Hubblov vesmírny ďalekohľad (skratka HST, z angl. Hubble Space Telescope; iné názvy: Hubblov teleskop/ďalekohľad, Hubble) je ďalekohľad na obežnej dráhe okolo Zeme. Pretože je umiestnený mimo zemskej atmosféry, získava ostrejšie obrázky veľmi slabých objektov než ďalekohľady na zemskom povrchu. Na obežnú dráhu bol vynesený raketoplánom Discovery pri misii STS-31 v roku 1990. Od svojho vypustenia sa stal jedným z najdôležitejších ďalekohľadov v dejinách astronómie. Je zodpovedný za mnoho priekopníckych objavov a pomohol astronómom lepšie pochopiť základné problémy astrofyziky. Pomocou ďalekohľadu sa podarilo získať niekoľko snímok, tzv. Hubblových hlbokých polí (angl. Hubble deep fields), tých najvzdialenejších objektov vo vesmíre.
| Hubblov vesmírny ďalekohľad | |
 Hubblov vesmírny ďalekohľad z raketoplánu Discovery počas druhej servisnej misie STS-82 | |
| Prevádzkovateľ | NASA, ESA |
|---|---|
| Hlavní dodávatelia | Lockheed Corporation (teleso), Perkin-Elmer (zrkadlo) |
| Dátum štartu | 24. apríl 1990 12:33:51 (UTC) |
| Nosná raketa | Space Shuttle Discovery (STS-31) |
| Kozmodróm | Kennedy LC-39B |
| Zánik | odhad 2030 – 2040 (2020 – 2032 ak by vstúpil do atmosféry) |
| COSPAR ID | 1990-037B (20580) |
| Webová stránka | hubble.nasa.gov |
| Hmotnosť | 11 110 kg (pri štarte) 12 247 kg po SM4[1] |
| Rozmery | 13,2 m × 4,2 m[1] |
| Energia | 2 800 W |
| Elementy dráhy [2][3] | |
| Epocha | 2018-08-27 14:42:52 UTC |
| Umiestnenie | nízka obežná dráha Zeme |
| Veľká polos | 6 917,1 km |
| Excentricita | 0,0002612 |
| Inklinácia | 28,47° |
| Výška | ~540 km |
| Apoapsida | 540,8 km |
| Periapsida | 537,2 km |
| Doba obehu | 95,4 min |
| Obežná rýchlosť | 7,59 km/s |
| Počet obehov za deň | 15,09 |
| Teleskop | |
| Typ | Ritchey-Chrétien reflektor optický, ultrafialový a blízky infračervený |
| Priemer | 2,4 m[4] |
| Zberná oblasť | 4,525 m²[4] |
| Ohnisková vzdialenosť | 57,6 m[4] |
| Prístroje | |
| NICMOS | infračervená kamera/spektrometer |
| ACS | prehliadková kamera (čiastočne chybná) |
| WFC3 | širokouhlá kamera |
| STIS | spektrometer/kamera |
| COS | ultrafialový spektrograf |
| FGS | presný navádzací senzor |
Od svojej prvotnej koncepcie až po vypustenie sa projekt potýkal s množstvom rozpočtových problémov a odkladov. Ihneď po vypustení sa zistilo, že hlavné zrkadlo má sférickú aberáciu. Po servisnej misii STS-61 v roku 1993 sa našťastie podarilo ďalekohľad dostať do plánovaného stavu a stal sa tak znovu schopným predpokladanej prevádzky.
Hubblov vesmírny ďalekohľad je súčasťou série Veľké kozmické observatóriá, ktorú vypracovala NASA. Ďalšími observatóriami sú Comptonove gama observatórium (Compton Gamma Ray Observatory), Röntgenové observatórium Chandra (Chandra X-ray Observatory) a Spitzerov vesmírny ďalekohľad (Spitzer Space Telescope).
Budúcnosť ďalekohľadu je neistá. Gyroskopy stabilizujúce ďalekohľad potrebujú výmenu a celý teleskop potrebuje naviesť na vyššiu obežnú dráhu, pretože časom klesne natoľko, že zhorí v atmosfére Zeme. Vedenie NASA pôvodne chcelo ďalekohľad ponechať už bez opravy svojmu osudu už od roku 2003. Na agentúru bol však vyvíjaný tlak, aby ďalekohľad ešte zachránila. NASA preto svoje rozhodnutie zvážila. Po obnovení letov raketoplánov, ktoré boli pozastavené po nehode druhého z nich, 31. októbra 2006 dal riaditeľ NASA Michael Douglas Griffin zelenú poslednej servisnej misii raketoplánu k ďalekohľadu – Atlantis STS-125, ktorá odštartovala 11. mája 2009. Od čias servisnej misie sú v súčasnosti už tri zo šiestich nových gyroskopov nefunkčné a štvrtý vykazuje problémy. 4. júna 2024 preto NASA oznámila, že pracuje na režime fungovania Hubblovho vesmírneho ďalekohľadu, pri ktorom stačí iba jediný gyroskop.[5]
Hubblov nasledovník Vesmírny ďalekohľad Jamesa Webba vzlietol na obežnú dráhu v roku 2021.[6] Má oveľa lepšie vlastnosti ako Hubble. Napriek tomu ho celkom nenahradil, pretože pozoruje v infračervenej oblasti spektra.
Predstava, plány a ciele
Návrhy a predchodcovia
V roku 1923 Hermann Oberth, považovaný za otca modernej raketovej techniky, spolu s Robertom Goddardom a Konstantinom Eduardovičom Ciolkovskim, publikovali dielo Die Rakete zu den Planetenräumen („Raketa do planetárneho priestoru“), čím spomenuli, ako by mohol byť ďalekohľad vynesený raketou na obežnú dráhu Zeme.[7]
História Hubblovho vesmírneho ďalekohľadu sa začala písať už v roku 1946, kedy astronóm Lyman Spitzer publikoval článok nazvaný Astronomické výhody hvezdárne mimo Zeme. V ňom písal o dvoch hlavných výhodách, ktoré by mali vesmírne observatória oproti pozemským. Prvou bolo, že uhlové rozlíšenie (najmenšia vzdialenosť, pri ktorej môžu byť objekty jasne rozlíšiteľné) by bolo limitované iba difrakciou, na rozdiel od turbulencií v atmosfére, ktorá zapríčiňuje blikanie hviezd a je astronómom známe ako „seeing“. Vtedy boli pozemské teleskopy typicky limitované rozlíšením 0,5 – 1,0 uhlových sekúnd, v porovnaní s teoretickým difrakčným obmedzením okolo 0,1 uhlovej sekundy pre teleskopy so zrkadlom 2,5 m v priemere. Druhá hlavná výhoda by bola, že vesmírny ďalekohľad by mohol pozorovať infračervené a ultrafialové žiarenie, ktoré inak silne pohlcuje atmosféra.
Spitzer zasvätil veľkú časť svojej kariéry snahe o vývoj vesmírneho ďalekohľadu. V roku 1962 správa americkej Národnej akadémie vied odporučila vývoj vesmírneho ďalekohľadu ako časť vesmírneho programu. V roku 1965 bol Spitzer vymenovaný do čela komisie, ktorá mala za úlohu definovať vedecké ciele pre veľký vesmírny ďalekohľad.
