo 70 % svetla hviezdy sústrediť do veľmi malého bodu. Pritom najlepší dosiahnuteľný výsledok je sústredenie 87 % do tej istej plochy. S korekčným optickým členom je Hubblov vesmírny ďalekohľad schopný sústrediť 84 % svetla do jedného bodu. Stručne povedané: ďalekohľad sa stal najpresnejším prístrojom, ktorý kedy ľudstvo vyrobilo pre výzkum vesmíru. Táto skutočnosť bola po prvýkrát predložená na tlačovej konferencii 13. januára 1994, keď netrpezliví novinári dostali k dispozícii súbor fotografií galaxií a hmlovín. Hubblov vesmírny ďalekohľad bol prehlásený za prvý prístroj, ktorý ešte pred koncom tisícročia astronómom umožnil pozrieť na možnosti 21. storočia.

Hubblov vesmírny ďalekohľad, ktorého mesačná prevádzka je 21 miliónov dolárov, od apríla 1990 urobil viac než 260 tisíc záberov asi 13 tisíc objektov a dal tak za vznik 2400 vedeckým článkom. Teleskop nie je iba cennou zbraňou pri poznávaniu vesmíru, je taktiež je jedným z najznámejších projektov amerického Národného úradu pre letectvo a kozmonautiku, ktorý má v poslednej dobe svoju povesť značne pokazenú...

Zosumarizované informácie o HST

miery a váhy:
váha 11 110 kg, dĺžka 15,9 m, predný štít 3,1 m, priemer 4,2 m
primárne zrkadlo 2,4 m, sekundárne 0,3 m, systém ritchey-chretien
presnosť pointácie 0,007", dosah 5 až 29 mag, citlivosť 110 až 1100 nm
obežná dráha: 593 km (priemer), sklon 28,5°, perióda 97 minút

Vedecké zariadenia na palube:

Space Telescope Imaging Spectograph (STIS)
Slúži k rozboru svetla vesmírnych objektov ve väčšom rozsahu než je možné zo Zeme od ultrafialového až po viditeľné svetelné spektrum. Umožňuje pritom simultánne vyhotoviť spektrum v niekoľko najrôznejších miestach jedného objektu.

Faint Object Camera (FOC)
V roku 2001 bude nahradená Advanced Camera for Surveys, ktorá vo výrazne väčšom zornom poli zvládne také isté zábery ako WFPC2 v prípade znamého južného a severného hlbokého pohľadu.

Near Infrared Camera and Multi-Object Spectrometer (NICMOS)
Vzhľadom k predčasnému vyčerpaniu chladiaceho dusíku v januári 1999 bude až do polovice 2001 mimo prevádzky. Potom dostane nový chladiaci systém.

Correstice Optics Space Telescope Axial Replacement (COSTAR)
Optika korigujúca vady hlavného zrkadla, v súčasnosti mimo prevádzky. Pri piatej servisnej výprave bude nahradený za Cosmic Origins Spectrograph, pre štúdium medzihviezdneho prostredia.

Wide Field and Planetary Camera 2 (WFPC 2)
Je z dielne známej Jet Propulsion Laboratory a sprostredkúvava zábery cez sadu filtrov vo dvoch volených zväčšeniach.

Fine Guidance Sensors (FGS)
Tri tieto detektory poprvé slúžia k presnému pointovaniu ostatných vedeckých zariadení, podruhé k určovaniu polohy a jasnosti vybraných objektov. Hrá napríklad rolu pri hľadaní planét u cudzích hviezd.

Hubblov vesmírny ďalekohľad (HST) predstavuje jeden z najväčších technologických úspechov 20. storočia. Nie je síce najväčším ďalekohľadom, ale je umiestnený mimo rušivých vplyvov zemskej atmosféry. Práve preto jeho prostredníctvom získavame množstvo predtým nedosiahnuteľných záberov. Pozornosť najširšej verejnosti priťahujú práve tieto nádherné obrázky, takisto ako oprava jeho chybnej optiky mimoriadnou výpravou raketoplánu.