30 éves a Hubble űrteleszkóp

Google+ Pinterest LinkedIn Tumblr +

A Hubble űrteleszkóp már több mint 30 éve kering Föld körüli pályáján, és küld lélegzetelállító csillagászati felvételeket. A képek segítségével a csillagászok rengeteg érdekes kérdésre adtak már választ, és az eredmények láttán talán még több új kérdést tettek fel maguknak. A felvételek mellett az őket készítő műszer is különlegességnek számít a maga nemében. A legendés űrtávcsőről 2008. novemberi lapunkban olvashattak részletes cikket, amelynek aktualizált változatát közöljük most

Mióta földi tárgyakat tudunk feljuttatni az űrbe, természetesnek tűnik az ötlet, hogy fényképezőgépet, kamerát is az űrbe vagy Föld körüli pályára küldjünk. A második világháború után Amerikába szállított német rakétatechnikának köszönhetően 1946-ban készült el az első Földet ábrázoló, illetve az első más égitestet, jelesül a Napot ábrázoló űrből készített felvétel. 1962-ben az angolok, majd 1966-ban az amerikaiak már állítottak Föld körüli pályára távcsöveket. Ezek többnyire az UV-tartományban végeztek megfigyeléseket, ugyanis ezt a hullámhossztartományt a Föld légköre jelentősen megszűri. A légkör védőhatása a földi élőlények számára persze elengedhetetlen, ugyanakkor jelentősen megnehezíti az égboltot kémlelő csillagászok dolgát.
Már Galileit is igencsak zavarta, hogy a felmelegedett földfelszínről feláramló levegő remegést okozott a távcső képében. Ahogy tökéletesedtek a megfigyelőeszközök, úgy váltak egyre zavaróbbá a földi körülmények. A pára és a levegőben lebegő szennyeződések mellett a légkör fényszórása és a fényszennyezés is nehezítette a földi megfigyeléseket. A nehézségek a csillagászok számára a láthatónál sokkal érdekesebb infravörös és UV-tartományokban fokozottabban jelentkeznek. A világűr zavaró tényezőktől mentes fagyos nyugalma viszont tökéletes helynek tűnik egy távcső számára.

A V838 Monocerotis nevű csillag (középen), amely 2002 elején hirtelen felfénylésével átmenetileg naprendszerünk legfényesebb csillagává vált, és megvilágította az addig még nem látott porfelhőt. A felfénylést a kutatók szerint az okozhatta, hogy a csillag vörös óriássá vált, és felemésztett néhány közeli óriásbolygót.

Az ötlet elméleti kidolgozásának Lyman Spitzer amerikai csillagász látott neki, majd nagyrészt az ő eredményeinek köszönhetően 1962-ben az Amerikai Tudományos Akadémia vetette fel egy nagy űrtávcső építésének ötletét. Egy megszavazott, majd visszavont támogatású program után végül is 1977-ben döntött véglegesen az amerikai kongresszus a nagy űrtávcsőprogramról azzal a kitétellel, hogy a kedvezőbb finanszírozási lehetőségek miatt mindenképp az ESA-val, az Európai Űrügynökséggel közösen kell azt megvalósítani. Az eredetileg tervezett fellövési időpont 1983 volt.
A Hubble és a legtöbb nagy távcső kulcsalkatrésze egy nagy átmérőjű parabola- vagy hasonló görbületű tükör, amely a beérkező fényt összegyűjti, és a további, már jóval kisebb optikai elemek felé továbbítja. A tükörkészítés nem mindennapi feladatára kiválasztott Perkin-Elmer nevű cég akkoriban úttörőnek számító számítógép-vezérelt polírozógépekkel tervezte elkészíteni a 2,4 méter átmérőjű eszközt, de a NASA, tartva az új, még kipróbálatlan technológia esetleges hibáitól, a Kodak és az Itek cégekkel hagyományos tükörpolírozási eljárással is elkészíttetett egy-egy tartaléktükröt, amelyeket szükség esetén felhasználhatnak. Ahhoz, hogy a tükör a látható fénynél rövidebb hullámhosszúságú UV-tartományban is megfelelő paraméterekkel rendelkezzen, felületét 10 nanométeres pontossággal kellett kialakítani. A csiszolási munkálatokat 1979-ben kezdték el, és jelentős késéssel 1981 végére fejezték csak be. Az összes tudományos műszer és részegység elkészültével, többszöri csúszás és számtalan költségtúllépés után 1986 októberére jelölték ki a fellövési időpontot, amelyet a Challenger katasztrófája és az űrsiklóflotta időleges földre parancsolása húzott keresztül. Az űrteleszkópot végül is hét évvel a tervezett időpont után, 1990 áprilisában a Discovery legénysége állította pályára.