Postupne sa rozvíjajúca kozmonautika začala slúžiť astronómii v malom už po druhej svetovej vojne, keď vedci našli použitie pre vynálezy raketovej technológie, ktorá sa dostala do popredia záujmu. V roku 1946 bolo prvýkrát získané ultrafialové spektrum Slnka z výšky 88 km pomocou prístrojov umiestnených v trupe rakety.[8] Slnečné observatórium obiehajúce okolo Zeme bolo vypustené v roku 1962 Spojeným kráľovstvom ako časť vesmírneho programu Ariel a v roku 1966 svet zažil vypustenie prvého Obiehajúceho astronomického observatória (OAO) vesmírnou agentúrou NASA. Akumulátor misie OAO-1 zlyhala po troch dňoch, čím aj skončila celá misia, ale nasledujúca misia OAO-2 uskutočňovala ultrafialové pozorovania hviezd a galaxií od jej štartu v roku 1968 až do roku 1972, ďaleko za hranicou jej pôvodne plánovanej životnosti jedného roka.[9]
Misie OAO ukázali, akú dôležitú úlohu v astronómii by mohli zohrávať pozorovania z vesmíru. V roku 1968 sa zrodili smelé plány NASA pre vývoj zrkadlového ďalekohľadu, tzv. reflektora s 3 m v priemere, známom ako Veľký obiehajúci ďalekohľad alebo Veľký vesmírny ďalekohľad. Jeho štart bol navrhnutý na rok 1979. Tieto plány zdôrazňovali potrebu servisných misií s ľudskou posádkou k teleskopu, aby bolo zaručené, že taký na financie náročný projekt bude mať príslušne dlhú životnosť. Paralelne vyvíjané plány pre znovupoužiteľné kozmické raketoplány naznačovali, že čoskoro bude dostupná technológia, ktorá umožní servisné lety k ďalekohľadu.[10]
Hľadanie prostriedkov
Pokračujúci úspech programu OAO podporil zväčšujúci sa konsenzus medzi astronomickou komunitou, že hlavným cieľom by mal byť Veľký vesmírny ďalekohľad (skratka LST – z anglického originálneho názvu Large Space Telescope). V roku 1970 NASA vytvorila dve komisie: Jednu pre konštrukčnú časť projektu vesmírneho teleskopu, a druhú pre stanovenie vedeckých cieľov projektu. Po ustanovení komisií sa NASA stretla s ďalšou prekážkou: Zohnať financie pre ďalekohľad, ktorý mal byť oveľa drahší ako ktorýkoľvek teleskop na zemskom povrchu. Kongres Spojených štátov sa pýtal na mnohé aspekty navrhovaného rozpočtu pre teleskop a vynútil si škrty v rozpočte pre plánovacie fázy, ktoré sa v tom čase skladali z veľmi detailných štúdií potenciálnych nástrojov a technického vybavenia pre ďalekohľad. V roku 1974 škrty vo verejných výdavkoch podnietené prezidentom Geraldom Fordom viedli Kongres k zrušeniu celého financovania projektu vesmírneho teleskopu.[11]
Odpoveďou na tento krok bol v USA začiatok celonárodného lobbistického úsilia za ďalekohľad koordinovaného astronómami. Mnohí astronómovia sa stretli s kongresmanmi a senátormi osobne a popri tom sa organizovali kampane v písaní listov zodpovedným štátnikom. Národná akadémia vied vydala správu zdôrazňujúcu potrebu vesmírneho teleskopu, až nakoniec Senát Spojených štátov súhlasil s priznaním polovice čiastky, ktorú pôvodne kongres zamietol.
Problémy s financovaním viedli k redukciám v projekte. Pôvodne navrhovaný priemer zrkadla sa znížil z 3 m na 2,4 m. Táto redukcia sa však neuskutočnila len z dôvodu ušetrenia nákladov, ale aj preto, aby sa umožnila kompaktnejšia a efektívnejšia konfigurácia pre technické vybavenie ďalekohľadu. Navrhnutý 0,5 m predchodca teleskopu, ktorý mal slúžiť na otestovanie systémov použitých na hlavnom teleskope, bol zrušený. Rozpočtové záležitosti tiež naznačili nutnosť spolupráce s Európskou vesmírnou agentúrou. ESA súhlasila s dodávkou niekoľkých prístrojov pre teleskop, medzi inými aj solárnych panelov. ESA tiež uhradila približne 15 % nákladov za to, že európskym astronómom bude garantovaný aspoň 15 % pozorovací čas na teleskope.[12] Kongres napokon schválil financovanie 36 000 000 USD na rok 1978 a konečne sa mohlo vážne začať s návrhom LST, pričom sa počítalo so štartom v roku 1983.[13] Začiatkom 80. rokov bol teleskop pomenovaný po Edwinovi Hubblovi, objaviteľovi rozpínania vesmíru.[14]
Konštrukcia
Len čo dostal program zelenú, rozdelili sa úlohy a práca na projekte. Zodpovednosť za dizajn, vývoj a výstavbu malo The George C. Marshall Space Flight Center. Goddardovo centrum pre vesmírne lety dostalo na starosť celkový dozor nad vedeckými prístrojmi a pozemným riadiacim centrom, ktoré malo v budúcnosti riadiť misiu. Marshallovo centrum poverilo spoločnosť Perkin-Elmer výrobou optickej súpravy (Optical Telescope Assembly – OTA) a senzorov pre jemné navádzanie (Fine guidance sensors). Korpus ďalekohľadu mala zhotoviť spoločnosť Lockheed Corporation.[15]
Optical Telescope Assembly (OTA)
Najdôležitejšou súčasťou boli zrkadlo a optická sústava teleskopu. Dizajnéri ich navrhli tak, aby spĺňali náročné podmienky. Ďalekohľady mávajú obvykle zrkadlá vyleštené s presnosťou na asi desatinu vlnovej dĺžky viditeľného svetla. Keďže Hubblov ďalekohľad mal slúžiť na pozorovanie v oblasti od ultrafialového žiarenia až do oblasti blízkeho infračervenému, muselo byť jeho zrkadlo vyleštené s desaťkrát väčšou presnosťou než zrkadlá na predchádzajúcich teleskopoch. Presnosť mala dosahovať 1/20 vlnovej dĺžky viditeľného svetla, čo je asi 30 nanometrov.[16]
Spoločnosť Perkin-Elmer navrhovala dômyselné, počítačom riadené leštiace stroje, ktoré by vybrúsili zrkadlo do požadovaného tvaru. Ak by nastali komplikácie, poveril tím konštruktérov firmu Kodak, aby zostrojila záložné zrkadlo brúsené tradičnými brúsnymi technikami. Toto zrkadlo bolo vystavené v Smithsonovom inštitúte.[17] Dnes toto zrkadlo používa teleskop s priemerom 2,4 metra v Magdalena Ridge Observatory. Výroba zrkadla spoločnosťou Perkin-Elmer začala v roku 1979. Použili pri nej nízkorozťažné sklo.
