Hubbleův vesmírný dalekohled
Obsah boxu
Šablona:Infobox Vesmírná mise Hubbleův vesmírný dalekohled (anglicky Hubble Space Telescope, zkráceně HST) je vesmírný dalekohled, který obíhá na nízké oběžné dráze Země. Byl vynesen na oběžnou dráhu 24. dubna 1990 raketoplánem Discovery během mise STS-31. Nejedná se o první vesmírný dalekohled, ale je jedním z největších a nejuniverzálnějších. Je pojmenován po americkém astronomovi Edwinu Hubbleovi. HST je společným projektem americké agentury NASA a Evropské kosmické agentury (ESA).
Dalekohled se nachází mimo zemskou atmosféru, což mu umožňuje pořizovat snímky s extrémně vysokým rozlišením bez atmosférického zkreslení a pozorovat i v ultrafialové části spektra, která je atmosférou pohlcována. Od svého spuštění se stal jedním z nejdůležitějších přístrojů v historii astronomie. Umožnil řadu přelomových objevů, jako je přesné určení rychlosti rozpínání vesmíru (Hubbleova konstanta), potvrzení existence temné energie, přímé pozorování exoplanetárních atmosfér a poskytl detailní pohledy na zrod a zánik hvězd.
Krátce po svém vypuštění bylo zjištěno, že hlavní zrcadlo dalekohledu trpí sférickou aberací, která výrazně snižovala kvalitu snímků. Problém byl plně napraven během první servisní mise v roce 1993. Následovaly další čtyři servisní mise, které dalekohled postupně modernizovaly novými přístroji a opravovaly poškozené komponenty. Poslední servisní mise proběhla v roce 2009. Očekává se, že HST zůstane v provozu minimálně do konce 20. let 21. století a bude fungovat souběžně se svým nástupcem, Vesmírným dalekohledem Jamese Webba.
📜 Historie
🌌 Koncept a vývoj
První myšlenka na umístění dalekohledu do vesmíru se objevila již v roce 1923 v práci Hermanna Obertha. V roce 1946 americký astrofyzik Lyman Spitzer publikoval článek "Astronomical advantages of an extraterrestrial observatory", kde podrobně popsal vědecké výhody takového zařízení. Spitzer se stal hlavním hybatelem projektu a lobboval za jeho realizaci po většinu své kariéry.
V 60. a 70. letech NASA začala s prvními studiemi a v roce 1977 americký Kongres schválil financování projektu. Současně se k projektu připojila i ESA, která přispěla finančně, dodala některé komponenty (například solární panely) a zajistila si tak podíl na pozorovacím čase. Výroba 2,4metrového zrcadla byla svěřena společnosti Perkin-Elmer, zatímco firma Lockheed byla zodpovědná za konstrukci samotné družice. Původní start byl plánován na rok 1983, ale projekt se potýkal s technickými problémy, překročením rozpočtu a zpožděním. Po katastrofě raketoplánu Challenger v roce 1986 byl start odložen o další čtyři roky.
🚀 Start a počáteční problémy
Hubbleův vesmírný dalekohled byl konečně vynesen na oběžnou dráhu 24. dubna 1990 raketoplánem Discovery při misi STS-31. Po několika týdnech testování a kalibrace přišlo obrovské zklamání. První snímky byly neostré a rozmazané. Analýza ukázala, že hlavní zrcadlo dalekohledu bylo vybroušeno do mírně nesprávného tvaru. Ačkoliv odchylka na okraji zrcadla činila pouhé 2,2 mikrometru (asi 1/50 tloušťky lidského vlasu), způsobila vážnou sférickou aberaci, která degradovala většinu vědeckých pozorování. Tato chyba se stala symbolem selhání a terčem kritiky veřejnosti i politiků.
🛠️ Servisní mise
Unikátní konstrukce HST od počátku počítala s možností oprav a modernizací na oběžné dráze pomocí raketoplánů. Tato schopnost se ukázala jako klíčová pro záchranu celé mise. Celkem proběhlo pět servisních misí.
- Servisní mise 1 (SM1) - prosinec 1993, raketoplán Endeavour (STS-61): Nejdůležitější mise v historii dalekohledu. Astronauti nainstalovali korekční optiku COSTAR (Corrective Optics Space Telescope Axial Replacement), která fungovala jako "brýle" pro ostatní přístroje a kompenzovala vadu zrcadla. Dále byla instalována nová kamera Wide Field and Planetary Camera 2 (WFPC2), která již měla vlastní korekční optiku. Mise byla naprosto úspěšná a HST začal posílat na Zemi dechberoucí a vědecky neocenitelné snímky.
