ȘTIINȚĂ

[MISIUNILE NASA] Telescopul spațial Hubble – Gardianul Galaxiei [FOTO INEDITE]

 

Telescopul spațial Hubble (prescurtat HST) este un telescop plasat pe orbită în jurul Pământului, numit așa după astronomul american Edwin Hubble. Este poziționat în afara atmosferei terestre, ceea ce îi conferă avantaje semnificative față de telescoapele de pe Pământ, imaginile nefiind perturbate de către turbulențele atmosferice, iar telescopul putând capta informații și în spectrul ultraviolet, ale cărui lungimi de undă sunt în mod normal puternic atenuate de către stratul de ozon al Pământului. De la lansarea lui în 1990 a devenit unul dintre cele mai importante instrumente din istoria astronomiei. Cu el astronomii au făcut numeroase observații, care au dus la importante descoperiri în astrofizică. Camera fotografică cu câmp foarte larg de pe Hubble furnizează cele mai detaliate imagini în lumină vizibilă realizate vreodată.

De la conceperea lui în 1946 și până la lansare, proiectul construirii unui telescop spațial a fost întârziat repetat de probleme tehnice și de buget. În plus, imediat după lansarea din 1990 s-a descoperit că oglinda lui principală suferea de o aberație de sfericitate, aberație care compromitea grav capacitățile telescopului. Totuși, după o misiune de întreținere din 1993, telescopul a atins calitățile preconizate în proiect, devenind un instrument vital atât pentru astronomie, cât și pentru publicul larg. Telescopul spațial Hubble face parte din programul NASA Great Observatories ( Mari Observatoare Spațiale), alături de Observatorul Compton pentru raze Gamma, Observatorul Chandra pentru raze X și Telescopul spațial Spitzer. Hubble este rezultatul unei colaborări între NASA și Agenția Spațială Europeană (ESA).

Hubble este singurul telescop spațial conceput pentru a fi întreținut în spațiu de către astronauți. Până în prezent au fost executate cinci misiuni de întreținere. Prima misiune de întreținere a avut loc în decembrie 1993, când a fost corectată aberația de sfericitate a oglinzii telescopului. A doua misiune de întreținere a fost efectuată în februarie 1997 când au fost adăugate două noi instrumente. A treia misiune de întreținere s-a efectuat în două etape: SMA3A din decembrie 1999 când la telescop s-au făcut reparațiile urgente, urmată de SMA3B din martie 2002 când a fost montată Camera pentru observații panoramice.

Față de situația din momentul SM3B, două instrumente științifice au devenit indisponibile, ele ieșind din funcțiune. La bordul telescopului sunt șase giroscoape, dintre care numai trei sunt folosite în mod curent la observații. Totuși, după alte defectări ale acelor giroscoape și pentru a mări durata de viață a telescopului, s-a luat, în august 2005, decizia de a opri unul dintre cele trei giroscoape care funcționau de obicei.

Acum Hubble folosește doar două giroscoape alături de senzori pentru reglajul fin. Acest mod de lucru dă rezultate excelente, Hubble realizând în continuare imagini de foarte bună calitate. Sunt în cercetare giroscoapele care vor fi montate pe telescop la a patra misiune de întreținere.

Modul de funcţionare al telescopului spaţial Hubble

Cele două instrumente științifice sunt Spectrometrul Vizual al Telescopului Spațial care s-a oprit din funcțiune în august 2004, Advanced Camera for Surveys, care s-a defectat în urma unor operațiuni în ianuarie 2007 (totuși, ea mai poate da imagini în spectrul ultraviolet). În prezent,  observațiile de pe Hubble sunt obținute cu Wide Field and Planetary Camera 2 (Camera planetară și de câmp larg) și cu Near Infrared Camera and Multi-Object Spectrometer (Camera pentru spectru infraroșul apropiat și spectrometrul multiobiect). Astrometrul este fixat pe Fine Guidance Sensor (senzori pentru reglajul fin al poziției). Fără o corectare a orbitei sale, orbita HST se va micșora, ceea ce va duce la o reintrare în atmosferă a telescopului spațial după 2010.