Brúsenie zrkadiel začalo v roku 1979 a pokračovalo až do mája 1981. Aby bola hmotnosť zrkadla čo najmenšia, pozostávalo z dvoch častí hrubých jeden palec, medzi ktorými sa nachádzala mriežka so štruktúrou včelieho plástu – voština. NASA v tom čase preverovala manažérsku štruktúru Perkin-Elmer. Brúsenie sa začalo posúvať oproti plánu a presahovať rozpočet. Z dôvodu šetrenia financií NASA zastavila práce na zrkadle a presunula dátum štartu ďalekohľadu na október 1984. Zrkadlo bolo dokončené do konca roku 1981. Na brúsenie sa použilo 9 100 litrov horúcej deionizovanej vody. Pridaním odrazovej vrstvy hliníku s hrúbkou 65 nm a ochranného náteru z fluoridu horečnatého s hrúbkou 25 nm sa zlepšila odrazivosť zrkadla v ultrafialovom spektre.[18][19]
Pochybnosti o schopnosti účasti Perkin-Elmer na projekte tejto dôležitosti sa prehlbovali. NASA odložila dátum štartu ďalekohľadu až na apríl 1985. Oneskorenie v projekte sa zväčšovalo rýchlosťou asi o štvrtinu za mesiac a niekedy oneskorenie dosiahlo hodnotu 1:1. NASA bola nútená odložiť dátum štartu až na 1. marec a potom na august 1986. Do tohto okamihu sa úplný rozpočet projektu zvýšil na 1,175 miliardy dolárov.[15]
Usporiadanie vnútra komplexu ďalekohľadu
Obal, v ktorom je zamontovaný ďalekohľad spolu s ostatnými nástrojmi, bol pre inžinierov ďalším, značne zložitým problémom. Mal adekvátne odolávať častým zmenám teploty pri prechode z tieňa Zeme na priame slnečné svetlo a naopak. Zároveň musel byť dosť stabilný na to, aby umožňoval mimoriadne presné zameranie ďalekohľadu. Viacvrstvový izolačný plášť udržiava stabilnú teplotu vnútri celého telesa a obklopuje ľahkú hliníkovú schránku, v ktorej spočíva ďalekohľad a ostatné prístroje. Vnútri schránky drží kostra z polyméru vystuženého uhlíkovými vláknami (CRFP), najdôležitejšie časti celého komplexu pevne usadené.[20]
Kým konštruovanie obalu, v ktorom je zamontovaný ďalekohľad spolu s ostatnými nástrojmi, postupovalo hladšie než stavba OTA, spoločnosť Lockheed mala neustále problémy s rozpočtom a meškaním v časovom pláne. V lete 1985 prekročila výstavba ďalekohľadu rozpočet o 30 % a časový plán bol prekročený o tri mesiace. Správa MSFC hovorila, že spoločnosť Lockheed sa skôr spoliehala na príkazy od NASA, než aby prevzala vlastnú iniciatívu pri budovaní ďalekohľadu.[21]
Pôvodné prístroje
HST niesol na palube pri štarte päť vedeckých prístrojov: Wide Field and Planetary Camera (WF/PC), Goddard High Resolution Spectrograph (GHRS), High Speed Photometer (HSP), Faint Object Camera (FOC) a Faint Object Spectrograph (FOS). WF/PC slúžilo ako zariadenie s vysokým rozlíšením zobrazovania primárne určené pre pozorovania v optickej oblasti spektra. Mohlo pracovať v dvoch režimoch, pričom v prvom malo jeho zorné pole veľkosť 2,7 x 2,7 oblúkových minút a v druhom 1,2 x 1,2 oblúkových minút. Prvý režim slúžil na sledovanie vzdialenejších objektov, druhý na sledovanie bližších telies (napr. planét). Skonštruovalo ho Jet Propulsion Laboratory pri NASA a zakomponovalo doň sadu 48 optických filtrov izolujúcich spektrálne čiary s osobitným astrofyzikálnym významom. Prístroj obsahoval 8 CCD čipov, pričom každá z oboch kamier využívala presne polovicu čipov. každý CCD čip mal rozlíšenie 0,64 megapixelov.[22] Wide Field Camera (WFC) pokrývala uhlovo väčšie pole na úkor nižšieho rozlíšenia, Planetary Camera (PC) robila snímky pomocou efektívnejšej a väčšej ohniskovej vzdialenosti než čipy u WFC, čím dosiahla väčšie priblíženie.
GHRS bol spektrograf určený na snímanie objektov v ultrafialovej časti spektra. Vyrobilo ho Goddardovo centrum vesmírnych letov a samotné zariadenie bolo schopné dosiahnuť spektrálne rozlíšenie s hodnotou 90 000.[23] Pre snímkovanie v ultrafialovej oblasti boli optimalizované aj ostatné zariadenia (FOC a FOS), rovnako mali najvyššie priestorové rozlíšenie zo všetkých zariadení na palube ďalekohľadu. FOC bolo vybavené trojstupňovým fotonásobičom a slúžilo na sledovanie veľmi slabých objektov. FOS bol spektrograf a študoval optické spektrá veľmi vzdialených objektov. Tieto tri prístroje nepoužívali pre detekciu CCD-čipy, ale digikony, ktoré počítali fotóny. FOC skonštruovala Európska vesmírna agentúra a spoločnosť Martin Maretta (dnes pod spoločnosťou Lockheed Martin) postavila FOS.
Posledným prístrojom na palube bol HSP. Navrhnutý a vyrobený bol na Wisconsinsko-Madisonskej univerzite. Mal za úlohu pozorovať premenné hviezdy a ostatné objekty, ktoré menia svoju jasnosť, v ultrafialovom a viditeľnom spektre. Meral rýchle zmeny svetelného toku a polarizáciu svetla. Dokázal vykonať naraz takmer 100 000 meraní za sekundu s fotometrickou presnosťou približne 2 % alebo aj lepšou.[24]
Navádzací systém Hubblovho vesmírneho ďalekohľadu sa dá rovnako využiť ako vedecký prístroj. Tri senzory (Fine Guidance Sensors – FGS) sú primárne určené na udržiavanie presne zameraného teleskopu počas pozorovania, rovnako sa dajú využiť na vykonávanie mimoriadne presnej fotometrie; prístroj dokázal merať s presnosťou na 0,000 3 uhlovej sekundy.[25]
Pozemná kontrola
Vedecký inštitút Vesmírneho ďalekohľadu (Space Telescope Science Institute – STScI) je zodpovedný za vedeckú prevádzku ďalekohľadu a doručovanie dátových produktov astronómom. STScI riadi Asociácia univerzít pre výskum v astronómii (AURA) a samotný inštitút sa nachádza v areáli Univerzity Johna Hopkinsa v Baltimore, v štáte Maryland, ktorá spolu s ostatnými tridsiatimi dvoma univerzitami a siedmimi medzinárodnými pobočkami tvorí konzorcium AURA. STScI bol založený v roku 1983 po boji medzi NASA a vedeckou komunitou. NASA sa snažila udržiavať túto činnosť v rámci svojich štruktúr, ale vedecká obec chcela činnosť vykonávať na akademickej pôde.[26][27] Space Telescope European Coordinating Facility (ST-ECF), založená v Garchingu pri Mníchove v roku 1984 poskytuje podobnú službu pre európskych astronómov.
STScI má na starosti plánovanie pozorovaní, čo je jedna z pomerne náročných úloh.[28] Hubblov ďalekohľad obieha Zem na nízkej obežnej dráhe, takže bol v dosahu raketoplánov, ktorých astronauti mali za úlohu opravovanie nefunkčných prístrojov. Znamená to však, že Zem zakrýva množstvo vesmírnych objektov po takmer polovicu obežného času ďalekohľadu. Pozorovania nemôžu prebiehať ani vtedy, keď teleskop prelieta ponad Juhoatlantickú anomáliu kvôli zvýšenej úrovni radiácie. Taktiež existujú značne rozsiahle oblasti oblohy (tzv. radiačné pásy) v okolí Slnka, Mesiaca a Zeme. Rozsah „zakázanej“ oblasti v okolí Slnka je až 50°, aby sa OTA nedostala do kontaktu s priamym slnečným svetlom. Z tohto dôvodu je napríklad vylúčené pozorovanie Merkúru. Kvôli FGS sa ďalekohľad musí vyhýbať aj svetlu odrazenému od Zeme a Mesiaca. Pozorovanie týchto dvoch objektov je možné len vtedy, keď je FGS vypnuté. V počiatkoch misie ďalekohľadu slúžili pozorovania Zeme na vyrovnávanie jasových gradientov snímok pre WFPC1. V rovine obežnej dráhy ďalekohľadu existujú však aj tzv. oblasti nepretržitého pozorovania (angl. continuous viewing zone, skrátene CVZ), široké zhruba 90°, v ktorých sa dajú vesmírne objekty pozorovať dlhší čas. Kvôli precesii dráhy sa poloha CVZ mení s periódou 8 týždňov. Počas pozorovaní v CVZ môže jas Zeme dosahovať dlhšiu dobu značne veľké hodnoty, pretože limbus planéty býva v určitých oblastiach CVZ široký až okolo 30°.