Az Isten szeme (Eye of God) fantázianévre hallgató képződmény valójában a Helix Nebula. Ez az egyik Földünkhöz legközelebbi fénylő gázhalmaz. A nebulák haldokló csillagok körüli fénylő gázhalmazok, amelyeket a csillagok kilökött anyaga alkot.

A Hubble által küldött első fotók nagy csalódást okoztak a tudósoknak. Mind életlen és elmosódott volt. A képeken jelentős szferikus aberráció volt látható, amely azt jelezte, hogy valamelyik optikai elem eltér a tervezettől, a fénysugarak nem egy pontban találkoznak, hanem nagyobb területen szóródnak szét. Hamarosan kiderült, hogy a főtükörrel van a baj. A gyártó cég a világ legprecízebben megmunkált tükrét állította elő, legalábbis a fellövésig ezt hitte. A fotók alapján elvégzett vizsgálatok 2,3 mikrométeres eltérést mutattak ki a tükör görbületében, amely a távcső teljes használhatatlanságát okozta, tehát joggal volt nevezhető katasztrofális mértékűnek. A Hubble hamar a hétköznapi közönséges viccelődés tárgyává vált, az amerikai sajtó pedig dühösen kérte számon az űrkutatási hivatalon és a kormányzaton a kidobott dollármilliókat.

Összeolvasó spirálgalaxisok a Nagy Kutya csillagkép irányában. A két egymással kölcsönhatásban lévő galaxis (NGC 2207 és IC 2163) között a gravitáció hatására anyag és gáz áramlik, csillagok keletkeznek. Valószínűleg a bal oldali NGC 2207 galaxis idővel elnyeli a kisebb, jobb oldalit.

A hibát végül is nem az úttörő megmunkálási technológia, hanem a tükör görbületének a csiszolás közbeni ellenőrzését végző, teljesen hagyományos műszer egy alkatrésze, az ún. nullkorrektor okozta; el volt benne mozdulva egy lencse. A készítés során az ellenőrzéshez használt további nullkorrektorok ugyan megmutatták az eltérést, de ezeknek az adatoknak a mérnökök nem tulajdonítottak jelentőséget, megbíztak az elsődleges műszer hitelességében. A hiba pontos felderítése mellett természetesen a megoldást is azonnal elkezdték keresni. A földön ugyan rendelkezésre állt a két tökéletes görbületű tartaléktükör, de ezek csak a fellövés előtt fellépő hibáknál jöhettek volna szóba, a Föld körüli pályán való cserélés lehetetlen vállalkozásnak tűnt. A távcső visszahozása és a földi javítás viszont túlzottan drágának és hosszadalmas folyamatnak látszott. Az bizonyult az egyetlen lehetséges megoldásnak, hogy az 1993-ra tervezett első szervizmisszió során olyan korrekciós optikai elemeket építenek a távcsőbe, amelyek a főtükörével azonos mértékű és jellegű, csak éppen ellenkező előjelű leképezési hibát visznek a rendszerbe, tehát pontosan korrigálják azt. A COSTAR-nak nevezett korrekciós modul viszont csak egy már ott lévő műszer helyére férhetett be, így esett áldozatul a nagy sebességű fotométer, amely eredetileg a gyorsan változó fényű objektumok megfigyelését végezte volna.

A Feketeszem-galaxis (M64) a Bereniké Haja csillagképben. Nevét az előterében látható látványos sötét porsávról kapta, amely elnyeli a port a fényes mag előtt. Mivel viszonylag jól látható és látványos objektum, kedvelt célpontja az amatőr csillagászoknak.

Az 1993-as szervizelés során a COSTAR beépítése mellett fejlettebbre cserélték a Hubble fő kameráját is. A Wide Field and Planetary Camera 2 névre hallgató új egység négy darab 800×800 pixeles CCD-t tartalmaz, amelyek elé egy nagy tárcsán 48 különféle szűrőt lehet helyezni. Így a csillagászok a legkülönfélébb hullámhossztartományokban végezhetnek vizsgálatokat, és természetesen lehetőség van a három alapszínnel készített felvétel színes képpé való összeállítására is. A javítás során többek között a távcső pontos pozicionálását lehetővé tevő giroszkópok közül is kicseréltek négyet. 1994 januárjában, hosszas tesztelési és kalibrációs eljárás után megérkeztek a Hubble első éles képei, amelyek azt jelezték, hogy a javítás minden tekintetben sikeres volt. A távcsövet a tejútrendszer síkjával párhuzamos irányba fordítva a szomszédos csillagok és csillagrendszerek, másfelé irányítva galaxisok és csillagködök százezrei tűntek fel a képeken. Megkezdődhetett a valódi nagyüzem, a megszámlálhatatlan kutatási program végrehajtása. Túlzás nélkül állítható, hogy a csillagászok előtt új világ tárult ki. Olyan részletes felvételeket készíthettek az égbolt szinte tetszőleges területeiről, amelyekről eddig álmodni sem mertek. A látható mellett a számos más szűkebb és tágabb hullámhossztartományban végzett megfigyelés rengeteg információt adott a lefotózott objektumok szerkezetéről és összetételéről. A tudományos és közéleti magazinok oldalain is feltűntek a Hubble fotói, amelyek nemcsak a tudósoknak és a kutatóknak nyújtottak számtalan újdonságot, hanem szépségükkel a nagyközönséget is lenyűgözték. A kollégiumi szobák és az egyetemi tanszékek falát beborították a számtalan színben pompázó csillagködök és galaxisok képei, számítógépek százezrein futott Hubble-fotós képernyőkímélő. Ma is több ezer Hubble-háttérkép tölthető le különböző weboldalakról.