După dezastrul din 2003 al Navetei Spațiale Columbia, cea de-a cincea misiune de întreținere care era inițial programată pentru 2004 a fost amânată de mai multe ori din motive de siguranță. NASA a hotărât că o misiune umană este prea periculoasă datorită faptului că Stația Spațială Internațională (SSI) ar fi prea departe pentru ca astronauții să se adăpostească acolo în caz de pericol. Naveta Spațială nu poate să călătorească între orbita Telescopului spațial Hubble și cea a Stației Spațiale Internaționale. NASA și-a reconsiderat ulterior părerea și pe 31 octombrie 2006, administratorul NASA Mike Griffin a dat undă verde pentru a cincea misiune de întreținere, care a fost efectuată de Naveta Spațială Atlantis. Misiunea, planificată pentru luna septembrie 2008, a fost amânată și lansată în mai 2009, și a constat în instalarea a două noi instrumente și în efectuarea de numeroase reparații, și pare să fi avut succes. Ca o măsură de precauție, NASA a avut pe rampa de lansare de la Centrul Spațial Kennedy, Complexul 39B, și Naveta Spațială Discovery, care ar fi ajutat cealaltă navetă spațială în caz de urgență, dar aceasta nu a fost necesară. Aceste reparații vor face ca Telescopul spațial Hubble să funcționeze până în 2013 când va fi lansat succesorul lui, Telescopul Spațial James Webb, care va fi mult superior. Acesta însă va putea face observații doar în infraroșu, Hubble rămânând principalul telescop spațial pentru observarea spectrelor vizibil și ultraviolet.

Istoria telescopului spațial Hubble începe în 1946, când astronomul Lyman Spitzer a scris un referat întitulat „Avantajele astronomice ale unui telescop pe orbită, în afara atmosferei terestre”. În acesta autorul a expus cele două mari avantaje ale unui telescop spațial viitor. Primul avantaj este că rezoluția unghiulară (unghiul cel mai mic, sau puterea separatoare cea mai mare pentru care două obiecte să fie văzute distinct) va fi limitată doar de difracție, nu și de turbulențele atmosferice de pe Pământ, care dau efectul de sclipire al stelelor. Telescoapele de pe Pământ sunt limitate la rezoluții de 0,5 – 1,0  secunde de arc, prin comparație cu rezoluția teoretică limitată doar de difracție, de 0,1 secunde de arc pentru un telescop cu o oglindă de 2,5 m diametru. Al doilea avantaj este că un telescop spațial va putea face observații și pentru lungimi de undă din spectrele infraroșu și ultraviolet, care sunt puternic absorbite de atmosfera terestră.

Spitzer și-a dedicat mare parte a carierei militând pentru construirea unui telescop spațial. În 1962 un raport al Academiei Naționale de Științe a Statelor Unite ale Americii recomanda dezvoltarea unui telescop spațial în cadrul Programului Spațial Uman, și în 1965 Spitzer a fost numit coordonatorul comitetului care să definească obiectivele telescopului spațial.

Astronomia spațială a început să se dezvolte după cel de-al doilea război mondial, oamenii de știință folosind tehnologia rachetelor, utilizată în război. Primul spectru ultraviolet al Soarelui a fost obținut în 1946. În 1962 Regatul Unit a lansat un telescop care avea o traiectorie în jurul Soarelui, ca parte a programului spațial Ariel, iar în 1966 NASA a lansat primul Orbiting Astronomical Observatory (OAO) – Observator astronomic orbital. Primului Observator astronomic orbital i s-a stricat bateria după numai 3 zile, iar ca urmare misiunea spațială a trebuit terminată. A fost urmat de Observatorul astronomic orbital nr. 2, care a observat stelele și galaxiile în ultraviolet, de la lansarea lui din 1968 până în 1972, mult peste durata de viață estimată.

Misiunile Observatoarelor astronomice orbitale au demonstrat rolul important al telescoapelor spațiale în astronomie, iar în 1968 NASA a planificat construirea de telescoape spațiale cu oglindă de 3 m în diametru, cunoscute temporar sub numele de Large Orbiting Telescope (Marele Telescop Orbital) sau Large Space Telescope (LST) (Marele Telescop Spațial), cu o lansare programată pentru 1979. Aceste planuri au evidențiat faptul că, pentru a asigura o durată de viață cât mai îndelungată pentru un proiect atât de costisitor, lansarea telescoapelor spațiale trebuia urmată obligatoriu de misiuni umane în spațiu pentru reparații. Astfel a apărut ideea unei navete spațiale reutilizabile, tehnologie care a devenit disponibilă curând după aceasta.

Odată ce proiectul telescopului spațial a pornit, activitatea s-a împărțit între mai multe instituții. Centrului pentru Zbor Spațial Marshall (MSFC) i-a revenit responsabilitatea proiectării, dezvoltării și construcției telescopului, în timp ce Centrului pentru Zbor Spațial Goddard i-a fost încredințată partea privind instrumentele optice științifice și conducerea misiunii de la sol. Marshall s-a unit împreună cu compania Perkin-Elmer pentru a proiecta și construi Optical Telescope Assembly (Ansamblul al Telescopului Optic) și Fine Guidance Sensors (Senzorii pentru Reglajul Fin) pentru telescopul spațial. Lockheed a primit sarcina de construi naveta spațială în care să fie transportat pe orbită telescopul spațial.