Obežná dráha Hubblovho ďalekohľadu zasahuje až do najvyšších vrstiev atmosféry, pričom pri obehu ďalekohľadu okolo Zeme dochádza k nepredvídateľným zmenám. Hustota týchto vrstiev sa mení v závislosti od mnohých faktorov, preto nie je možné vopred predpovedať presnú dráhu ďalekohľadu. Odchýlka pri predpovedi dráhy na najbližších 6 týždňov môže narásť až na 4 000 km v horizontálnom smere. Plán pozorovania sa z toho dôvodu vypracúva len niekoľko dní vopred.[29]
Technickú údržbu ďalekohľadu má na starosti NASA spolu s Goddardovým strediskom pre vesmírne lety sídliacim v Greenbelte, v štáte Maryland, 48 km južne od STScI. Správnu prevádzku ďalekohľadu monitorujú nepretržite, 24 hodín denne, štyri tímy letových kontrolórov, spolu tvoriace Tím letovej prevádzky Hubblovho vesmírneho ďalekohľadu (Hubble's Flight Operations Team).[30]
Havária Challengeru, odklad, konečný štart
Na začiatku roku 1986 vyzeral plánovaný októbrový štart ďalekohľadu už celkom reálny, ale nečakaná havária raketoplánu Challenger koncom januára pozastavila americký program raketoplánov. Flotila zvyšných raketoplánov ostala v hangároch a štart Hubblovho vesmírneho ďalekohľadu bol odsunutý o štyri roky. Teleskop musel byť umiestnený v čistej miestnosti, musel byť v prevádzke a pravidelne bol čistený dusíkom, až kým sa znovu nenaplánoval jeho štart. Táto situácia zvyšovala celkovú cenu projektu, mesačne totiž stálo len udržiavanie ďalekohľadu asi 6 miliónov dolárov. Na druhej strane, inžinieri využívali tento čas na vykonávanie viacerých rozsiahlych testov a rôznych vylepšení.[31]
Nakoniec, po obnovení prevádzky vesmírneho programu v roku 1988, sa štart ďalekohľadu naplánoval na rok 1990. 24. apríla 1990 úspešne vyniesla ďalekohľad na obežnú dráhu misia STS-31 raketoplánom Discovery.[32]
Z pôvodnej odhadovanej sumy 400 miliónov dolárov stálo budovanie ďalekohľadu dosiaľ viac než 2,5 miliardy dolárov. Súhrnná cena sa do dnešného dňa odhaduje na niekoľkonásobok konštrukčnej ceny, pričom výdavky Spojených štátov amerických sa pohybujú v rozmedzí 4,5 miliardy až 6 miliárd dolárov a európsky finančný príspevok sa odhaduje na 593 miliónov € (odhad k roku 1999).[33]
Problémy ďalekohľadu
Vibrácie
Už krátko po vypustení sa objavili prvé problémy s ďalekohľadom. Vždy, keď teleskop prechádzal z osvetlenej strany Zeme nad neosvetlenú, sa rozkmital do takej miery, že na 3 až 5 minút neboli možné nijaké vedecké merania. Po týždni NASA zistila, že vibrácie spôsobujú solárne panely observatória, na ktoré vo vákuu výrazne pôsobí tlak slnečného žiarenia. Po náhlom prechode do zemského tieňa tento tlak ustane a navyše rapídne poklesne teplota kolektorov, čím sa kvôli tepelnej rozťažnosti začnú prehýbať. Práve deformácia kolektorov je hlavná príčina nežiaducich kmitov.[34]
Chyba primárneho zrkadla
V priebehu niekoľkých prvých týždňov sa zistilo, že ďalekohľad má problémy s optickým systémom. Hoci prvé obrázky vyhotovené ďalekohľadom vyzerali ostrejšie než rovnaké obrázky vyhotovené pozemskými prístrojmi, ďalekohľad zlyhával pri pokuse o konečné zaostrenie snímky. Najkvalitnejšie obrázky aké poskytoval, boli hlboko pod hranicou očakávania. Obrázky bodových zdrojov mali priemer až 1 uhlovú sekundu, namiesto projektovanej desatiny uhlovej sekundy.[35]
Analýza obrázkov ukázala, že príčinou problému je chybne vybrúsené primárne zrkadlo. Napriek tomu, že išlo pravdepodobne o dovtedy najlepšie vytvarované zrkadlo a jeho odchýlka od ideálneho tvaru nepresahovala predpísanú odchýlku jednej šesťdesiatpätiny vlnovej dĺžky svetla, bolo na svojich okrajoch príliš ploché a odchyľovalo sa až o 2,3 mikrometra od požadovaného tvaru. Výsledkom bola vážna sférická aberácia, chyba, pri ktorej sa svetlo odrazené z okrajov zrkadla sústreďuje v inom bode ako svetlo odrazené od stredu zrkadla.[36]
Závažnosť chyby zrkadla závisela na druhu pozorovaní, ktoré ďalekohľad vykonával. Obrázky jasných objektov a spektroskopické pozorovania neboli chybou takmer vôbec ovplyvnené, pretože stredná časť zrkadla bola vybrúsená v požadovanom tvare. Ďalekohľad sa však nedal použiť pri snímaní matnejších a slabších objektov alebo pri snímaní obrázkov s vysokým kontrastom. Znamenalo to, že nebolo možné rozbehnúť takmer žiadny kozmologický program, pretože práve takýto program si vyžaduje snímkovanie matných objektov. Napriek tomu aj počas prvých troch rokov misie bol Hubblov vesmírny ďalekohľad schopný vykonať množstvo produktívnych pozorovaní. Astronómovia používali na optimalizovanie výsledkov pozorovaní dômyselnú techniku spracovávania obrázkov (napr. dekonvolúciu), pretože sa pomerne rýchlo podarilo chybu identifikovať a zmenšiť tak jej dopad na kvalitu snímok.[37] NASA sa vďaka tejto nepríjemnej chybe, ktorá pomerne drasticky degradovala jej renomé a profesionalitu, stala terčom ostrej kritiky a sarkastických vtipov. Hubblov teleskop bol zobrazený v roku 1991 v komédii Bláznivá strela 2 1/2: Vôňa strachu ako kolosálny neúspech po boku Titanicu, Hindenburgu a Edselu (veľmi neúspešného amerického modelu automobilu od automobilky Ford).
Pôvod problému
Komisia vedená Lew Allenom, riaditeľom Jet Propulsion Laboratory, mala za úlohu preskúmať, ako mohla chyba vzniknúť. Zistila, že zariadenie na zmeranie presného tvaru zrkadla nebolo správne zostrojené – jedna šošovka bola umiestnená s 1,3 mm odchýlkou od jej správneho miesta.[38] Primárne a sekundárne zrkadlo ďalekohľadu totiž nikdy neboli testované spoločne, ale každé osobitne. Každé zrkadlo malo preto trošku iné parametre, ktoré im spoločne nedovolili presne zaostriť. USAF síce ponúklo NASA možnosť testovať optiku HST v svojom laboratóriu, ale NASA skúšky napokon nevykonala.[39] Počas leštenia zrkadla analyzovala spoločnosť Perkin-Elmer jeho povrch dvomi ďalšími zariadeniami na zmeranie presného tvaru zrkadla a obe zhodne naznačovali, že zrkadlo má sférickú aberáciu. Spoločnosť však ignorovala výsledky testov, pretože sa domnievala, že prvý test, uskutočnený primárnym prístrojom hlásiacim správny tvar zrkadla, bol presnejší než druhý.[40]
Komisia obvinila v prvom rade spoločnosť Perkin-Elmer. Vzťahy medzi NASA a Perkin-Elmer boli veľmi napäté už počas konštruovania celého komplexu ďalekohľadu kvôli časovému sklzu v pláne práce a predražovaniu výstavby. NASA zistila, že Perkin-Elmer nepovažuje výrobu zrkadla za svoju kľúčovú úlohu a spoločnosť si navyše bola istá tým, že NASA nezverí túto úlohu inej spoločnosti, keď sa už začalo leštenie zrkadla. Kým komisia ostro kritizovala spoločnosť Perkin-Elmer za takéto prešľapy, NASA si vyslúžila kritiku za to, že sa spoľahla na výsledky testu kontroly kvality len z jedného prístroja.[41]
Návrh riešenia
Ďalekohľad bol navrhnutý tak, aby bolo k nemu možné vyslať servisných technikov a opraviť ho aj na obežnej dráhe. Astronómovia začali okamžite hľadať nejaké možné riešenie tohto problému, ktoré by sa dalo použiť pri prvej servisnej misii naplánovanej na rok 1993. Kodak a Itek vybrúsili pre teleskop náhradné zrkadlo, nebolo by ho však možné vymeniť na obežnej dráhe. Priniesť celý komplex ďalekohľadu dočasne na opravu späť na Zem, by bolo nielen veľmi nákladné, ale aj časovo náročné. Vzhľadom na to, že ďalekohľad mal zrkadlo vybrúsené do istého tvaru, rozhodlo sa o vyrobení zariadenia, ktoré by malo rovnakú optickú chybu ale s opačným znamienkom. Tento doplnkový prístroj mal hrať podobnú úlohu akú majú okuliare.[43]
Ako prvý krok bolo treba zistiť presnú hodnotu chyby hlavného zrkadla. Analýzou obrázkov bodových zdrojov dospeli astronómovia k záveru, že hodnota kónickej konštanty zrkadla bola −1,01324, namiesto predpokladanej −1,00230.[44] Rovnaká hodnota vyšla aj z výsledkov analýzy zariadenia na leštenie zrkadla, ktoré používala spoločnosť Perkin-Elmer a taktiež aj z výsledkov analýzy interferogramov, ktoré technici získali pri pozemných skúškach.