- Servisní mise 2 (SM2) - únor 1997, raketoplán Discovery (STS-82): Byly nainstalovány dva nové přístroje: Space Telescope Imaging Spectrograph (STIS) a Near Infrared Camera and Multi-Object Spectrometer (NICMOS). Tyto přístroje výrazně rozšířily schopnosti dalekohledu v oblasti spektroskopie a pozorování v infračerveném spektru.
- Servisní mise 3A (SM3A) - prosinec 1999, raketoplán Discovery (STS-103): Původně plánovaná třetí mise musela být rozdělena na dvě části kvůli selhání několika gyroskopů, které jsou nezbytné pro přesné zaměřování dalekohledu. Během této mise byly vyměněny všechny gyroskopy a palubní počítač.
- Servisní mise 3B (SM3B) - březen 2002, raketoplán Columbia (STS-109): Byla nainstalována nová, výkonnější kamera Advanced Camera for Surveys (ACS), která desetinásobně zvýšila efektivitu pozorování. Dále byly vyměněny solární panely za nové, menší a účinnější.
- Servisní mise 4 (SM4) - květen 2009, raketoplán Atlantis (STS-125): Poslední a nejkomplexnější servisní mise. Po katastrofě raketoplánu Columbia v roce 2003 byla tato mise z bezpečnostních důvodů zrušena, ale po nátlaku vědecké komunity a veřejnosti byla nakonec schválena. Astronauti nainstalovali dva nové přístroje – Wide Field Camera 3 (WFC3) a Cosmic Origins Spectrograph (COS). Poprvé v historii také provedli opravu stávajících přístrojů (ACS a STIS) přímo na oběžné dráze. Byly vyměněny baterie a gyroskopy. Tato mise zajistila dalekohledu funkčnost na mnoho dalších let.
⚙️ Technický popis
🔭 Optický systém
HST je zrcadlový dalekohled v uspořádání Ritchey-Chrétien. Tento design využívá dvou hyperbolických zrcadel a poskytuje ostré zobrazení ve velkém zorném poli. Primární zrcadlo má průměr 2,4 metru a je vyrobeno z ultra-nízkoexpanzního skla potaženého vrstvou hliníku a fluoridu hořečnatého pro ochranu a zvýšení odrazivosti v ultrafialovém spektru. Světlo se od primárního zrcadla odráží na sekundární zrcadlo o průměru 0,3 metru a odtud je vedeno otvorem v primárním zrcadle k vědeckým přístrojům.
🔬 Vědecké přístroje
Dalekohled je vybaven několika vědeckými přístroji, které lze měnit během servisních misí. Každý přístroj je navržen pro specifický typ pozorování. K roku 2025 jsou hlavními aktivními přístroji:
- Wide Field Camera 3 (WFC3): Nejpoužívanější kamera, schopná pozorovat v širokém spektru od ultrafialového po blízké infračervené záření.
- Advanced Camera for Surveys (ACS): Kamera s vysokým rozlišením a širokým zorným polem, primárně pro snímkování ve viditelném světle.
- Cosmic Origins Spectrograph (COS): Vysoce citlivý spektrograf pro pozorování v ultrafialovém světle, ideální pro studium mezihvězdného a mezigalaktického plynu.
- Space Telescope Imaging Spectrograph (STIS): Univerzální spektrograf, který dokáže analyzovat světlo z hvězd a galaxií a hledat například černé díry.
- Fine Guidance Sensors (FGS): Tři senzory, které slouží primárně k přesnému zaměřování dalekohledu, ale mohou být použity i pro astrometrická měření.
🛰️ Systémy družice
Energii dalekohledu dodávají dva velké solární panely, které dobíjejí šest nikl-vodíkových akumulátorů pro provoz v době, kdy je dalekohled v zemském stínu. O orientaci a stabilizaci se stará systém gyroskopů a reakčních kol. Komunikace se Zemí probíhá přes systém satelitů TDRSS, což umožňuje téměř nepřetržitý kontakt s pozemním řídícím střediskem.
🔭 Vědecké objevy a přínos
Data z Hubbleova vesmírného dalekohledu vedla k tisícům vědeckých článků a způsobila revoluci v mnoha oblastech astrofyziky a kosmologie.