Cea mai importantă parte a telescopului erau oglinda și sistemele optice, care trebuiau construite conform specificațiilor. Oglinzile telescoapelor trebuiau realizate cu o precizie de aproximativ o zecime din lungimea de undă a luminii vizibile, dar deoarece telescopul spațial urma să fie folosit și la observații în ultraviolet sau infraroșul apropiat, cu o rezoluție de zece ori mai bună decât telescoapele din trecut, oglinda lui trebuia șlefuită cu o precizie de 1/20 din lungimea de undă specifică luminii vizibile, aproximativ 30 nanometri.

Perkin-Elmer intenționa să utilizeze calculatoare puternice pentru a îndeplini sarcina de șlefuire și tot aceleași calculatoare pentru a da forma oglinzii, formă cerută de NASA. Această tehnologie a întâmpinat mai multe dificultăți decât se așteptau producătorii. Ca urmare, firmei Kodak i-a revenit sarcina de a construi o oglindă de rezervă, prin metodele tradiționale de șlefuire. Oglinda Kodak este expusă și în prezent la Institutul Smithsonian. Construcția oglinzii Perkin-Elmer a început în 1979, folosind o sticlă foarte stabilă dimensional.

Șlefuirea oglinzii a început în 1979 și a continuat până în mai 1981. Procesul de șlefuire a durat mult mai mult decât era prevăzut inițial și a costat mai mult. Pentru a face economie, NASA a oprit construcția oglinzii Kodak. A modificat data lansării ca fiind octombrie 1984. Oglinda a fost terminată la sfârșitul anului 1981 prin adăugarea unui strat reflector de aluminiu subțire de 75 nm și a unui strat protector de fluorură de magneziu de 25 nm.

Naveta purtătoare în care avea să fie transportat telescopul și instrumentele sale a fost o altă problemă inginerească majoră. Trebuia să reziste la trecerile bruște de la zona luminată de Soare, la cea umbrită de Pământ, treceri care produc schimbări bruște de temperatură. Soluția a fost una ingenioasă, și anume un strat multiplu înconjurat de o carcasă de aluminiu ușor care să mențină temperatura în interior constantă, și în care să stea telescopul și instrumentele auxiliare. În interiorul carcasei de aluminiu, un cadru de fibră de carbon cu grafit și rășină epoxidică urma să țină instrumentele aliniate.

Deși construcția navetei purtătoare în care să stea telescopul și instrumentele sale a început mai bine decât OTA, Lockheed a avut și ea probleme cu bugetul și cu programul. În vara lui 1985 construcția a fost gata, dar cu trei luni întârziere și cheltuindu-se cu 30% mai mult decât se crezuse inițial. Un raport al Centrului pentru Zbor Spațial Marshall spunea că Lockheed a ținut cont mai mult de directivele NASA decât de propriile lor idei.

În 1983, în urma unor controverse între NASA și comunitatea științifică, a fost înființat Institutul Științific al Telescopului Spațial. Institutul Științific al Telescopului Spațial a fost condus de Asociația Americană a Universităților Pentru Cercetare în Astronomie (AAUC) din campusul Universității Johns Hopkins din Baltimore, una din cele 32 de universități americane afiliate la acest proiect (AAUC).

Institutul Științific al Telescopului Spațial era responsabil pentru operațiunea științifică de a prelua datele de la telescop și a le furniza astronomilor, o responsabilitate pe care NASA voia să o păstreze pentru ea, dar oamenii de știință voiau să se ajungă la un acord academic. Partea tehnică urma să fie furnizată de către NASA la Centrul pentru Zbor Spațial Goddard din Greenbelt, Maryland, 48 kilometri sud față de Institutul Științific al Telescopului Spațial. Operațiunile lui Hubble urmau să fie monitorizate timp de 24 de ore pe zi de o echipă de controlori de zbor care au lucrat și la operațiunile de lansare ale telescopului pe orbită.

Space Telescope European Coordinating Facility (Punctul European de Coordonare a Telescopului Spațial) a fost stabilit la Garching bei München lângă München în 1984 pentru a face accesibilă informația provenită de la telescopul spațial și astronomilor de pe „bătrânul continent”.

