Hubbleův vesmírný dalekohled – přístroj, o kterém slyšel snad každý. Dalekohled na oběžné dráze, jehož snímky obletěly svět a staly se ozdobou astronomických publikací. Dalekohled, kterému nevadí atmosférické turbulence, déšť vítr, bouře ani sníh. Na oběžné dráze je již 18 let – od roku 1990. Pojmenován byl po Edwinu Hubblovi, který si jako první uvědomil, že mlhavé obláčky na obloze jsou další galaxie – cizí světy podobné naší Mléčné dráze. Při pozorování těchto galaxií zjistil, že vesmír expanduje a stal se tak otcem současné kosmologie. Dalekohled nesoucí jeho jméno mu rozhodně nedělá ostudu a má na svém kontě řadu významných objevů. Život dalekohledu je ale bytostně závislý na servisních misích. Kosmonauti přivážejí nové přístroje, opravují poruchy, vyměňují gyroskopy nutné k navádění dalekohledu, atd. Zkrátka údržba, bez níž by se dalekohled stal hromadou starého železa. Čtvrtá servisní mise byla několikrát odložena a aktuální plán počítal s počátkem října 2008. I tak již bylo spíše po dvanácté než za pět minut dvanáct. Poslední zářijový víkend se na Hubbleu objevila porucha a přestal předávat data pozemskému středisku. Servisní mise byla okamžitě zrušena. Letět nepřipraveni k nefungujícímu stroji nedávalo žádný smysl. Komunikaci se podařilo obnovit 25. října, nicméně servisní mise již musí proběhnout v náhradním termínu, snad na počátku roku 2009.
 |
|
HST (Hubble Space Telescope) – Hubbleův vesmírný dalekohled. Největší dalekohled na oběžné dráze kolem Země, kde byl umístěn ve výšce 614 km v roce 1990. Průměr primárního zrcadla je 2,4 m. Z hlediska kosmologie je zajímavý HST Key Project (klíčový projekt HST), který v roce 1999 posloužil k prvnímu přesnému určení Hubbleovy konstanty. V lednu 2004 NASA zrušila servisní mise k tomuto unikátnímu přístroji, nicméně v roce 2006 bylo rozhodnuto o jejich obnovení, s nejbližší opravou dalekohledu se počítalo v roce 2008, mise však byla kvůli závadě na dalekohledu odložena na rok 2009. COSTAR – Corrective Optical Space Telescope Axial Replacement, speciální optika pro korekci nesprávného chodu paprsků, který způsobilo chybné vyleštění primárního zrcadla Hubbleova dalekohledu. Jednotka COSTAR byla namontována při první servisní misi v roce 1990. NICMOS – Near Infrared Camera and Multi-Object Spectrometer, infračervená kamera na HST pro blízké IR chlazená na 77 K pomocí Dewarovy nádoby se 114 kg kapalného dusíku. Instalována byla v roce 1997 při druhé servisní misi, při třetí misi byl znovu vychlazen chladící systém kamery. STIS – Space Telescope Imaging Spectrograph, výkonný mnohaúčelový spektrograf na HST, pracuje od UV po IR obor. byl nainstalován při druhé servisní misi v roce 1997. V roce 2004 došlo k poruše přístroje. Opraven by měl být při 4. servisní misi. ACS – Advanced Camera for Surveys, nejnovější přístroj umístěný na HST při třetí servisní misi v březnu 2002 namísto starší kamery FOC (Faint Object Camera). ACS má ostřejší obraz, širší zorné pole (202″×202″) a větší vlnový rozsah (blízké IR, V, celé UV) než WFPC2. Přístroj je složen z širokoúhlé kamery, kamery s vysokým rozlišením a z kamery pro pozorování Slunce. V roce 2007 kamera selhala. Opravena by měla být při 4. servisní misi. WFPC2 – širokoúhlá planetární kamera, na HST byla instalována v roce 1993 při první servisní misi, kdy nahradila starší širokoúhlou kameru. Rozlišení je 0,05″, kamera obsahuje 4 CCD matice po 640 000 pixlech. Ze spektra (blízké IR, V, blízké UV) může být vybrán úzký obor pomocí padesáti filtrů. |
| Hubbleův vesmírný dalekohled | |
| start | 24. dubna 1990 |
| nosná raketa | raketoplán Discovery |
| oběžná dráha | 614 km |
| průměr primárního zrcadla | 2,4 m |
| průměr sekundárního zrcadla | 30 cm |
| hmotnost | 11 600 kg |
| nominální výkon | 2 400 W |
| Počáteční problémy |
Hubbleův dalekohled od počátku provázely problémy. Hned při prvních testech se objevil zvláštní jev. V pravidelných intervalech se těleso celé observatoře rozkmitalo. Po týdnu zjistili odborníci z NASA příčinu jevu. Zdrojem kmitání byly panely slunečních baterií. Rozkmitání nastávalo vždy při přechodu ze světla do stínu. Závada byla odstraněna v dubnu 1991 programovým řešením.
