Hubblov teleskop

V apríli má Hubblov kozmický ďalekohľad (Hubble Space Telescope - HST) malé veľké jubileum - oslávi desať rokov svojej činnosti, ale úspešne pracuje už dve tretiny svojej plánovanej životnosti. Poskytol snímky, ktoré uchvacujú nielen astronómov, ale i laikov. Dal vesmíru iný rozmer.
Počet zobrazení: 1595

V apríli má Hubblov kozmický ďalekohľad (Hubble Space Telescope - HST) malé veľké jubileum - oslávi desať rokov svojej činnosti, ale úspešne pracuje už dve tretiny svojej plánovanej životnosti. Poskytol snímky, ktoré uchvacujú nielen astronómov, ale i laikov. Dal vesmíru iný rozmer.

Každý má nejaký sen, aj astronómovia jeden majú. Túžia po tom, aby bola všade, kde práve pracujú, úplná tma, jasno a čistý vzduch. V minulosti to mali hvezdári len zdanlivo ľahšie. Dnes kazí "výhľad" znečistenie atmosféry, prach, emisie vynášané vysoko do ovzdušia. Astronómovia sa preto sťahujú na opustené miesta čo najďalej od civilizácie, hľadajú suché lokality na náhorných plošinách s vysokým počtom jasných nocí, kde po dôkladných astroklimatických pozorovaniach stavajú veľké teleskopy. Rušivo a obmedzujúco pôsobí aj samotná "čistá" atmosféra bez faktorov ľudskej aktivity. Ak opomenieme jej klasické optické vlastnosti, stále tu máme vzdušnú vlhkosť alebo aktívne sopky chrliace kúdoly jemnučkého popola, ktorému trvá celé mesiace, kým klesne na povrch zeme. Trvalé nepriaznivé faktory sa nedajú úplne odstrániť, len čiastočne eliminovať výberom vhodného miesta. To znamená čo najvyššie nad najhustejšie, najznečistenejšie a najvlhkejšie vrstvy atmosféry. Tým sa zároveň mierne rozšíri veľkosť "optického okna", ktorým môžeme vesmír sledovať z povrchu Zeme o oblasti elektromagnetického spektra susediace s viditeľným svetlom.

Ale čo s tmou, kde ju nájsť v dostatočnej miere a vhodnej "kvalite" (tmavosti)? Mestská "tma" s pouličnými lampami bez tienidiel (najnovší "hit" Bratislavy) dovolí vidieť len najjasnejšie objekty hviezdnej oblohy. Klasickí astronómovia svorne chápu netmu ako prekážku v práci. Všetky vhodné pozorovacie miesta sa nachádzajú v nehostinných a ťažko dostupných oblastiach, väčšinou bez infraštruktúry. Toto veľmi predražuje zriaďovanie astronomických observačných centier, čím sa počet krajín, ktoré sú ochotné a schopné tieto projekty financovať, prirodzene redukuje len na tie najbohatšie. Častým riešením sú spoločne organizované projekty. Známymi centrami sa stali zariadenia ESO (European South Observatory) v Chile, observatóriá viacerých štátov na Havajskom súostroví a na Kanárskych ostrovoch.