Instrumente

Când a fost lansat, telescopul spațial Hubble (TSH) era echipat cu 5 instrumente științifice: Camera foto cu câmp larg și planetar, Spectrograful de înaltă rezoluție Goddard, Fotometru de mare viteză, Camera foto pentru obiecte neclare și Spectrograful pentru obiecte neclare. Camera foto cu câmp larg și planetar a fost un aparat de fotografiat cu înaltă rezoluție ce avea scopul de a lua imagini din spațiu. A fost construit de unul dintre laboratoarele NASA și i-au fost incorporate un set de 48 filtre (optice) pentru a izola liniile spectrale de interes astrofizic. Instrumentul conținea 8 chipuri CCD distribuite în 2 camere foto, fiecare folosind 4 chipuri CCD. Camera cu „câmp larg” convertea un câmp unghiular larg la dimensiunile rezoluției fotografiei în timp ce „camera planetară” lua imagini la o distanță focală mai mare decât alte aparate foto (imaginea avea o putere de mărire considerabil îmbunătățită).

Spectrograful de înaltă rezoluție Goddard a fost un spectrograf menit să opereze în domeniul ultraviolet. A fost construit la Centrul Spațial Goddard și putea ajunge la o rezoluție spectrală de 90 000. De asemenea, tot pentru observații în ultraviolet au fost optimizate și Camera foto pentru obiecte neclare și Spectrograful pentru obiecte neclare, ambele fiind capabile să obțină cea mai înaltă rezoluție dintre toate instrumentele de pe Hubble. Camera foto pentru obiecte neclare a fost construită de Agenția Spațială Europeană în timp ce spectrograful pentru obiecte neclare a fost construit de Corporația Martin Marietta. Ultimul instrument era Fotometrul de mare viteză, proiectat și construit la Universitatea Madison Wisconsin. A fost optimizat pentru lumina vizibilă și în ultraviolet a stelelor variabile și altor obiecte astronomice care variază în strălucire. Putea efectua până la 100 000 de măsurători pe secundă cu un fotometru (astronomic) cu o acuratețe de aproximativ 2% sau mai bună. Sistemul de direcție a Telescopului spațial Hubble putea fi folosit ca instrument. Având trei senzori pentru reglajul fin cu un scop primar de a ține telescopul stabil pe poziția necesară pe parcursul realizării unei fotografii exacte, dar poate fi folosit și ca astrometru (foarte precis); face măsurări cu o acuratețe de până la 0,0003 secunde de arc.

Descoperiri importante

Hubble a ajutat la rezolvarea unor vechi probleme din astronomie, și a furnizat date care au necesitat elaborarea de noi teorii care să le explice. Printre primele misiuni efectuate a fost cea de măsurare a distanțelor până la stelele variabile numite „cefeide” cu mai mare precizie decât fusese măsurată înainte, dând o mai mare precizie aproximării constantei Hubble, măsura vitezei de extindere a universului, care la rândul ei este legată de vârsta sa. Înainte de lansarea lui Hubble, estimările constantei Hubble aveau erori de până la 50%, dar măsurătorile telescopului Hubble asupra cefeidelor din constelația Fecioarei și din alte constelații îndepărtate de galaxii au furnizat o valoare cu o imprecizie de numai 10%, în acord cu alte măsurători, mai precise, folosind alte tehnici, efectuate după lansarea lui Hubble.

În timp ce Hubble a ajutat la precizarea estimărilor vârstei universului, a generat îndoieli privind teoriile despre viitorul acestuia. Astronomii din echipa de cercetare High-z Supernova și din Proiectul cosmologic Supernova au folosit telescopul pentru a observa supernove și au găsit dovezi că extinderea universului nu este frânată de influența gravitației, ci ar putea chiar să se accelereze. Această accelerare a fost măsurată ulterior cu mai mare precizie de alte telescoape de la sol și din spațiu care au confirmat descoperirea lui Hubble, dar cauza acestei accelerări este încă puțin înțeleasă.

Spectrele și imaginile de înaltă rezoluție furnizate de Hubble erau foarte potrivite pentru stabilirea existenței găurilor negre în nucleele galaxiilor apropiate. La începutul anilor 1960 fuseseră emise ipoteze că în centrele unor galaxii se găsesc găuri negre, iar unele lucrări din anii 1980 au identificat câteva candidate la statutul de gaură neagră, dar a rămas în sarcina lucrărilor efectuate cu Hubble să se arate că găurile negre sunt des întâlnite în centrele galaxiilor. Programele Hubble au stabilit că, mai mult, masele găurilor negre centrale și proprietățile galaxiilor sunt strâns legate. Astfel, unul din rezultatele programelor Hubble în domeniul găurilor negre din galaxii este demonstrarea unei profunde legături între galaxii și găurile negre din centrul lor.