Dalším problémem bylo generování hvězdného pole v blízkosti požadovaného objektu. Příčinou byla chyba znaménkové konvence v jednom z použitých vzorců pro výpočet. Chyba byla celkem snadno odstraněna.
Největší šok přišel 20. května 1990 v průběhu technologických zkoušek a prvního snímkování oblohy. Citlivost byla na předpokládané úrovni, ale obraz byl rozostřen. Zaostřit se nedařilo posunem ani náklonem sekundárního zrcadla. Po další zkoušce bylo konstatováno, že optická část dalekohledu má sférickou aberaci. Důvodem bylo podleštění o 4 μm. Díky tomu vznikl rozdíl ohniskových vzdáleností okrajového a středového paprsku 38 mm. Závadu nebylo možno jednoduše opravit (např. počítačovým zpracováním obrazu). Při první servisní misi v roce 1993 musela být nainstalována korekční technika COSTAR upravující chod paprsků. Teprve poté se stal dalekohled dokonalým strojem, jak ho známe dnes.
 |
| Zrcadlo dalekohledu. Pracovníci v tuto chvíli ještě netuší, že je chybně vyleštěno. |
| Jak Hubble funguje? |
Navigační systém dalekohledu má tři základní části: setrvačníky RSU, reakční kola RWA a optické senzory polohy FGS. Srdcem jsou tři dvojice setrvačníků uložené ve třech jednotkách RSU. Pomocí setrvačníků lze zjistit jakoukoli změnu polohy, protože rotační osy setrvačníků jsou stálé vzhledem ke hvězdám. Počítač může poté vydat pokyn ke změně směru. Fyzicky dalekohledem otáčí reakční rotující kola RWA. Princip je jednoduchý. Jde o stejnosměrný elektrický motor. Při zvýšení otáček se tělo dalekohledu, které je pevně spojeno se statorem motoru, začne otáčet na druhou stranu než rotor. Poslední částí navigačního systému jsou tři jemné optické senzory FGS, které kontrolují polohu dalekohledu vzhledem k vybraným hvězdám.
 |
| Schéma dalekohledu |
Optický systém dalekohledu je uzavíratelný krytkou, lze ji využít například v situaci, kdy Země prolétá meteorickým rojem. Je-li krytka otevřena, paprsky procházejí nejprve na primární zrcadlo (2,4 metru), od něho se odrážejí na sekundární zrcadlo (30 cm) a poté procházejí otvorem v primárním zrcadle do přístrojové sekce. Základem jsou čtyři pozice, z nichž jedna je trvale obsazena korekční optikou COSTAR, v druhé je infračervená kamera NICMOS, v další spektrograf STIS sloužící pro pořizování spekter a v poslední špičková širokoúhlá kamera ACS. Mimo tyto čtyři základní pozice je upevněna širokoúhlá kamera WFPC 2. Dalekohled je schopen pozorovat od blízkého IR po UV obor v rozsahu vlnových délek od 115 nm až do 1 000 nm. Pořízená data jsou nahrávána na pevné médium umístěné v dalekohledu. Není bez zajímavosti, že v počátku existence dalekohledu se data nahrávala ještě na magnetofonový pásek. Poté jsou pomocí antény předána družici TDRS (Tracking and Data Relay Satellite) na nízké oběžné dráze, ze které teprve putují do pozemské stanice ve White Sands a odsud jsou poslány k finálnímu zpracování do Goddardova kosmického letového střediska.