Zvyšovanie kvality Konštrukcia ďalekohľadov postupuje míľovými krokmi vpred. Predtým sa konštruktéri trápili s obrovskou hmotnosťou veľkých astronomických zrkadiel, ktorá ich deformovala. Teraz sa odrazové plochy konštruujú ako skladačka, kde menšie, tenšie a ľahšie zrkadlá tvoria mozaiku. Kým predchádzajúce konštrukcie narážali na hmotnostnú bariéru pri priemeroch hlavných zrkadiel zhruba 5-6 m, teraz sa stavajú prístroje s priemerom 8 aj 10 m. Podstatnou mierou sa o to zaslúžila výpočtová technika a technologický pokrok pri vývoji materiálov. Pod každým zrkadlom mozaiky je množstvo kontrolných čidiel a aktívnych prvkov, ktoré aj stokrát za sekundu snímajú, zhodnotia a upravia polohu zrkadla tak, aby odstránili jeho deformácie spôsobené naklápaním ďalekohľadu do rôznych polôh. Túto tzv. techniku aktívnej optiky výrazne rozšírila metóda adaptívnej optiky. Ide skutočne o malý zázrak. Komplex kontrolnej aparatúry je schopný takmer okamžite reagovať na zmeny obrazu objektu v ohnisku, čo spôsobuje vzduch hlavne svojím prúdením. Jemne koriguje polohu jednotlivých prvkov mozaiky tak, aby bol obraz v rámci možností ideálny. Zatiaľ je na tento proces potrebná slabá hviezdička tesne vedľa sledovaného objektu, na ktorej sa registrujú náhle zmeny kvality obrazu. Po ich vyhodnotení putujú korekčné pokyny späť pod zrkadlá na úpravu ich optických plôch. Zanedlho bude referenčná hviezda nahradená umelým bodovým zdrojom svetla - laserovým lúčom. Uvedené postupy zvýšili výkon pozemských ďalekohľadov do tej miery, že sa vôbec nepochybuje o smere a užitočnosti nastúpenej cesty.

Výskum mimo Zem Smer vývoja pozemskej observačnej astronómie je vytýčený. Druhou možnosťou sú ďalekohľady mimo povrchu Zeme, buď na obežnej dráhe, okolo nej alebo ešte ďalej. Stačí spomenúť kozmické sondy IRAS, ISO, IUE 1 alebo ďalekohľady určené na astrofyzikálny výskum na palubách orbitálnych staníc Saľjut, Mir, Skylab, niekedy aj v špeciálnych moduloch. Hlavným dôvodom vynášania ďalekohľadov do kozmického priestoru vždy bola a aj zostane potreba astronomických pozorovaní v čo najširšom spektre vlnových dĺžok elektromagnetického žiarenia. Vesmír je ho plný. Atmosféra Zeme nás pred ním čiastočne chráni, ale zároveň nám tým bráni vo výhľade. Na dôkladné poznanie vzniku a vývoja blízkych i ďalekých kozmických telies ich potrebujeme vidieť v rôznom svetle. Celé spektrum má nepredstaviteľne obrovský diapazón vlnových dĺžok a energií. Ak si predstavíme šírku spektra svetla, ktoré vidíme voľným okom ako štrbinku pod dverami, tak celé spektrum by malo šírku vyše 320 miliárd kilometrov. Jeho energetický rozsah je ešte väčší. Veľa z toho nám absorbciou v ionosfére, vodnými parami a ozónom zakrýva atmosféra, časť prepúšťa takzvanými "oknami". Aby astronómovia videli aj ten zvyšok, vymysleli si ďalekohľad v kozmickom priestore.

Astronomické sny To sú hlavné dôvody, ktoré viedli novodobých hvezdárov k myšlienke kozmického ďalekohľadu na obežnej dráhe okolo Zeme. Sny astronómov mal naplniť Hubblov kozmický teleskop. Mal zabezpečiť úžasné pozorovacie podmienky, úplné "jasno" a tmu mal vlastne zaručené už tým, že sa pohyboval nad rušiacou a rozptyľujúcou atmosférou, hoci jej iný drobný vplyv zostal. Isté obmedzenia sa týkali len výberu pozorovaných objektov vzhľadom na orientáciu jeho dráhy.

