Hubblův dalekohled ( Hubble Space Telescope - HST)

zlatá éra kosmického výzkumu

Hubblův dalekohled je jeden z nejdražších, ale také nejúspěšnějších kosmických projektů. Jeho význam pro vědu ( a to nejen astronomii, ale i relativistickou fyziku, výzkum dějin vesmíru atd. ) je opravdu nedozírný. Data, která nashromáždí, se budou zpracovávat pomocí supervýkonných počítačů ještě několik let po skončení jeho činnosti.

Hubblův dalekohled je největší optický dalekohled obíhající Zemi. Byl koncipován jako trvalá družicová observatoř, která má sloužit mezinárodní astronomii po 15 let. Vznikl spoluprací NASA a evropské kosmické agenutury ESA. Nese jméno astronoma Edwina Powella Hubbla (1889 - 1953), který pracoval na hvězdárně Mt. Wilson a později na Mt. Palomaru v Kalifornii. Ve dvacátých letech tento americký astronom objevil rozpínání vesmíru a dokázal, že galaxie jsou obrovské systémy hvězd a ne mlhoviny.

Historie Hubblova dalekohledu

Návrh družicového dalekohledu podala roku 1962 skupina astronomů, kterou vedl nedávno zesnulý Lyman Spitzer z Princestonu. Plán se měnil a byly potíže s Kongresem, který uvolňoval finance na realizaci. Konečný návrh předložila skupina vědců z 38 ústavů až r. 1977 a týž rok Kongres uvolnil finance. Dalekohled byl dokončen roku 1985.

Na oběžnou dráhu měl být dalekohled vynesen v r. 1986 raketoplánem. Havárie raketoplánu Challenger v lednu toho roku však posunula vypuštění o čtyři rokuu. A když byl konečně 25. dubna 1990 dalekohled úspěšně vynesen raketoplánem Discovery na oběžnou dráhu, přišla další Jobova zvěst: hlavní zrcadlo dalekohledu je chybně vybroušeno. Je příliš ploché. Okraj zrcadla byl při borušení o dvě tisíciny milimetru snížen proti plánům. to je chyba dvěstěkrát větší, než je přesnost, s jakou bylo zrcadlo broušeno (10 nanometrů). Bod se zobrazoval jako skvrnka a rozlišovací schopnost se tím značně zhoršila. To byla smutná zpráva pro astronomy po celém světě, a zvláště v USA.

Chybu naštěstí zcela napravili astronauti po třech letech při prvém plánovaném obslužném letu. Širokoúhlá kamera byla vyměněna za dokonalejší a astronauti přidali korekční člen COSTAR, který vykompenzoval vadu hlavního zrcadla pro ostatní tři přístroje. Výsledky byly nad očekávání dobré. Rozlišovací schopnost se podstatně zlepšila.

Velmi citlivý a jemný obr

Hubblův dalekohled je dvanáctitunový kolos. Obíhá Zemi ve výšce 600 kilometrů za 95 minut. Je to upravený Cassegrainův (tzv. Ritchey-Chrétienův) optický systém. Hlavní zrcadlo je z křemene s velmi malou teplotní roztažností. Váží 820 kilogramů a má průměr 2,4 metru. Povrch zrcadla je neuvěřitelně hladký: nepřesnosti nepřesahují jednu stotisícinu milimetru (10 nm). Je pokoven tenkou vrstvičkou čistého hliníku, která velmi dobře odráží světlo. Ještě tenčí vrstvička fluoridu hořečnatého pokrývá hliník. Fluorid chrání hliník před okysličením a odráží ultrafialové záření. Dalekohled pozoruje ve světle, v ultrafialovém a v infračerveném záření.

Vědecké přístroje

Za hlavním zrcadlem jsou umístěny vědecké přístroje. Ve vnitřní části zorného pole pracují dvě kamery:

- širokoúhlá planetární kamera 2 WF/PC2 (Wide Field/Planetary Camera 2; ta předcházející WF/PC byla odstraněna při prvém obslužném letu

- kamera pro slabé objekty FOC (Faint Object Camera), vybudovaná Evropskou kosmickou agenturou a dva spektrografy:

- spektrograf pro slabé objekty FOS (Faint Object Spectrographf),

- Goddardův spektrograf s vysokým rozlišením (Goddard high resolution Spectrograph)

Vnější obvodovou část využívají jemná čidla vedení. ta jsou natolik směrově citlivá, že se používají k astrometrickým účelům. Katalog, který slouží k nasměrování dalekohledu, obsahuje údaje o 19 milionech hvězd. Čidla udržují směr dalekohledu s vysokou přesností (setiny úhlové vteřiny) i během mnohahodinových expozic.