Kvôli dizajnu zariadení umiestnených v tele ďalekohľadu, boli potrebné dva druhy korekcie. Wide Field and Planetary Camera 2 s novými zrkadlami, ktoré upriamovali lúče na 8 navzájom oddelených CCD čipov tvoriacich obe kamery, mala nahradiť pôvodnú Wide Field Planetary Camera. Inverzná optická chyba zabudovaná na povrch zrkadiel mala úplne odstrániť aberáciu hlavného zrkadla. Ďalšie prístroje však žiadne podobné vylepšenie nedostali a preto si vyžadovali externé korekčné zariadenie.[45]
Systém na korekciu aberácie pre FOC, FOS a GHRS sa nazýva Korekčná osová náhrada optiky vesmírneho ďalekohľadu (po anglicky Corrective Optics Space Telescope Axial Replacement, skrátene COSTAR) a pozostáva z dvoch zrkadiel, z ktorých jedno bolo vytvarované tak, aby odstránilo aberáciu.[46] Na to, aby sa táto korekčná náhrada dokázala vtesnať do útrob ďalekohľadu, museli astronauti pri servisnej misii demontovať jeden z prístrojov, vybraný bol High Speed Photometer.[45]
Servisné misie a nové zariadenia
Servisná misia 1
Ďalekohľad bol od prvopočiatku skonštruovaný tak, aby mohol byť pravidelne udržiavaný. Ale potom, čo sa objavili problémy so zrkadlom, ukázala prvá servisná misia, že astronauti budú nútení vykonať sériu dodatočných úprav a inštaláciu korekčnej optiky. Sedem astronautov vybraných pre prvú servisnú misiu absolvovalo tréning v používaní veľkého množstva špeciálneho náradia potrebného na opravu Hubblovho teleskopu.[47] Misia STS-61 (raketoplánu Endeavour) sa uskutočnila v decembri 1993 a zahŕňala inštaláciu niekoľkých zariadení a rôzneho vybavenia.
Medzi najpodstatnejšie úpravy patria výmena vysokorýchlostného fotometra za „balíček“ korekčnej optiky COSTAR a výmena WFPC (Wide Field and Planetary Camera) za WFPC2 s interným korekčným optickým systémom. Ďalej došlo k výmene riadiacej elektroniky solárnych panelov, štyroch gyroskopov, dvoch elektronických kontrolných jednotiek a dvoch magnetometrov. Tiež bol vylepšený softvér palubných počítačov a Hubble bol potom presunutý na vyššiu obežnú dráhu, pretože v priebehu 3 rokov sa ďalekohľad priblížil k zemskej atmosfére a hrozilo, že by do nej vnikol a zhorel.[48] 13. januára 1994 ohlásila NASA, že misia bola úspešne dokončená a predstavila sériu mnohých ostrých záberov vesmírnych telies.[49] Táto servisná misia bola jednou z najkomplexnejších misií, aké boli kedy podniknuté. V priebehu piatich dlhých výstupov do otvoreného vesmíru astronauti vykonali množstvo úprav vnútri teleskopu.[50]
Servisná misia 2
Úlohou druhej servisnej misie Discovery (STS-82) vo februári 1997 bola výmena zariadenia GHRS a FOS za spektrometre Space Telescope Imaging Spectrograph (STIS) a Near Infrared Camera and Multi-Object Spectrometer (NICMOS) a technického a výskumného magnetofónového záznamníku za nový elektronický. Počas štyroch výstupov do kozmu bola opravená tepelná izolácia a znova upravená obežná dráha.[51] Keďže astronauti našli na ďalekohľade ďalšie poškodenia tepelnej izolácie, na jej opravu sa uskutočnil piaty neplánovaný výstup.
NICMOS obsahoval chladič s dusíkom v pevnej forme, ktorý slúžil na redukciu tepelného žiarenia z ostatných prístrojov, ale o nejaký čas po tom, ako bol nainštalovaný, došlo k neočakávanej tepelnej expanzii, čo malo za následok kontakt s optickou clonou. To viedlo k nadmernému zahrievaniu NICMOSu a následnému skráteniu jeho očakávanej životnosti zo 4 a pol roka na 2 roky.[52]
Servisná misia 3A
Servisná misia 3A Discovery (STS-103) prebehla v decembri 1999. Išlo o odštiepenú misiu od pôvodne plánovanej servisnej misie 3. Vznik varianty 3A bol vynútený nečakaným zlyhaním troch palubných gyroskopov (štvrtý gyroskop zlyhal niekoľko týždňov pred začiatkom misie, čo Hubblovi úplne znemožnilo vykonávať vedecké pozorovania). V priebehu misie 3A astronauti nahradili všetkých šesť gyroskopov, vymenili senzor pre jemnú navigáciu (Fine Guidance Sensor) a palubný počítač, inštalovali Voltage/temperature Improvement Kit (VIK) − zariadenie pre ochranu akumulátorov pred prebíjaním a opäť vymenili tepelnú izoláciu.[53] Aj napriek tomu, že nový počítač (25 MHz Intel 80486 s 2 MB RAM) je z dnešného hľadiska takpovediac múzejným exponátom, bol stále 20x rýchlejší než jeho predchodca DF-224. „Nový“ počítač zlepšuje efektivitu tým, že umožňuje vykonávať niektoré výpočtové operácie priamo na palube Hubbla a tiež šetrí náklady, pretože umožňuje použitie nových programovacích jazykov.[54]
Servisná misia 3B
V priebehu misie 3B Columbia (STS-109) v marci 2002 bolo nainštalované nové zariadenie – Advanced Camera for Surveys (ACS), ktoré nahradilo FOC. Tiež došlo k oprave zariadenia NICMOS, ktoré už v roku 1999 vyčerpalo zásobu chladiacej látky. Bol inštalovaný nový chladiaci systém, ktorý teplotu dostatočne znížil a zariadenie bolo teda opäť použiteľné. Hoci chladiaci systém nezabezpečoval takú nízku teplotu, akú si pôvodný dizajn zariadenia vyžadoval, teplota je stabilnejšia. V mnohých ohľadoch splnila táto výmena svoj účel.[52] Obzvlášť nainštalovanie ACS zvýšilo schopnosti ďalekohľadu. Navyše pomocou ACS a s opraveným zariadením NICMOS bol ďalekohľad schopný nasnímať tzv. Hubblovo ultrahlboké pole (HUDF).
