Hubblov vesmírny dalekohlad Hubblov vesmírny dalekohlad (HST) predstavuje jeden z najväcších technologických úspechov 20. storocia. Nie je síce najväcším dalekohladom, ale je umiestnený mimo rušivých vplyvov zemskej atmosféry. Práve preto jeho prostredníctvom získavame množstvo predtým nedosiahnutelných záberov. Pozornost najširšej verejnosti pritahujú práve tieto nádherné obrázky, takisto ako oprava jeho chybnej optiky mimoriadnou výpravou raketoplánu. Od plánov ku štartu Hubblov vesmírny dalekohlad je pomenovaný po významnom americkom astronómovi Edwinovi Hubblovi (1889 - 1953), ktorý v 20. rokoch na základe svojich pozorovaní zistil, že galaxie nie sú oblaky plynu, ale vzdialené skupiny hviezd. Hubble tiež zaviedol triedenie galaxií podla ich tvaru. Najväcším prínosom bolo zistenie, že väcšina galaxií sa od nás vzdaluje. Iba blízke galaxie sú navzájom zviazané gravitáciou s našou galaxiou. Tieto skutocnosti ako prvý astronóm interpretoval tak, že sa celý vesmír rozpína.V tej dobe, presnejšie v roku 1923, bola v Nemecku vydaná kniha Die Rakete zu den Planetenräumen (Raketou do medziplanetárneho priestoru). V nej jej autor popisuje okrem iného vesmírnu stanicu vybavenú dalekohladom. Myšlienka vesmírneho dalekohladu je dalej rozvinutá v koncepcii dalekohladu umiestneného na planétke, ktorá je využitá ako pevná základna pre prístroj, ktorým tak možno fotografovat hviezdne objekty. Prvý pokus o vysvetlenie výhod vesmírneho dalekohladu bol zapocatý v roku 1946 astronómon L. Spitzerom. Navrhol leteckej spolocnosti Douglas Aircraft Company zkonštruovat dalekohlad umiestený mimo Zem. Jeho návrh bol progresívny a zahrnoval úplne nový pohlad na problematiku vesmírnych prístrojov. Zpätne môzeme Spitzera považovat za duchovného otca Hubblovho vesmírneho dalekohladu. V samotnej NASA sa o stavbe vesmírneho dalekohladu vážnejšie neuvažovalo ani v 60. rokoch. Za prípravný krok k vypusteniu dalekohladu možno považovat štart dvoch malých vesmírnych observatóríí OAO 2 a predovšetkým OAO 3, nazvané Copernicus. Po úspechu týchto prístrojov (Copernicus bol vybavený dalekohladom o priemeru 81 cm) sa zacal výskum a vývoj velkého teleskopu, ktorý mal za úlohu pracovat na obežnej dráhe niekolko rokov. Behom desatrocí sa plány na prístroj velakrát výrazne zmenili. Casom sa z hladiska nákladov ukázal ako najvýhodnejší prístroj o priemeru 2,4 m. Konecne bol projekt dalekohladu vcítane pomocných prístrojov hotový a v roku 1979 bola zahájená jeho výstavba. Vynesenie dalekohladu bolo naplánované na let raketoplánu v roku 1986. Nie dlho pre plánovaným dátumom však postihla americký vesmírny program pohroma.Raketoplán Challanger sa 28. januára 1986 krátko po svojom štartu zrútil. NASA všetky dalšie lety pozastavila až do vyjasnenia prícin katastrofy. Preto až 24. apríla 1990 mohol odštartovat raketoplán Discovery z Kennedyho vesmírneho strediska. V nákladovom priestore vynášal Hubblov vesmírny dalekohlad, naše "OKNO DO VESMÍRU". Ako dalekohlad pracuje Hubblov dalekohlad je založený na takých istých princípoch ako pozemské prístroje. Základom je dvojica zrkadiel, ktoré odrážajú svetlo. Väcším z nich, zvaným objektív, sa svetlo odráža na sekundárne zrkadlo na opacnom konci dalekohladu. Toto ekundárne zrkadlo potom odráža svetlo vnútrajškom Hubblova vesmírneho dalekohladu do otvoru uprostred objektívu. Sústredené svetlo potom prechádza castou prístroja, v ktorej je množstvo kamier a iných zariadení. Podla potreby je svetelný zväzok nasmerovaný do urcitého zariadenia. Hubblov dalekohlad je projektovaný na pät detekcných zriadení, z ktorých dve sú kamery. Prístroj pomenovaný kamera pre slabé objekty (Faint Object Camera - FOC) je urcený pre pozorovanie detailov na velmi malých plochách. Druhý hlavný detektor - širokouhlá a planetárna kamera (Wide Field and Planetary Camera - WF / PC) - je vdaka svojmu velkému zornému polu urcená k snímkovaniu velkých objektov. Ako doplnok týchto kamier je do prístorja zabudovaná dvojica spektrografov pre výzkum