Zatímco pozemské dalekohledy jen zřídka dosáhnou lepšího rozlišení než jedna úhlová vteřina, Hubblův dalekohled může dosáhnout setin vteřiny. Tak vysoká rozlišovací schopnost umožnila uvidět podrobnosti na povrchu planet, disk hvězdy Betelgeuze a obří komety v umírající planetární soustavě Helix.

Hubblův dalekohled je i vysoce citlivý na intenzitu světla. Je desetimiliardkrát citlivější, než sítnice našeho oka. Je tak jemný a citlivý, že by uviděl svatojánského broučka v Paříži. A kdyby tam byl bouček i se svou maminkou (vzdálenou jen centimetr), dalekohled by je rozpoznal oba dva.

Řídící centrum Hubblova dalekohledub

Veškerou technickou činnost dalekohledu kontroluje Operační kontrolní středisko Hubblova dalekohledu. Je v Goddardově středisku kosmický letů (GSFC) v Greenbeltu (Maryland), nedaleko Washingtonnu DC. Je mozkem dalekohledu po stránce technické. Operační středisko je s dalekohledem neustále ve spojení. Dává mu příkazy co, kde, kdy a jak má pozorovat. Naopak přijímá od dalekoghledu všechna pozorovaná data.

Dorozumívání Hubblova dalekohledu s operačním střediskem vzorně funguje, přestože není bezprostřední. Napozorovaná data i technické údaje o funkci všch systémů přístroje posílá dalekohled v binární formě. Velmi rychle (Mb/s) jsou předávána prostřednictvím systému geostacionárních družic na pozemní stanici na White Sands Missile Center v Novém Mexiku. Odtud jsou informace zasílány do operačního kontrolního střediska. Tam výkonné počítače nejprve prověří data a roztřídí je na technická (určená pro operační středisko) a vědecká. Všechny vědecké informace jsou předávány do zvláštního ústavu v Baltimore v Maryland.

Odpovědnost za provádění a koordinaci všch vědeckých operací Hubblova dalekohledu byla svěřena Vědeckému ústavu kosmického dalekohledu (STScI) - Space Telescope Scientific Institut) na Hopkinsnově univerzitě v Baltimore. Ústav spadaá pod Sdružení univerzit pro výzkum v astronomii (AURA). O pozorovací čas dalekohledu žádají astronomové z mnoha zemí světa ředitelství ústavu. Ýádosti jsou posuzovány po stránce vědecké i technivké. Kapacita Hubblova dalekohledu může vyhovět pouze každému desátému žadateli.

Pro žadatele - pokud je jeho žádost vyřízena - pak nastane krušný čas, neboť pozorování Hubblovým dalekohledem je mnohem náročnější a složitejší než u pozemského dalekohledu. Zkušení astronomové říkají, že se daleko snadněji a pohodlněji pozoruje velkým pozemským dalekohledem, který zlobí, než Hubblovým teleskopem, který vzorně poslouchá. Je však třeba zdůraznit, že získané poznatky jsou jedinečné a věru stojí za veškerá trápení a námahu.

Co Hubblův teleskop pozoruje

V minulých šesti letech dalekohled pozoroval osm tisíc nebeských objektů. Je to daleko více než počet hvězd viditelných na noční obloze pouhým okem. Přinesl řadu překvapivých objevů a nových poznatků. Značně rozšířil náš vesmírný obzor a prohloubil dřívejší poznatky o vesmíru. Zde je několik příkladů:

Ve sluneční soustavě sleduje povrch i atmosféru planet, jejich družice a prstence. Sledoval komety, zvláště pak dopad jednotlivých kusů roztrhané hmoty komety Shoemaker-Levy 9 na Jupitera. Dvě desítky nových objektů z Kuiperova pásu (tj. pomezí Sluneční soustavy) jsme poznali díky Hubblovu teleskopu. Do této nově objevené skupiny členů sluneční sousavy patří nepřímo i Pluto, jehož povrch nám také teleskop ukázal.

Daleholed nám dále získal cenné poznatky o zrodu, vývoji a zániku hvězd. Toto je také dokumentováno řadou snímků.