V priebehu misie 3B boli už druhýkrát vymenené solárne panely. Konštrukcia nových panelov bola odvodená od panelov použitých u družíc komunikačného systému Iridium, ktorých veľkosť predstavuje len dve tretiny pôvodných panelov. Nižšia hmotnosť sa prejavuje v nižšom vplyve gravitácie na Hubblea. Zároveň však poskytujú o 30 % viac energie. Takýto prírastok energie umožnil simultánne spúšťanie palubných prístrojov a zredukoval problémy s vibráciami, ktoré vznikali vo chvíľach, keď staršie a menej tuhé panely prechádzali zo zemského tieňa na slnečné svetlo a naopak. Ďalej bola vymenená Hubble's Power Distribution Unit (energetická distribučná jednotka), ktorá umožnila vykonávať kompletné reštarty všetkých zariadení.[55]
Servisná misia 4
Ďalšia oprava bola naplánovaná na február 2005, ale havária Columbie v roku 2003 mala následky aj pre program servisu Hubbla.[56] Riaditeľ NASA Sean O'Keefe rozhodol, že všetky nasledujúce misie raketoplánov musia byť schopné dosiahnuť bezpečné útočisko na Medzinárodnú vesmírnu stanicu, ak by sa počas letu vyskytol nejaký neočakávaný a vážny problém. Lenže obežné dráhy ISS aj teleskopu boli tak rozdielne, že pre raketoplán v problémoch, mieriaci pôvodne k Hubblovi, by bolo nemožné dosiahnuť ISS. Toto rozhodnutie však bolo napadnuté mnohými astronómami, ktorí argumentovali, že Hubble je natoľko cenný pre vedu, že si zaslúži trochu rizika. To, že plánovaný nástupca, ďalekohľad Jamesa Webba (JWST), nebude podľa vtedajších odhadov k dispozícii skôr než v roku 2018 a fakt, že JWST sa nebude nachádzať na nízkej obežnej dráhe (a preto nemôže byť v prípade potreby ľahko opravený), iba zvyšovalo tlak na vykonanie tejto servisnej misie. Zároveň si ale túto servisnú misiu nikto z astronómov neželal, pokiaľ by sa mala čerpať z rozpočtu pre JWST.
V auguste 2004 zlyhal pohonný systém spektrometra (Space Telescope Imaging Spectrograph – STIS), a celé zariadenie prestalo pracovať. V roku 2005 padlo rozhodnutie prepnúť ďalekohľad do módu riadenia iba dvoma gyroskopmi, aby sa predĺžila doba misie. Teleskop bol dvoma gyroskopmi riadený do augusta 2005, ďalšie dva gyroskopy boli nevyužité, ale pripravené ako náhrada. Dva ďalšie gyroskopy už boli v tom čase nefunkčné a nepoužiteľné. Po zlyhaní ďalšieho gyroskopu by bol celkovo nepoužiteľný.[57] Aj elektronika hlavnej kamery (Advanced Camera for Surveys – ACS) zlyhala a to v júni 2006. Záložná elektronika zlyhala 27. januára 2007.[58] V súčasnosti pracuje s pôvodným elektronickým vybavením iba (Solar Blind Channel – SBC). Dva hlavné kanály pracujúce vo viditeľnom a ultrafialovom spektre zostali nepoužiteľné.[59] Zdalo sa nepravdepodobné, že by výskum mohol pokračovať bez ďalšej servisnej misie.
Tlak na servisnú misiu sa zvyšoval, do boja sa zapojili senátori, tisíce listov školákov zaplavili Bushovu administratívu. Z Hubbla sa stal národný symbol, ktorý bolo nutné stoj čo stoj zachrániť.[60]
Nový riaditeľ NASA, Michael D. Griffin oznámil krátko po svojom menovaní, že prehodnotí zrušenie servisnej misie.[61] Po sérii simulácií, plánovania a príprav Griffin nakoniec v októbri 2006 dal definitívne zelenú prípravám na misiu, naplánovanú na október 2008. Porucha na hlavnom dátovom prístroji Hubblovho teleskopu však ešte pozdržala štart misie.[62] Museli sa vykonať prípravy a plán na výmenu aj tohoto zariadenia, inak by celá misia nemala zmysel.
Atlantis napokon naposledy k Hubblovi vyštartoval v máji 2009.[63] Počas misie bol vymenený pokazený dátový záznamník (kvôli ktorému sa misia zdržala), opravené systémy AC3 a STIS, nainštalované lepšie niklo-vodíkové akumulátory a vymenený celý rad menších dielov. Taktiež boli nainštalované nové komponenty – širokouhlá kamera 3 (WFC3), spektrograf pôvodu vesmíru (Cosmic Origins Spectrograph – COS)[64] a nový systém na priblíženie (Soft Capture Mechanism – SCM) a zachytenie pre budúcu plánovanú akciu, pri ktorej bude Hubble zachytený a dopravený do atmosféry na riadený zánik.[65] Práce a opravy na teleskope boli úspešne dokončené a predĺžili jeho životnosť. Odhad z roku 2014 hovorí, že k ukončeniu misie by malo dôjsť najneskôr v roku 2021,[66] odhad z roku 2015 znižuje dobu aktívnej misie do roku 2020.[67]
Vedecké výsledky misie
Dôležité objavy
Hubblov vesmírny ďalekohľad pomohol astronómom rozlúštiť mnohé dlhotrvajúce otázky, rovnako tiež poskytol výsledky vedúce k novým otázkam a teóriám. Medzi prvoradé ciele misie ďalekohľadu patrilo meranie vzdialeností cefeíd, premenných hviezd vykazujúcich veľmi dobrý vzťah medzi periódou premenlivosti a absolútnou svietivosťou. Meranie bolo oveľa presnejšie než iné merania uskutočnené predtým a tak sa podarilo výraznejšie obmedziť rozsah odhadovaných hodnôt Hubblovej konštanty, určujúcej rýchlosť rozpínania vesmíru, ktorá súvisí aj s jeho vekom. Pred vypustením ďalekohľadu dosahovala chyba pri odhadovaní hodnoty Hubblovej konštanty v niektorých prípadoch až 50 %. Pozorovania cefeíd v kope galaxií v súhvezdí Panna a v iných vzdialených kopách galaxií pomocou Hubblovho ďalekohľadu znížili tento rozdiel na 10 %. Tento výsledok súhlasí aj s inými pozorovaniami, ktoré astronómovia vykonali pomocou odlišných metód až po vypustení ďalekohľadu na obežnú dráhu.[68]
Hoci Hubble pomohol zdokonaliť odhad veku vesmíru, vznikli pochybnosti o teóriách ohľadom vzniku vesmíru. Astronómovia z Tímu pre hľadanie supernov s vysokým z (po anglicky High-z Supernova Search Team) a projektu Supernova cosmology project[69] použili ďalekohľad na pozorovanie vzdialených supernov a objavili dôkaz, že rozpínanie vesmíru sa pod vplyvom gravitácie nespomaľuje, práve naopak, jeho rozpínanie sa môže v skutočnosti zrýchľovať. Zrýchľovanie potvrdili aj viaceré pozemské ďalekohľady spolu s ďalekohľadmi na obežnej dráhe a jeho hodnotu zmerali s ešte presnejším výsledkom. Napriek tomu, príčina tohto zrýchľovania nie je v súčasnosti (august 2018) z veľkej časti známa. Predmetom intenzívneho výskumu je teória, že je to spôsobené tzv. temnou hmotou.[70]
Obrázky a spektrá s vysokým rozlíšením, ktoré poskytol Hubblov ďalekohľad, sú obzvlášť vhodné na dokazovanie existencie čiernych dier v centrách blízkych galaxií. Hoci sa už začiatkom šesťdesiatych rokov 20. storočia predpokladalo, že by sa čierne diery mohli vyskytovať v jadrách niektorých galaxií, a počas výskumu v osemdesiatych rokoch 20. storočia sa objavilo niekoľko kandidátov na takéto objekty, až výskum Hubblovým ďalekohľadom ukázal, že výskyt čiernych dier je pravdepodobne pre všetky jadrá galaxií bežný.[71][72] Ďalekohľad ďalej potvrdil, že hmotnosť jadier čiernych dier je úzko spätá s vlastnosťami samotných čiernych dier.