chemického zloženia vesmírnych objektov. Pôvodne tu bol spektrograf pre slabé objekty (Faint Object Spectrograph - FOS) a Goddardov spektrograf pre vysoké rozlíšenia (Goddard High Resolution Spectrograph - GHRS). Neskôr boli tieto prístroje nahradené kamerou pre blízku infracervenú oblast s viacnásobným spektrometrom (Near - Infrared Camera and Multi - Object Spectrometer - NICMOS) a spektrografom pre snímky vesmírneho dalekohladu (Space Telescope Imaging Spectrograph - STIS). Piatym prístrojom je vysokorýchlostný fotometer (High Speed Photometer - HSP), ktorý meria zmeny v jasnosti nebeských objektov. Dalekohlad obieho okolo Zeme po nízkej obežnej dráhe vo výške 500 km. Na tejto obežnnej dráhe je dalekohlad hlavne preto, aby bol lahko prístupný pre raketoplány, ktoré zaistujú jeho servis a inováciu jeho techniky. Nevýhodou nízkej dráhy je postupná strata výšky dalekohladu, a teda nutnost jej korekcie pri plánovaných opravách. Dalekohlad nie je v neustálom spojení s pozemským riadiacim centrom, každých dvadsat minút pocas približne devätdesiat - minútového obletu Zeme je spojenie prerušené, pretože HST je nad opacnou pologulou. Aby bola dosiahnutá možnost nepretržitej komunikácie, je použitý zložitejší systém. Dalekohlad prenáša svoje údaje prostredníctvom dvoch satelitov zapojených do satelitného systému prenosu dát (TDRSS). Obe spojovacie družice sa nachádzajú na velmi vysokej dráhe - okolo 35 000 km. Táto dráha sa nazýva geostacionárna, pretože družica umiestnená v tejto výške má takú dobu obehu ako je rotácia Zeme; zostáva teda nad rovnakým miestom zemského povrchu. Pomocou satelitov sa informácie prenášajú na základnu White Sands v Novom Mexiku. Odtial sú údaje prostredníctvom dalšej spojovacej družice predávané do Goddardovho strediska vesmírnych letov vo Washingtone. To spracováva technické údaje. Nezpracované vedecké údaje sú prenášané pomocou bežnej telefónnej siete do Vedeckého strediska vesmírneho dalekohladu (STScl) v Baltimore. Oprava dalekohladu Štart Hubblovho vesmírneho dalekohladu bol jedinecnou udalostou v histórii NASA. Hlavným prínosom prístroja je posunutie hraníc pozorovacej techniky. Dna 20. mája 1990 prebehla u vesmírneho dalekohladu skúška, ktorá je pre konštruktérov akéhokolvek astronomického prístroja takmer posvätná - dalekohlad bol po prvý raz namierený na nejaký objekt. Ako sa ukázalo neskôr, pre kozmický dalekohlad bolo toto "prvé svetlo" nanajvýš dôležité. Ked sa Hubblov vesmírny dalekohlad po prvýkrát zahladel do vesmíru, oci celého sveta sa obrátili k vesmírnemu dalekohladu. Prvým objektom sa stala hviezdokopa NGC 3532 v súhvezdí Lodného kýlu. Právo prvého snímku bolo prisúdené širokouhlej a planetárnej kamere. Obraz tohto prvého objektu sa postupne ukazoval na obrazovke, ktorou sledovali napätí astronómovia a vzrušení reportéri. Z vedeckého ani z iného hladiska nebol tento obraz nijako výnimocný. Iba doložil, že Hubblov vesmírny dalekohlad je schopný pracovat. Pri obrazovke vládlo vzrušenie a nikto nepredpokladal nijaké problémy. Ale v zákulisí už zavládli obavy. Hned nasledujúci den na konferencii zoznamujúcej s prvými výsledkami sa ozvali hlasy, že objektív nemá správny tvar. Nasledujúci mesiac intenzívneho výzkumu potvrdil, že plocha primárneho zrkadla je skutocne chybne vyrobená. Ako už to býva, správe o nesprávnej konštrukcii prístroja sa venovalo viacej miesta, než kolko by zabrala správa o jeho správnej funkcii. Výsledkom bolo, že Hubblov vesmírny dalekohlad vošiel do povedomia verejnosti ako obrovský prehmat. V titulkoch novín bolo možné cítat aj oznacenia ako "Kiks za 1,5 miliardy dolárov". Problém spocíval v gulovej vade hlavného zrkadla. Môžme povedat, že je to školácka chyba konštrukcie zrkadlových dalekohladov, pri ktorej lúce odrazené rôznymi castami zrkadla sa nestretnú presne v ohnisku. Výsledný obraz hviezdy potom nie je bodový, ale vplyvom tejto zásadnej chyby je rozmazaný do podložky. Po odhalení tejto chyby boli ihned zahájené práce na jej odstránenie. Ako