V oblasti vzdálených galaxií objevil některé aktivní galaxie, jež jsou velmi intenzivními zdroji radiového záření. Z jejich jader jsou vyvrhována obrovská oblaka žhavých plynů rychlostmi mnoha tisíc kilometrů za vteřinu. Vytvářejí laloky dlouhé až miliony světelných let. Zdrojem nepředstavitelného množství enerdie, potřebné k takovému výbuchu, mohou být supermasivní černé díry, které se nachází ve středu takové galaxie. Hubblův dalekohled skutečně dokázal existenci obří černé díry ve středu aktivní galaxie. Spektrograf dalekohledu určil rychlost, s jakou se pohybuje prstenec plynů a prachy kolem něčeho, co není "vidět". Z rychlostí obíhání a ze vzdálenosti lze snadno spočítat hmotnost "onoho neviditelného". Je to obrovská hmotnost, miliardy hmotností našeho Slunce a vměstnaná do malikatého prostoru uprostřed galaxie. Je to s velkou pravděpodobností obří černá díra, kterou nelze přímo spatřit, protože z ní nevychází žádné elektromagnetické záření.

V nejzazších oblastech vesmíru byly objeveny rodící se galaxie. Při pozorování vzdálenosti 10 miliard světelných let se díváme 10 miliard let zpátky do minulusti, protože přesně tolik potřebuje světlo na to, aby se dostalo až k nám.

K objevům, které šokovaly astronomy amatéry , ale ne tak odborníky, patří zcela jistě následující: Když byl Hubblův teleskop namířen do souhvězdí Oriona, zjistil, že v Orionu není jen Velká mlhovina a několik dalších nehvězdných objektů, ale že celé souhvězdí !! je jedna velká mlhovina. Dále byl dalekohled namířen do místa na obloze, které bylo do té doby považováno za nejchudší na galaxie. Na snímku z Hubblova teleskopu je možno rozpoznat na 3000 galaxií.

To bylo jen několik zajímavých výsledků z pozorování HST. Dále bychom se mohli zmínit o srážkách galaxií, galaktickém kanibalismu, objevu reliktního helia, které vniklo v prvních minutách vesmíru; o hnědých trpaslících, o kvazarech, o měření rychlosti rozpínání vesmíru atd.

Je toho příliš mnoho, co pro nás zaznamenal Hubbův teleskop. Pořídil asi sto ticíc snímků osmi tisíc kosmických objektů. Všechna data jsou uložena v Ústavu dalekohledu v Baltimore asi na 400 optických discích. Na jeden optický disk se vejde tolik informací, jako na dvanáct disků CD-ROM. Kopie jsou uloženy v Evropském koordinačním ústavu pro Hubblův dalekohled v Garchingu u Mnichova.

Průběžná modernizace

Podle původních plánů by měl Hubblův dalekohled skončit svou činnost v roce 2005, tedy po patnáctiletém působení. Aby byla jeho činnost průběžně modernizována, byly k němu plánovány v tříletých intervalech obslužné lety. V rámci prvého, nejrozsáhlejšího letu v roce 1993 byly napraveny chyby hlavního zrcadla a vyměněna širokoúhlá kamera.

Při druhém obslužném letu v únoru 1997 astronauti odstranili kameru slabých objektů (FOC) a spektrograf s vysokým rozlišením (GHRS). Místo nich umístil zobrazující spektrograf a infračervenou kameru, která nám umožňuje nahlédnout do vzdálenějších oblastí vesmíru, protože infračervené záření snadno proniká mezihvězdnou hmotou.

Plány do budoucna

NASA ve svém výhledovém plánu zatím počítá s dalšími dvěma expedicemi astronautů na raketoplánech k Hubblovu dalekohledu, a to v prosinci 1999 a v srpnu 2002. během nich kromě běžné údržby vymění astrnomické přístroje za modernější. Už dnes se však výhledově počítá s dalším letem v roce 2005.

Hubblův dalekohled je vedle letů Apollo nejúspěšnější kosmonautický projekt všech dob. Podstatně rozšířil naše obzory poznání vesmíru. Žádný dalekohlded nezískal v tak krátké době, jako je šest let, tolik nových a překvapivých poznatků o vesmíru jako Hubblův. Období jeho činosti se proto označuje jako zlatá éra kosmického výzkumu. Možná, že nová mezinárodní vesmírná stanice předčí výkony Hubblova teleskopu, ale zatím je to to nejlepší, co máme k dispozici.