 |
| Úspěchy HST |
Dalekohled HST posunul astronomické znalosti v mnoha směrech a výčet jeho úspěchů by byl velmi dlouhý. Proto se omezíme jen na některé, jakousi první desítku, která je ale dána osobním výběrem autora.
| Důležité objevy a významná pozorování |
| Změření Hubbleovy konstanty. Na základě měření červeného posuvu galaxií v Kupě galaxií v Panně byla určena Hubbleova konstanta s přesností 10 %, a to 72 ± 8 km/s/Mpc. Předchozí odhady byly spíše řádové. Vzdálenosti byly určovány na základě vyhledáváni cefeid. (2001) |
| Vyfotografování povrchu hvězdy. S pomocí HST se podařilo vyfotografovat povrch hvězdy Betelgeuse ze souhvězdí Orionu. Bylo to poprvé, kdy hvězda nebyla na fotografii jako bodový zdroj. (1995) |
| Sledování rodících se hvězd. HST nalezl řadu globulí a čerstvě narozených hvězd ve Velké mlhovině v Orionu. Obdobné objekty nalezl také v Orlí mlhovině, jejíž fotografie prosluly jako tzv. sloupy stvoření. |
| Sledování rodících se planet. HST nalezl u některých mladých hvězd v Mlhovině v Orionu plynoprachové disky, ze kterých se rodí planetární soustavy. |
| Pozorování mnoha černých děr. HST provádí systematický výzkum černých děr, proslul objevem teoreticky vypočtených turbulencí v akrečním disku obří černé díry v jádře galaxie NGC 4261. (1995) |
| Studium aktivních jader galaxií. HST systematicky zkoumá výtrysky z černých děr v jádrech aktivních galaxií. |
| Snímek HDF (Hubble Deep Field). Snímek malé, pečlivě vybrané oblasti vesmíru složené z mnoha fotografií, na kterých jsou tisíce galaxií v různých vývojových stadiích. Později byl udělán ještě podrobnější snímek HUDF. (2005) |
| Pozorování srážky dvou galaxií. Hubble pořídil snímky srážejících se galaxií NGC 4038 a NGC 4039, kterým říkáme Tykadla. Dnes víme, že srážky galaxií jsou ve vesmíru běžné. (1997) |
| Pozorování srážky komety Shoemaker Levy 9 s Jupiterem. Hubble pozoroval v „přímém přenosu“ rozpad komety a dopad jejích přibližně dvaceti úlomků na planetu Jupiter. (1994) |
| Objev organických molekul na planetách. HST jako první detekoval organické molekuly na extrasolární planetě HD 189733b. (2007) |
 |
| Tykadla – srážející se galaxie. HST 1997. |
| Čtvrtá servisní mise |
Čtvrtá servisní mise měla především za úkol vyměnit nefunkční setrvačníky. Bez nich je Hubble neovladatelný. Ke správné funkci jsou potřeba tři, v nouzovém režimu postačí dva. Po havárii raketoplánu Columbia v roce 2003 se vedení NASA v roce 2004 rozhodlo s definitivní platností mise k Hubbleu ukončit a jeho životnost neprodlužovat. Podle tehdejších optimistických odhadů by setrvačníky a baterie mohly vydržet do roku 2008. Vědecký svět byl zděšen a tak pod silným tlakem protestů NASA v roce 2006 rozhodla o poslední čtvrté servisní misi k HST v roce 2008, která by jeho životnost prodloužila snad až do roku 2014, čímž by se překlenulo období do vypuštění Hubbleových nástupců (infračervený Herschel a dalekohled JWST).