najlepší sa zdal byt návrh zniest HST z obežnej dráhy na Zem. Potom by mohla byt oprava prevedená za laboratórnej kontroly. Pokial by sa tak stalo, musela by NASA vyslat tretiu výpravu raketoplánu, ktorá by dalekohlad opät umiestnila na obežnú dráhu. Ako obtiažnejšia sa javila oprava priamo na obežnej dráhe. Vyžadovala by jeden z najdlhších pobytov vo vesmírnom priestore, ale zároven by v prípade úspechu znamenala medzník v skúsenostiach práce v otvorenom vesmírnom priestore. Pri debatách o najlepšom spôsobe, sa diskutovalo aj o jednotlivých detailoch opravy. Konecným rozhodnutím bolo vytvorit optický clen, ktorý sa na obežnej dráhe vloží pred jednotlivé detektory a bude korigovat skrelený obraz. Pri tomto riešení bolo treba obetovat jeden z prístrojov, aby sa získalo miesto pre korekcný clen. Bola to vlasne malá cena za velkú opravu. Obetovaným prístrojom bol vysokorýchlostný fotometer. širokouhlá a planetárna kamera bola nahradená korekcným optickým clenom, a musela byt preto premiestnená. Korekcný clen sa v prekladu volá optický clen pre vesmírny dalekohlad (COSTAR). Na Zemi je velmi obtiažne napodobnit beztiažne prostredie, a preto sa casto používa tréning pod vodnou hladinou. Vo vode sa clovek môže pohybovat skoro tak volne ako v beztiažnom stave vo vesmíre. Kozmonauti si oblecú skafander a potopia sa do ohromného bazénu nazývaného vztlakový simulátor. Tu trénujú s dokonalými maketami prístrojov, ktoré budú používat pri skutocnej práci v kozmu. Okrem bazénu sa pre simuláciu vesmírnej opravy používala aj virtuálna realita. Detailné plánovanie opravy dalekohladu zacalo už v roku 1990, krátko po objavení problému. Ako sa dalo ocakávat, okrem tohto problému sa objavilo i mnoho dalších. Boli postupne pripisované do zoznamu prác, ktoré mali kozmonauti spravit pocas prvej servisnej výpravy k vesmírnemu dalekohladu. Pre výpravu bolo vybraných sedem kozmonautov: Jeffrey Hoffman, Thomas Ankers, Dick Covey, Claude Nicollier, Story Musgrave, Kathryn Thorntová a Ken Bowersox. Celý rok sa táto posádka pripravovala, aby bola schopná splnit predpísané úlohy, a aby ju nezaskocila žiadna, co i len trohu predvídatelná okolnost. Prvé misie údržby Hubblovho vesmírneho dalekohladu bola jednoznacne úspešná. Raketoplán Endeavour štartoval skoro zrána 2. decembra 1993. Nasledujúcich jedenást dní boli udalosti na jeho palube živo prenášané do celého sveta. Zjavná lahkost, s akou sa kozmonauti chopili obtiažnej úlohe, budila zdanie, že sa vo vesmíru neodohráva nic zásadné, ale bežná rutinná práca. Výsledok práce znamenal ohromný úspech pre astronómov i pre obraz NASA v ociach verejnosti. O co lahšie prebiehala samotná oprava, o to napätejšie ocakávanie prišlo po skoncení opravy: cakanie na výsledky testovania opraveného prístroja. I ked mnohí boli vo svojom ocakávaní skeptický, nebolo po Vianociach 1993 možné pochybovat. Prístroj bol dobre opravený. Nielen to. Výsledok predcil ocakávania. Podla pôvodného plánu sa malo 70 % svetl hviezdy sústredit do velmi malého bodu. Pritom najlepší dosiahnutelný výsledok je sústredenie 87 % do tej istej plochy. S korekcným optickým clenom je Hubblov vesmírny dalekohlad schopný sústredit 84 % svetla do jedného bodu. Strucne povedané: dalekohlad sa stal najpresnejšim prístrojom, ktorý kedy ludstvo vyrobilo pre výzkum vesmíru. Táto skutocnost bola po prvýkrát predložená na tlacovej konferencii 13. januára 1994, ked netrpezliví novinári dostali k dispozícii súbor fotografií galaxií a hmlovín. Hubblov vesmírny dalekohlad bol prehlásený za prvý prístroj, ktorý ešte pred koncom tisícrocia astronómom umožnil pozriet na možnosti 21. storocia. Tretia oprava dalekohladu Druhej návštevy sa 12-tonové observatórium, ktoré obletí našu planétu vo výške 600 km každú 1 a pol hodinu, dockalo vo februári 1997. Podarilo sa vymenit niekolko starnúcich zariadení a pribudla infracervená kamera. Dalšia omladzovacia kúra mala podla predstáv technikov, astronómov i úradníkov NASA, nasledovat najskôr v apríli
2000.