A Kúp-köd (NGC 2264) az Egyszarvú csillagképben. A tetején örvénylő csillagközi por- és gázfelhőkben új csillagok születnek. A felvétel a legutóbbi szervizmisszió után készített első fotók egyike.

Szerencsére azért az első három, űrben töltött év sem veszett teljesen kárba, mert egyrészt addig is próbáltak olyan kutatási célokat találni, amelyek a hibás leképezésű rendszerrel is elérhetőek voltak, másrészt egész jó eredményeket értek el az elkészített képek utólagos szoftveres korrigálásával.
Az elsőt még további négy sikeres szervizmisszió követte, amelyek során újabbakra cserélték a kamerákat és a további tudományos műszereket, valamint elvégezték a távcső működtetéséhez szükséges egyéb karbantartási munkálatokat is. Az 1999-es javítás során például az összes giroszkópot kicserélték, ugyanis az újabb sorozatos meghibásodások miatt a távcső már csaknem irányíthatatlanul sodródott az űrben. Ekkor került a fedélzetre az új központi számítógép is, egy 2 MB memóriával rendelkező Intel 486-os, amely a mai napig is ott szolgál.

A Macskaszem-köd (NGC 6543) egymásba fonódó gázburkai úgy keletkeztek, hogy a középpontban haldokló csillag bizonyos időközönként anyagot lök ki magából, amelyek különböző irányokban szétterjednek. A Macskaszem-köd nagyjából 3000 fényévre van tőlünk, a Sárkány csillagkép irányában.

A Hubble életében az utolsó nagy javítás – többszöri halasztás után – 2008 őszén lett volna esedékes. A Columbia űrrepülőgép 2003-as katasztrófája után sokáig úgy tűnt, hogy törlik ezt a missziót, ugyanis biztonsági okokból csak a nemzetközi űrállomásra indulhattak volna az űrsiklók. Ez azt jelentette volna, hogy a Hubble egy-két éven belül biztosan használhatatlanná és irányíthatatlanná válik. A közvélemény és a tudományos világ nyomásának hatására, valamint egy új biztonsági és mentési eljárás kidolgozása után a NASA igazgatója mégis engedélyezte és október közepére ki is tűzte a küldetést, amely a távcső működését nagyjából újabb öt évvel tudja meghosszabbítani. Szeptember végén azonban megszakadt a tudományos adatok érkezése, amely a Hubble fő kommunikációs csatornájának a hibájára utalt. Ennek megjavításához azonban újabb előkészületekre és az űrhajósok további feladatokra való kiképzése volt szükség, így a misszió csak 2009 elején indulhatott útnak. Az Atlantis legénysége többek közt új akkumulátorokat és giroszkópokat vitt magával, és kicserélt két tudományos műszert is. A már említett kamera helyére is egy nagyobb felbontású darabot helyeztek el és megjavították a kommunikációs rendszert is. Bár eredetileg nem is remélték, de a Hubble még a 30. születésnapján, 2020-ban is működik és úgy néz ki, hogy az elkövetkező években is használható marad, bár a tervek szerint a rengeteg halasztás után 2021-ben már valóban pályára áll az utódjának szánt Janes Webb űrteleszkóp.

Az Örvény-galaxis (M51) közepe. A Vadászemberek csillagképben, nagyjából 23 millió fényévre található. Ez az egyik leglátványosabb spirálgalaxis, amely egy fényszennyezésmentes helyről akár egy jobb binokulárral is megfigyelhető.