Coliziunea cometei Shoemaker-Levy 9 cu Jupiter din 1994 a avut loc, din fericire pentru astronomi, la câteva luni după ce Misiunea de întreținere 1 a refăcut performanțele optice ale lui Hubble. Imaginile de pe Hubble ale planetei erau mai detaliate decât cele efectuate la trecerea sondei Voyager 2 în 1979, și au fost esențiale în studiul dinamicii coliziunii unei comete cu Jupiter, un eveniment despre care se consideră că are loc o dată la câteva secole. A fost folosit și pentru a studia obiecte aflate în regiunile îndepărtate ale Sistemului Solar, inclusiv planetele pitice Pluto și Eris.

Alte mari descoperiri realizate datorită datelor de la Hubble includ discurile proto-planetare din Nebuloasa Orion; dovezi ale prezenței planetelor extrasolare în jurul stelelor similare cu Soarele; și corespondentele în lumină vizibilă ale încă misterioaselor explozii de raze gamma.

Un rezultat unic al telescopului Hubble îl constituie imaginile Hubble Deep Field și Hubble Ultra Deep Field, care au utilizat sensibilitatea lui Hubble în domeniul lungimilor de undă vizibile pentru a crea imagini ale unor porțiuni mici de cer cu obiectele cele mai îndepărtate fotografiate vreodată. Imaginile arată galaxii aflate la miliarde de ani lumină depărtare, și au generat o mulțime de lucrări științifice, furnizând o nouă fereastră către Universul din perioada sa inițială.

Impactul asupra astronomiei

Multe măsurători obiective arată impactul pozitiv al datelor de la Hubble asupra astronomiei. Peste 4000 de lucrări bazate pe informații furnizate de Hubble au fost publicate în reviste prestigioase, și nenumărate altele au fost prezentate la conferințe. Privind lucrările de astronomie la câțiva ani după publicare, aproape o treime din toate acestea nu sunt citate nicăieri, dar dintre lucrările bazate pe date de la Hubble, doar 2% dintre acestea nu sunt citate. În medie, o lucrare bazată pe date de la Hubble este citată de aproape două ori mai mult ca alte lucrări. Din cele 200 de lucrări publicate în fiecare an și care sunt citate cel mai mult, aproximativ 10% sunt bazate pe date de la Hubble. Deși telescopul a avut în mod cert un impact semnificativ asupra cercetărilor astronomice, costurile acestui program au fost mari. Un studiu privind impactul relativ asupra astronomiei al mai multor telescoape de diverse dimensiuni au arătat că lucrările bazate pe date de la Hubble primesc de 15 ori mai multe citări decât cele bazate pe telescoape terestre de 4 m cum ar fi Telescopul William Herschel, iar construcția și întreținerea lui Hubble costă de aproximativ 100 de ori mai mult.

Luarea deciziei între a investi în telescoape terestre și a investi în telescoape spațiale în viitor este o problemă complexă. Progresele în domeniul opticii adaptive au extins rezoluția telescoapelor terestre până la a le permite să realizeze imagini în infraroșu ale unor obiecte slab luminoase. Utilitatea opticii adaptive în raport cu observațiile Hubble depind puternic de detaliile particulare ale fiecărui subiect de cercetare în parte. Domeniul de lungimi de undă în care corecțiile optice adaptive de înaltă calitate este însă limitat, mai ales în culori optice. Telescopul Hubble păstrează abilitatea unică de a realiza imagini de mare rezoluție în câmp larg de frecvențe. Pe de altă parte, tehnologiile optice terestre puteau furniza imagini ale obiectelor luminoase la o rezoluție superioară celor pe care le poate obține Hubble, chiar și înainte de lansarea lui

Sursa: Nasa.gov și Wikipedia

FOTO: Nasa.gov

Critic Arad, 18 iunie 2017 11:27

Hubble-capturi-spațiu-13Hubble-capturi-spațiu-12Hubble-capturi-spațiu-11Hubble-capturi-spațiu-10Hubble-capturi-spațiu-9Hubble-capturi-spațiu-7Hubble-capturi-spațiu-8Hubble-capturi-spațiu-6Hubble-capturi-spațiu-5Hubble-capturi-spațiu-4Hubble-capturi-spațiu-5Hubble-capturi-spațiu-4Hubble-capturi-spațiu-3Hubble-capturi-spațiu-3Hubble-capturi-spațiu-2Hubble-capturi-spațiu-2Hubble-capturi-spațiu-1Hubble-capturi-spațiu-1HUBBLE-Principala-1