Tohto roku vo februári, súhrou niekolko udalostí, však došlo ku strategickej zmene: V januári totiž vypovedal službu už tretí zo šiestich gyroskopov, špeciálnych zotrvacníkov zabezpecujúce orientáciu dalekohladu v priestore. Závada na dalšom by potom viedla k neodvratnému elektronickému spánku observatória. Ruka v ruke s tým naštastie došlo k výraznému oneskoreniu výstavby Medzinárodnej kozmickej stanice, iného prestížneho projektu NASA. Preto bola tretia servisná výprava rozdelená na dve misie: "A" na jesen 1999 a "B" v polovici 2001. Oprávnenost takéhoto rozhodnutia potvrdil 13. november, kedy sa odmlcal už štvrtý gyroskop. Hubble sa tak prepol do kludného režimu: na svej dráhe okolo Zeme sa pomaly otáca a snaží sa udržat panely slnecných batérií smerom ku Slnku. S riadiacim strediskom v Baltimore síce i nadalej komunikuje, ale už sa nedokáže nasmerovat na jediný astronomický objekt... Hubblov vesmírny dalekohlad, ktorého mesacná prevádzka mimochodom amerických danových poplatníkov prijde na 21 miliónov dolárov, si takúto starostlivost urcite zaslúži: Od apríla 1990 urobil 259 tisíc záberov asi 13 tisíc objektov a dal tak za vznik 2400 vedeckým clánkom. Teleskop neni iba cennou zbranou pri poznávaniu vesmíru, je taktiež je jedným z najznámejších projektov amerického Národného úradu pre letectvo a kozmonautiku, ktorý má v poslednej dobe svoju povest znacne pokazenú... Co všetko ja na programu desatdenného letu Discovery? V priebehu niekolko šesthodinových výstupov do volného kozmického priestoru John Grunsfeld, Steven Smith, veterán z Miru Michael Foale a Claude Niccolier vyslaný Európskou kozmickou
agentúrou postupne vo dvojclenných tímoch nainštalujú:
- Tri jednotky, vždy s dvoma klúcovými gyroskopmi.
- Senzor pre presnú navigáciu.
- Radiácii odolný pocítac s procesorom Intel 486 nahradí starší za 386.
- Magnetofón pre záznam dátbez pohyblivých castí.
- Regulátor predlžujúci životnost batérií.
- Záložný vysielac v pásmu S.
- Vonkajšiu tepelnú izoláciu dalekohladu.
- Súcasne pripravia pôdu pre servisnú výpravu 3B, ktorá sa pomocou raketoplánu
miery a váhy:
váha 11 110 kg, dlžka 15,9 m, predný štít 3,1 m, priemer 4,2 m primárne zrkadlo 2,4 m, sekundárne 0,3 m, systém ritchey-chretien presnost pointácie 0,007", dosah 5 až 29 mag, citlivost 110 až 1100 nm obežná dráha: 593 km (priemer), sklon 28,5°, perióda 97 minút
Vedecké zariadenia:
Space Telescope Imaging Spectograph (STIS) Slúži k rozboru svetla vesmírnych objektov ve väcšom rozsahu než je možné zo Zeme od ultrafialového až po viditelné svetelné spektrum. Umožnuje pritom simultánne vyhotovit spektrum v niekolko najrôznejších miestach jedného objektu. Faint Object Camera (FOC) V roku 2001 bude nahradená Advanced Camera for Surveys, ktorá vo výrazne väcšom zornom poli zvládne také isté zábery ako WFPC2 v prípade znamého južného a severného hlbokého pohladu. Near Infrared Camera and Multi-Object Spectrometer (NICMOS) Vzhladom k predcasnému vycerpaniu chladiaceho dusíku v januári 1999 bude až do polovice 2001 mimo prevádzky. Potom dostane nový chladiaci systém. Correstice Optics Space Telescope Axial Replacement (COSTAR) Optika korigujúca vady hlavného zrkadla, v súcasnosti mimo prevádzky. Pri piatej servisnej výprave bude nahradený za Cosmic Origins Spectrograph, pre štúdium medzihviezdneho prostredia. Wide Field and Planetary Camera 2 (WFPC 2) Je z dielne známej Jet Propulsion Laboratory a sprostredkúvava zábery cez sadu filtrov vo dvoch volených zväcšeniach. Fine Guidance Sensors (FGS) Tri tieto detektory poprvé slúžia k presnému pointovaniu ostatných vedeckých zariadení, podruhé k urcovaniu polohy a jasnosti vybraných objektov. Hrá napríklad rolu pri hladaní planét u cudzích hviezd.