Myšlienka ďalekohľadu v kozme nebola prevratne nová, realizácia už áno. Nápad skrsol v 40-tych rokoch, 70. a 80. roky priniesli dizajnérske a konštruktérske práce na družici, ako aj na samotných astronomických prístrojoch. Od tých čias sa datuje prudký vývoj CCD čipov, ktoré sa tak úspešne uplatnili aj v pozemských ďalekohľadoch a v iných oblastiach techniky, neskôr aj v bežnom živote. Vzhľadom na predpokladaný technologický pokrok sa umne zvolil perspektívny modulárny prístup, umožňujúci priebežnú výmenu alebo zaradenie celých blokov jednotlivých prístrojov. Jeho výhody sa naplno prejavili pri neskorších servisných misiách. Na vývoji a konštrukcii sa podieľali spoločne tímy špičkových odborníkov z NASA a ESA (European Space Agency), konštruktéri i astronómovia. Voľba celkovej veľkosti sondy a tým limitovanej mohutnosti optickej sústavy sa prispôsobila veľkosti nákladných priestorov raketoplánov. Prvotný projekt Large Space Telescope hovoril o trojmetrovom priemere zrkadla a každých päť rokov počítal s návratom na zem kvôli predpokladaným opravám a nutnej údržbe. Ten sa transformoval na Space Telescope so súčasnými rozmermi, pričom 25. apríla 1990 bol už ako Hubblov kozmický teleskop (HST) vynesený raketoplánom Discovery a umiestnený na približne kruhovú dráhu okolo Zeme so sklonom 29°, kde obieha vo výške 600 km raz za 96 minút. Pripomína rozmerný valec, po bokoch má dva slnečné panely dodávajúce potrebnú energiu všetkým prístrojom a aparatúram. Vnútri, pod tepelne chráneným plášťom, sú podstatné časti - primárne a sekundárne parabolické zrkadlo ďalekohľadu typu Ritchey-Chrétien. To hlavné má priemer 2,4 m, čo sa aj v pozemskej astronómii považuje za výkonný prístroj. Ďalšia astronomická výbava zahŕňa viacero prídavných zariadení, snímače, záznamové aparáty, ovládacie prvky. Zatiaľ posledný servis počas vianočných sviatkov minulého roka dopadol výborne. Astronauti vymenili gyroskopy, vysielač, palubný počítač a klasický kotúčový magnetofón nahradili digitálnym záznamovým zariadením s 10-krát vyššou pamäťovou kapacitou (12 GB). Pozorovania sa totiž uchovávajú na palube a zvyčajne raz za deň sa vysielajú do riadiaceho strediska na Zem.

Na čo slúži? Hubblov kozmický ďalekohľad bol určený hlavne na výskum veľmi ďalekých kozmických telies a štruktúr mimo našej galaxie s cieľom poznať ich vznik a vývoj, zloženie a iné fyzikálne vlastnosti. Mal hľadať prejavy teoreticky predpokladaných objektov a overiť veľkoškálové vlastnosti vesmíru. V "blízkom" kozme mal za úlohu čo najpodrobnejšie skúmať supernovy a ich pozostatky. Nevylučovala sa ani možnosť sledovania niektorých objektov slnečnej sústavy. Pri všetkých týchto výskumoch mala byť rozhodujúca rozlišovacia schopnosť aparatúry HST, ich citlivosť a širší spektrálny záber. Okrem širšieho spektrálneho dosahu mala byť výhodou HST aj výborná rozlišovacia schopnosť prakticky na hranici reálnych možností optického systému. Mala byť, ale takmer štyri roky nebola. Spôsobila to chyba, ktorá po odhalení vyvolala zdesenie tvorcov i fanúšikov projektu. Čoskoro po inštalácii na dráhe a začiatku pozorovaní prvé i opakované snímky nedosahovali očakávanú kvalitu a rozlíšenie. Závažná chyba sa vyskytla priamo na kľúčovom mieste. Hlavné parabolické zrkadlo bolo zle vybrúsené, optická plocha mala tzv. otvorovú chybu (inak zvanú sférická aberácia). Jej dôsledkom lúče rôzne vzdialené od optickej osi nemajú spoločné ohnisko. Obraz je teda mierne rozmazaný, neostrý. Práve táto chyba uberala HST jeho silu. Príčinou chyby boli nepresné meradlá, ktorými sa priebežne merala krivosť plochy zrkadla, ktoré boli zle nastavené, kalibrované. Ako keď má mať krajčírsky meter 1,5 m, ale natiahnutý má o tri centimetre viac. Prvý úľak vystriedalo hľadanie riešenia problému. Našlo sa efektívne a lacné východisko s geniálne jednoduchým princípom: vyrobiť optický člen, ktorý bude mať presne opačnú optickú chybu ako krivé zrkadlo a vložiť ho na koniec optickej cesty, aby korigoval vadu zobrazenia. Prvá servisná misia na HST v roku 1993 tak vložila modul korektívnej optiky COSTAR (Corrective Optics Space Telescope Axial Replacement) na miesto pôvodného FOS-u. Obraz sa následne zlepšil a HST mohol pokračovať v plnej sile. Ďalšie servisné misie sa plánujú na roky 2001 a 2003.