Zrážka kométy Shoemaker-Levy 9 s planétou Jupiter v roku 1994 nastala pre astronómov vo vhodnom čase, niekoľko mesiacov predtým vykonala posádka prvej servisnej misie opravu optiky ďalekohľadu. Obrázky Hubbla boli ostrejšie než akékoľvek iné snímky od roku 1979, keď okolo planéty preletela medziplanetárna sonda Voyager 2. Zároveň hrali dôležitú úlohu pri štúdiu dynamiky zrážky kométy s Jupiterom, udalosti, ktorá sa stáva len raz za niekoľko storočí.
Medzi ďalšie významné objavy ďalekohľadu patria protoplanetárne disky v hmlovine M 42;[73] dôkazy prítomnosti extrasolárnych planét okolo hviezd podobných Slnku;[74] a pozorovania optických náprotivkov stále nedostatočne vysvetlených zábleskov žiarenia.[75] Vesmírny ďalekohľad bol použitý aj na študovanie objektov na okraji slnečnej sústavy – trpasličej planéty Pluta[76] a Eris.[77]
Unikátny odkaz, ktorý nám zanechal projekt Hubblovho vesmírneho ďalekohľadu, sú snímky tzv. Hubblových hlbokých a ultrahlbokých polí. Pri ich snímaní bola využitá jedinečná citlivosť prístroja na vlnových dĺžkach viditeľného svetla, čím sa vytvorili obrázky malých kúskov oblohy. Na nich je možné vidieť galaxie vzdialené miliardy svetelných rokov. Nikdy predtým sa takto vzdialené objekty nepodarilo astronómom zobraziť vo viditeľnom svetle. Hubblov ďalekohľad nám tak poskytol pohľad do raného štádia vývoja vesmíru. Téma hlbokých polí sa zakrátko stala hlavnou náplňou mnohých vedeckých prác.
Význam ďalekohľadu pre astronómiu
Viacero objektívnych meraní preukázalo pozitívny dopad Hubblovho ďalekohľadu na astronómiu. V odborných časopisoch bolo zverejnených vyše 4000 prác založených na údajoch poskytnutých ďalekohľadom, a ešte viac ich bolo prezentovaných na astronomických konferenciách. V roku 2015 dosiahlo množstvo prác publikovaných na základe pozorovaní teleskopu číslo 12 800, čo z neho robí najproduktívnejší vedecký prístroj v histórii vedy.[67] Ak sa pozrieme na odborné astronomické práce z obdobia pred vypustením Hubblovho ďalekohľadu, približne jedna tretina z nich neobsahovala žiadne citácie či referencie, zatiaľ čo u prác založených na údajoch z Hubbla sú to iba 2 %. Z približne 200 najviac citovaných prác zverejňovaných každý rok je asi 10 % založených práve na údajoch poskytnutých Hubblovým ďalekohľadom.[78]
Hoci mal Hubble veľmi pozitívny dopad na astronómiu, je otázne, či to nebolo vyvážené príliš vysokými nákladmi. Vypracovaná štúdia týkajúca sa relatívnych dopadov rôznych ďalekohľadov na astronómiu zistila, že údaje z HVD sú síce napríklad oproti 4 m pozemnému ďalekohľadu William Herschel Telescope 15x častejšie citované, HVD ho ale prekoná aj v nákladoch na prevádzku, ktoré sa odhadujú na 100 násobok nákladov na William Herschel Telescope.[79]
Rozhodnúť sa medzi investovaním do pozemného alebo vesmírneho ďalekohľadu je do budúcnosti veľkou dilemou. Rozvoj adaptívnej optiky rozšíril možnosti fotografovania s vysokým rozlíšením aj pomocou pozemných ďalekohľadov. Rozdiely v kvalite pozorovaní medzi adaptívnou optikou a Hubble sa môže líšiť prípad od prípadu. Dá sa však povedať, že v oblasti viditeľného svetla môže adaptívna optika zaostriť iba veľmi malú časť zorného poľa, zatiaľ čo Hubble môže vykonávať snímkovanie s vysokým rozlíšením vo veľkom zornom poli.
Prenos a spracovanie údajov
Prenos na Zem
Údaje získané ďalekohľadom sú v prvej fáze uložené priamo v teleskope. Keď bol Hubble vypustený, na uskladnenie údajov slúžili magnetické pásky. V priebehu servisných misií 2 a 3A nahradil tieto médiá pevný disk. Z paluby teleskopu sa údaje odosielajú na zemský povrch cez Sústavu satelitov pre prenášanie údajov (Tracking and Data Relay Satellite System – TDRSS) – systém satelitov na nízkej obežnej dráhe, ktoré môžu komunikovať so Zemou približne 85 % času jedného obehu. Údaje sa z TDRSS prenášajú na pozemné strediská; najprv do Goddardovho centra pre vesmírne lety a potom finálne do Vedeckého inštitútu vesmírneho ďalekohľadu (STScI), kde sa archivujú.[80] Každý týždeň sa z HST prenesie na Zem približne 140 Gb (17,5 GB) dát.[81]
Archivácia
Všetky údaje z Hubblea sú dostupné v archíve STScI.[82] Údaje podliehajú po svojom vzniku jednoročnej ochrannej lehote, počas ktorej ich poskytujú len oprávneným osobám a astronómom. Oprávnené osoby z STScI môžu podľa okolností túto ročnú dobu skrátiť alebo predĺžiť.[83]
Pozorovania uskutočnené v tzv. Director's Discretionary Time sú z tejto ochrannej lehoty vyňaté a poskytnuté širokej verejnosti takmer okamžite. Kalibračné údaje sú taktiež prístupné krátko po získaní. Všetky údaje z teleskopu sa archivujú v grafickom formáte FITS. Ten je vhodný pre astronomické analýzy, nie však pre verejné použitie.[84] Vďaka existencii Projektu Hubblovo dedičstvo (Hubble Heritage Project) sú vybrané fotografie spracované do formátu JPEG a TIFF. Potom sa prezentujú širokej verejnosti.[85]
Spracovanie
Astronomické údaje, zachytené na CCD čipoch, musia prekonať niekoľko kalibračných krokov predtým, než sa dajú použiť pre astronomické analýzy. STScI vyvinul sofistikovaný software, ktorý automaticky kalibruje údaje, keď je o ne požiadané. Tento proces, pri ktorom počítače v priebehu výpočtového času kalibrujú údaje a zároveň vykonávajú iné aktivity, umožňuje, že aj žiadosti o veľké množstvo údajov sú vybavené a vrátené naspäť k žiadateľom do niekoľkých dní. Proces, v priebehu ktorého sa údaje kalibrujú automaticky, sa nazýva automatická kalibrácia údajov (pipeline reduction), a v stále väčšej miere sa využíva na hlavných pozemských observatóriách. Pokiaľ astronómovia chcú, môžu získať kalibračný program pre seba a vykonávať kalibráciu lokálne vo svojich strediskách. To sa hodí vo chvíľach, keď sú kalibračné kapacity vyťažené.[86]
Analýza
Údaje z teleskopu môžu byť analyzované pomocou mnohých rozdielnych programov. STScI presadzuje na mieru vyrobený software Systém na analýzu dát z vesmírneho ďalekohľadu (Space Telescope Science Data Analysis System – STSDAS), ktorý obsahuje všetky programy potrebné pre priebeh potrebnej redukcie na nespracovaných údajoch. Obsahuje tiež ďalšie prostriedky pre spracovanie astronomických údajov. Program je navyše upravený presne na formát údajov prichádzajúcich z Hubblovho vesmírneho ďalekohľadu. Tento software beží tiež ako modul Image Reduction and Analysis Facility (IRAF), populárneho počítačového programu pre spracovanie astronomických dát.[87]
Význam pre verejnosť
Pre projekt Hubblovho vesmírneho ďalekohľadu bolo vždy dôležité mať na svojej strane priazeň širokej verejnosti, pretože na jeho stavbu a prevádzku boli vynaložené značné príspevky daňových poplatníkov.[88] Po ťažkých začiatkoch, pri ktorých chyba hlavného zrkadla znížila hodnotu projektu v očiach verejnosti, prvá servisná misia reputáciu napravila. Po nej začala nová optika ďalekohľadu dodávať na Zem množstvo mimoriadnych fotografií.