A Hubble tudományos műszerei és eszközei
WFPC2 (Wide Field Planetary Camera 2): A Hubble legfőbb kamerája, ez készítette a távcső leghíresebb és legszebb felvételeit. Az utolsó javítás során egy nagyobb felbontású, fejlettebb változatra (a WFPC3-ra) cserélték, amely 4096×4096 pixeles, így még részletgazdagabb képeket készít majd.
ACS (Advanced Camera for Surveys): Nagylátószögű fényképezőgép, amely nagyobb érzékenységgel, de kisebb felbontással rendelkezik, mint a Hubble fő kamerája. A 2002-es szervizmisszió során került a fedélzetre, elsősorban közeli objektumok fotózására és áttekintőképek készítésére használják.
COSTAR (Corrective Optics Space Telescope Axial Replacement): Az első javítás során beillesztett korrigáló egység, amely a főtükör hibáját kompenzálja. A mostani küldetés során egy szintén korrekciós elemeket tartalmazó UV-színképelemzőre cserélik.
NICMOS (Near Infrared Camera and Multi-Object Spectrometer): Infravörös kamera, amely a 0,8 és 2,5 mikron közötti hullámhosszokon végez megfigyelést. Ezek a hullámok áthaladnak a csillagközi poron és gázokon, így a NICMOS kitűnő eszköze a távoli objektumok megfigyelésének. Egyúttal színképelemzést is végez.
STIS (Space Telescope Imaging Spectrograph): Általános színképelemző, amely az UV-tól a láthatón át az infratartományig képes az objektumok színképelemzésére. A színkép a megfigyelt objektumok összetételének maghatározásához fontos. 2004-ben elromlott, az utolsó szervizküldetés során megjavították.
FGS (Fine Guidance Sensors): Összesen három ilyen szenzor található a teleszkópon, tudományos megfigyelést nem végeznek, az a feladatuk, hogy az előre meghatározott csillagok pozícióinak figyelésével pontosan a megfigyelendő objektumra irányítsák, és azon tartsák a távcsövet.

Szita Péter

A Sombrero-galaxis (M104) a Szűz csillagképben, alul a tisztán látható tartományú, fölötte infravörös és látható tartományú kompzitfelvételen. Erre a spirálgalaxisra az éle felől látunk rá, ahol sötét (itt vöröses) sávként jelentkezik a korong síkjában összpontosuló csillagközi por. A szokatlanul nagy fénylő részt öreg csillagok sokasága alkotja.

A Kígyó csillagképben található Sas-köd (M16) egy része. A képen látható hideg por- és gázfelhő magassága kb. 9,5 fényév. (Ez nagyjából háromszorosa a Napunk és a hozzá legközelebb eső szomszédos csillag távolságának) A felhő felső részén forró, fiatal csillagok világítanak.

A Bika csillagkép irányában található Rák-köd (M1) tulajdonképpen egy szupernóva maradványa. Érdekesség, hogy szabad szemmel is látható felrobbanását 1054-ban arab és kínai csillagászok rögzítették, de ma már alacsony fényessége miatt csak nagyobb távcsövekkel lehet megfigyelni. Ez volt az első objektum Charles Messier csillagász 1774-ben kiadott Messier-katalógusában.

Az NGC 2440 jelű köd egy eredetileg a mi Napunkhoz hasonló csillag életének utolsó szakaszában keletkezett, amikor a csillag a külső rétegeit ledobta magáról. A fennmaradó csillagmag erős UV-sugárzása gerjeszti a gázfelhő atomjait, amely így fényt bocsát ki.

A Mars a Hubble fotóján. A felvétel akkor készült, amikor bolygószomszédunk 60 000 év óta a legközelebb, mindössze 55,7 millió kilométerre volt a Földtől. A kép közepétől kicsit jobbra jól látható a 450 km átmérőjű Huygens-kráter.

A Szaturnusz pontosan a gyűrűinek síkjából fényképezve. A Hubble képsorozaton rögzítette, hogy a bolygó Titán nevű holdja és annak árnyéka hogyan halad át a képen. A fotók 1996 augusztusában készültek.

Közel 10 000 galaxist ábrázoló felvétel, amelyen egyaránt láthatók kisebb és nagyobb, fiatalabb és öregebb, 100 millió és 13 milliárd éves galaxisok. Ezt a képet a Hubble 800 különálló fotójából állították össze, miközben a távcső 400-szor kerülte meg a földet. Az összes expozíciós idő 11,3 nap volt. Az eredeti állományból akár négyzetméter nagyságú kép is nyomtatható.

Az M100 galaxis fotója a Hubble eredeti állapotában (balra). A hibás görbületű főtükör jelentős szferikus aberrációt okozott. Jobb oldalon a korrekciós berendezések 1993-as beépítése és a főkamera lecserélése utáni felvétel látható. Az M100 megfigyelése egyébként része volt a Hubbe egyik legfontosabb projektjének, a Hubble-állandó pontosabb meghatározásának.

Az első szervizmisszió során Akers és Thornton asztronauták beillesztik a COSTAR korrekciós modult az űrtávcső egyik tudományos műszerek befogadására kialakított rekeszébe. A távcső teljes átmérője 4,3, teljes hossza 13,1 méter, tömege 12,3 tonna.

Share.

About Author

Szita Péter