Ďalekosiahly význam Po desiatich rokoch činnosti už možno zodpovedne zrhnúť, ako a čím prispel HST rozvoju astronómie a astrofyziky. HST skúmal vzdialené planéty Slnečnej sústavy, Urán, Neptún a Pluto. Zistil sezónne zmeny v ich atmosférach a sledoval v nich niektoré výrazné štruktúry, tzv. svetlé a tmavé škvrny, ich vznik i zánik. Prispel tým k poznaniu, že tieto mohutné prúdy (búrky) majú charakter podobný tým na dvoch najväčších planétach. Vďaka HST máme unikátne zábery z dopadov zvyškov "roztrhanej" kométy Shoemaker-Levy 9 na Jupiter. Dopady zanechali v jeho atmosfére stopy, ktoré sa ešte po roku dali rozpoznať. Tu sme mali možnosť podrobne skúmať vlastnosti jeho atmosféry a zároveň v bezpečí veľkej vzdialenosti vidieť, čo by sa mohlo stať, keby sa niečo podobné udialo nám. Pozorovaním prechodu mesiaca Chárona cez disk svojej materskej planéty sa podarilo zostrojiť mapu albeda (odrazivosti) Pluta. Trošku ďalej, vo Veľkom Magellanovom mračne (jeden zo satelitov našej galaxie), sa trpezlivo skúma najbližšia supernova po svojom výbuchu v roku 1987. Vidíme tam zrod prstencových štruktúr prudko unikajúceho plynu v okolitom prostredí, ktoré po istom čase nadobúdajú veľké rozmery a podobu planetárnych hmlovín. HST ešte ukázal, že protoplanetárne disky, z ktorých neskôr vznikajú planéty, sú okolo hviezd bežné. Štruktúry jadier iných galaxií a ich celkový vývoj je tiež predmetom výskumu pomocou HST. Zistilo sa, že v jadrách týchto kompaktných útvarov sa nachádzajú masívne čierne diery. Úžasné sú snímky medzihviezdnej hmoty, v hustých oblastiach ktorej sa predpokladá vznik nových hviezd. Niektoré z nich môžeme v raných štádiách vývoja sledovať aj pomocou HST. Dôležitým poznatkom, ktorým prispel HST do klenotnice astronómie, je pozorovaním vzďaľovania galaxií spresnená hodnota rýchlosti rozpínania vesmíru. Táto kozmologická otázka astrofyzikov veľmi zaujíma, pretože súvisí s určením veku vesmíru. Súčasná hodnota tzv. Hubblovej konštanty je 70 km za sekundu na megaparsek, čo vedie k veku 12-14 miliárd rokov. Druhá skupina tiež pomocou HST, ale inou metódou - kalibrovaním supernov typu Ia Cefeidami, stanovila nižšiu hodnotu - 58 km za sekundu na megaparsek, čo vek vesmíru prijateľnejšie predlžuje.

Hubblov kozmický ďalekohľad vykonal obrovský kus observačnej práce. Vynahradil všetkým zúčastneným svoj dlh a odohnal mračná, ktoré nad ním viseli po úvodnom neúspechu. O jeho služby je naďalej veľký záujem napriek tomu, že má silnú konkurenciu v nových veľkých ďalekohľadoch, ktoré už teraz HST v niektorých smeroch predbehnú. V čase svojho vzniku "potiahol" vývoj CCD čipov a postaral sa o ich široké využitie v astronómii.

Autor (1959) je astronóm, pracovník Matematicko-fyzikálnej fakulty Univerzity Komenského

Facebook icon
YouTube icon
RSS icon
e-mail icon

Reagujte na článok

Napíšte prosím Váš text.

Blogy a statusy

Píšte a komunikujte

ISSN 1336-2984