O informovanosť verejnosti sa stará hneď niekoľko aktivít. Projekt Hubblovho dedičstva bol založený preto, aby ľuďom sprístupňoval výber kvalitných snímok zaujímavých a zvláštnych vesmírnych objektov. Tím projektu je zložený z amatérskych aj profesionálnych astronómov a tiež ľudí, ktorí sa pohybujú v oblasti astronómie. Snaží sa zdôrazňovať estetickú stránku vzniknutých snímok. Projekt má k dispozícii iba malé množstvo pozorovacieho času ďalekohľadu. Využíva ho na vytváranie „vďačných“ snímok pre verejnosť, ktoré ale nie sú kvôli nižšiemu rozlíšeniu príliš prínosné pre skutočnú vedeckú prácu.[89]
Ďalšiu aktivitu pre verejnosť vykonáva STScI, ktorý sa stará o niekoľko obsiahlych webových stránok.[90][91][92][93]
Tieto činnosti koordinuje Kancelária pre verejný význam (Office for Public Outreach), založená v roku 2000, aby zaistila daňovým poplatníkom určitú spätnú väzbu za podporu celého programu.
Od roku 1999 bolo pre osvetovú činnosť Hubblovho programu v Európe založené Hubblovo centrum Európskej kozmickej agentúry (Hubble European Space Agency Information Centre – HEIC).[94] Kancelária sa nachádza v koordinačnom stredisku vesmírneho ďalekohľadu (Space Telescope – European Coordinating Facility) (ST-ECF) v nemeckom Mníchove. Kancelária plní osvetovú a vzdelávaciu funkciu Európskej kozmickej agentúry k projektu vesmírneho ďalekohľadu. Hlavnou činnosťou je produkcia fotografií a najnovších vedeckých poznatkov.
Replika Hubblovho vesmírneho ďalekohľadu je vystavená v areáli súdneho dvora v meste Marshfield v štáte Missouri, rodisku Edwina Hubbla, po ktorom bol teleskop pomenovaný.
Budúcnosť
Zlyhávanie vybavenia
Servisné misie nahrádzali staré prístrojové vybavenie za nové. Konali sa preto, aby sa zabránilo zlyhávaniu a zastarávaniu prístrojov a otvorili sa nové možnosti výskumu. Bez servisných misií sa všetko zariadenie postupne stane nepoužiteľným. V marci 2021 napríklad ďalekohľad kvôli softvérovému problému prešiel do núdzového režimu. Inžinieri problém odhalili a chceli ďalekohľad vrátiť do prevádzky, no kryt ďalekohľadu, ktorý sa v núdzovom režime pre istotu zaviera, sa ich povel neotvoril. Kryt musel byť otvorený pomocou záložného motora. Mimo prevádzky zostala aj vedecká kamera Wide Field Camera 3, pretože je pod nižším napätím, než by mala byť.[95]
Hubble využíva na svoju stabilizáciu v priestore gyroskopy. Umožňujú mu udržiavať presnú a pevnú polohu, aby mohol zamerať zrkadlo na vybrané astronomické objekty. Na bežnú prevádzku boli potrebné tri gyroskopy. Ďalekohľad bolo síce možné nasmerovať aj za použitia dvoch, ale v tom prípade bol pozorovací priestor obmedzený a observatórium muselo byť zamerané veľmi presne, čo je ťažšie. K marcu 2021 boli funkčné už iba tri gyroskopy. Našiel sa však spôsob, akým bude možné udržiavať ďalekohľad schopný pozorovania, hoci v obmedzenom režime, aj keď bude funkčný už iba jeden gyroskop. Inžinieri programu v roku 2020 pri príležitosti osláv 30. výročia vypustenia ďalekohľadu oznámili, že očakávajú ešte zhruba päť rokov prevádzky prístroja.[95] 24. mája 2024 prešiel Hubble do bezpečnostného režimu kvôli chybným údajom jedného zo zostávajúcich gyroskopov. Problém s týmto konkrétnym gyroskopom sa v minulosti už niekoľkokrát zopakoval. NASA preto rozhodla, že zavedie pre HST režim práce iba s jediným gyroskopom. Tento režim spôsobí ďalekohľadu niekoľko malých obmedzení, napríklad si bude vyžadovať viac času, aby zmenil svoju orientáciu na nový objekt pozorovania.[5]
Okrem predpovedí zlyhania kľúčových gyroskopov by Hubble potreboval vymeniť aj akumulátory. Robotická servisná misia bola vyhodnotená ako príliš chúlostivá, pretože by mohla nenávratne poškodiť celý teleskop. Napriek tomu ju NASA po poslednej pilotovanej servisnej misii celkom nevylúčila.[96] Ďalekohľad bol však navrhnutý tak, aby v priebehu servisných misií mohol získavať energiu priamo z raketoplánu, teda z externého zdroja. Tento fakt hovoril v prospech možnosti pripojiť k ďalekohľadu externý zdroj energie namiesto výmeny vnútorných článkov.[97]
Znižovanie obežnej dráhy
Hubble obieha Zem v extrémne riedkych horných vrstvách atmosféry a jeho orbita s časom klesá vplyvom brzdenia o atmosféru. Pokiaľ nedôjde k zvýšeniu jeho obežnej dráhy, ďalekohľad vstúpi do atmosféry niekedy medzi rokmi 2019 – 2032. Presný termín závisí na viacerých faktoroch, napríklad na intenzite slnečnej aktivity,[96] ktorá ovplyvňuje hustotu horných vrstiev zemskej atmosféry. Vplyv na dátum vstupu teleskopu do hustejších vrstiev atmosféry majú aj Hubblove gyroskopy. Pri vstupe do atmosféry by pravdepodobne neboli poškodené všetky systémy ďalekohľadu. Časti hlavného zrkadla a podporná štruktúra by asi prežili, podľa niektorých odhadov však existuje významné riziko (až 1:700), že v prípade pokusu o nápravu pomocou ľudskej posádky, mohlo by dôjsť ku stratám na životoch.[98]
NASA pôvodne plánovala, že Hubbla na bezpečnú orbitu navedie v priebehu misie STS-144. To je však dnes už nereálne, pretože cena jedného letu raketoplánu je príliš vysoká (podľa niektorých odhadov okolo 500 mil. USD), navyše program raketoplánov bol už ukončený. V neprospech tejto misie hovorili aj obavy o bezpečnosť posádky raketoplánu. Namiesto toho NASA hľadá externý pohonný systém, ktorý by ďalekohľadu pomohol kontrolovane zvýšiť svoju orbitu.[99] Z dôvodu úsporných opatrení však nemožno očakávať, že ďalekohľad zostane činný až do roku okolo 2030, kedy neriadene vstúpi do atmosféry.[67]
Hubblove hlboké polia
Hubblov ďalekohľad zaznamenal niekoľko snímok, tzv. hlbokých polí:[100]
Referencie
Iné projekty
Externé odkazy
Zdroj
Wikiwand in your browser!
Seamless Wikipedia browsing. On steroids.
Every time you click a link to Wikipedia, Wiktionary or Wikiquote in your browser's search results, it will show the modern Wikiwand interface.
Wikiwand extension is a five stars, simple, with minimum permission required to keep your browsing private, safe and transparent.