🌌 Expanze vesmíru a temná energie
Jedním z hlavních cílů mise bylo zpřesnit hodnotu Hubbleovy konstanty, která popisuje rychlost rozpínání vesmíru. Pozorováním cefeid ve vzdálených galaxiích se podařilo tuto hodnotu určit s dosud nevídanou přesností. V roce 1998 pozorování vzdálených supernov typu Ia pomocí HST vedlo k překvapivému objevu, že rozpínání vesmíru se zrychluje. Tento jev je připisován temné energii, tajemné síle, která tvoří většinu hustoty energie ve vesmíru.
🌠 Vznik a vývoj galaxií
Snímky jako Hubbleovo hluboké pole (Hubble Deep Field), Hubbleovo ultrahluboké pole (Hubble Ultra Deep Field) a Hubble eXtreme Deep Field (XDF) jsou ikonické. Vznikly tak, že dalekohled po mnoho dní pozoroval zdánlivě prázdnou část oblohy. Na výsledných snímcích se objevily tisíce galaxií, některé z nich tak vzdálené, že je vidíme ve stavu, v jakém byly jen několik set milionů let po Velkém třesku. Tyto snímky poskytly neocenitelný vhled do evoluce galaxií.
🪐 Exoplanety a protoplanetární disky
HST byl prvním dalekohledem, který dokázal přímo analyzovat chemické složení atmosféry exoplanety při jejím přechodu před mateřskou hvězdou. Pořídil také detailní snímky protoplanetární disků, prachoplynných disků kolem mladých hvězd, ve kterých se formují planety. Zvláště slavné jsou snímky z Mlhoviny v Orionu.
⚫ Černé díry
Pozorování HST poskytla přesvědčivé důkazy o existenci supermasivních černých děr v centrech většiny velkých galaxií, včetně naší Mléčné dráhy. Měřením rychlosti pohybu hvězd a plynu v okolí galaktických jader bylo možné odhadnout hmotnosti těchto objektů.
☀️ Sluneční soustava
Ačkoliv je HST zaměřen především na vzdálený vesmír, přinesl i mnoho poznatků o naší Sluneční soustavě. Detailně sledoval dopady komety Shoemaker-Levy 9 na Jupiter v roce 1994, pozoroval polární záře na plynných obrech, změny počasí na Marsu a objevil několik nových měsíců u Pluta.
🌍 Dopad na kulturu a společnost
Hubbleův vesmírný dalekohled přesáhl rámec vědeckého nástroje a stal se kulturním fenoménem. Jeho snímky, jako jsou "Pilíře stvoření" z Orlí mlhoviny, se staly ikonami a jsou známé po celém světě. Přiblížily krásu a majestátnost vesmíru široké veřejnosti a inspirovaly generace umělců, filmařů i budoucích vědců. HST je často považován za nejúspěšnější projekt v oblasti vědeckého public relations.
🤓 Pro laiky
- Proč je dalekohled ve vesmíru? Zemská atmosféra, i když je pro život nezbytná, astronomům vadí. Chvěje se, což způsobuje "blikání" hvězd a rozmazává obraz. Také pohlcuje některé druhy světla, například ultrafialové. Umístěním dalekohledu nad atmosféru se astronomové těchto problémů zbaví a mohou pořídit mnohem ostřejší snímky a vidět vesmír v širším spektru barev.
- Co byla chyba se zrcadlem? Představte si, že si necháte vyrobit brýle, ale skla jsou vybroušena do mírně špatného tvaru. Budete vidět rozmazaně. Přesně to se stalo Hubbleovu zrcadlu. Bylo neuvěřitelně hladké, ale jeho tvar byl na okraji o nepatrný zlomek milimetru plošší, než měl být. Astronauti mu při první servisní misi nasadili "kontaktní čočky" (korekční optiku COSTAR), které tuto vadu opravily.
- Co je to "Hluboké pole"? Představte si, že se v noci díváte na oblohu a najdete si místo, kde nejsou žádné viditelné hvězdy. Vypadá to jako prázdná tma. Astronomové namířili Hubbleův dalekohled přesně na takové malé, tmavé místo a nechali ho sbírat světlo po dobu více než 10 dní. Výsledkem byl slavný snímek, na kterém nebylo prázdno, ale tisíce galaxií, z nichž každá obsahuje miliardy hvězd. Ukázalo se, že vesmír je mnohem plnější, než jsme si kdy dokázali představit.