Hlavními cíli čtvrté servisní mise jsou: výměna setrvačníků, výměna baterií, výměna optických senzorů FGS, oprava porouchaného spektrografu STIS, oprava porouchané kamery ACS, výměna kamery WFPC 2 za WFC 3, výměna spektroskopu NICMOS za desetkrát citlivější COS a výměna poškozené vnější odrazivé vrstvy (tepelné izolace). Na konci září 2008 došlo k závažné poruše přenosu dat z HST na Zemi. Komunikaci se podařilo zprovoznit za pomoci záložních zařízení 25. 10. 2008. Mezitím byla ovšem čtvrtá servisní mise odsunuta na počátek roku 2009. Je otázkou, zda do té doby vydrží setrvačníky a dalekohled bude ještě ovladatelný. Při trošce štěstí snad ano. Hubble bude při poslední misi také připraven na svůj zánik. Bude na něho připevněn úchyt, pomocí kterého bude řízeně svržen do atmosféry tak, aby dopadl do Tichého oceánu. Pokud by se z jakýchkoli důvodů nepodařilo HST zajistit důstojný odchod a padl neřízeně na Zemi, je jen velmi malá pravděpodobnost (1:700), že by neshořelé části dopadly do obydleného území. V každém případě doufejme, že se poslední mise a poslední oprava HST podaří a že osmnáctiletý dalekohled – důchodce, který se stal ikonou současné astronomie, bude sloužit ještě několik roků.
 |
| Záběr z třetí servisní mise v roce 2002. Hubble je při opravě připoután k raketoplánu. |
RSU – Rate Sensing Unit, setrvačníková jednotka na Hubbleově vesmírném dalekohledu. Jde o základní součást navigačního systému. HST obsahuje 3 jednotky RSU obsazené po dvou setrvačnících.
RWA – Reaction Wheel Assembly, reakční kola umožňující pohyb dalekohledu HST.
FGS – Fine Guidance Sensors, optické senzory zjišťující polohu Hubbleova dalekohledu.
Hubbleův zákon – Edwin Hubble zjistil v roce 1929, že čím vzdálenější galaxie, tím vyšší rychlostí se od nás vzdaluje. Koeficient úměrnosti se nazývá Hubbleova konstanta a označujeme ji H. Tento vztah samozřejmě platí jen pro velmi vzdálené galaxie, pro blízké galaxie je rychlost expanze malá a převládají vzájemné pohyby galaxií.
Cefeidy – proměnné hvězdy se známou závislostí perioda/svítivost, využívají se při odhadech vzdáleností.
Herschel – sonda ESA, která by měla startovat v prosinci 2008 nebo na počátku roku 2009. Půjde o obří infračervenou observatoř se zrcadlem o průměru 3,5 metru, která bude umístěna do Lagrangeova bodu L2 soustavy Země-Slunce. Observatoř by měla pracovat pro vlnové délky v oboru od 60 μm do 670 μm.
JWST (James Webb Space Telescope) – James Webbův kosmický dalekohled, následovník HST připravovaný kosmickými agenturami NASA a ESA, který má být v roce 2013 umístěn do Lagrangeova bodu L2 soustavy Země-Slunce. Plánované rozměry zrcadla jsou 6,5 m, půjde o segmentované zrcadlo.
NASA – National Aeronautics and Space Administration, americký Národní úřad pro letectví a kosmonautiku, založen byl v roce 1958. Jde o instituci zodpovědnou za kosmický program USA a dlouhodobý civilní i vojenský výzkum vesmíru. K nejznámějším projektům patří mise Apollo, která v roce 1969 vyvrcholila přistáním člověka na Měsíci, mise Pioneer, Voyager, Mars Global Surveyor a dlouhá řada dalších.
COS – Cosmic Origin Spectrograph, citlivý spektrograf, který bude umístěn na HST při čtvrté servisní misi. COS bude pracovat od IR po UV obor a bude minimálně desetkrát citlivější než dosavadní spektrograf.
