Legenda slaví. Hubbleův kosmický dalekohled pozoruje vesmír už 30 let

Pokračování 2 / 15

Na oběžné dráze

Hubbleův kosmický dalekohled byl umístěn na oběžnou dráhu ve výšce asi 612 km nad Zemí. Dokonce i v této výšce jsou ale molekuly atmosféry, které způsobují, že Hubble postupně zpomaluje a „propadá“ se. Jeho aktuální výška je 536 až 540 km.

Důležitější je ale sklon dráhy vůči rovníku. Je pouze 28,4 stupňů. Přelety Hubblova dalekohledu jsou sice vidět pouhým okem, ale kvůli sklonu dráhy nejsou vidět z území České republiky. Musíte více na jih... 

Pokračování 3 / 15

Ne moc velký ale s výhodami

Hubbleův kosmický dalekohled je svou velikostí občas přirovnáván k autobusu. Jeho délka je 13,2 metrů a průměr 4,2 metrů. Celý Hubbleův dalekohled měl po startu hmotnost 11,1 tuny ale po poslední servisní misi hmotnost narostla na 12 tun.

Jedná se o zrcadlový dalekohled typu Ritchey–Chrétien o průměru 2,4 metrů. Není to mnoho. Největší pozemské dalekohledy mají průměr 10 metrů a nyní se staví ještě větší. Hubble je jen o 40 cm větší než největší český dalekohled (Perkův v Ondřejově o průměru 2,0 m). Jeho velkou výhodou je ale absence atmosféry.

Teleskop Jamese Webba je konečně smontovaný. Fungovat by mohl za dva roky

Dnešní pozemské dalekohledy jsou vybavené tzv. adaptivní optikou, která dokáže vliv atmosféry minimalizovat – pomoci pozorování uměle vytvořené hvězdy a následné deformace zrcadel. Kvalita fotografií je srovnatelná či dokonce lepší než u Hubblova dalekohledu. Astronomie ale není o hezkých fotografiích a adaptivní optika není všemocná. 

Schéma dalekohledu. Hlavní zrcadlo má průměr 2,4 m a hmotnost 828 kg, sekundární 0,3 metru.

Pokračování 4 / 15

První z velké čtyřky

Hubbleův kosmický dalekohled pracuje především ve viditelné části spektra, ale zasahuje také na jedné straně do blízké infračervené a na straně druhé do blízké ultrafialové části spektra. 

NASA v 90. letech podobných velkých observatoří vypustila více. Kromě Hubblova dalekohledu (1990) to byla gama observatoř Compton (1991-2000), rentgenová Chandra (1999) a později infračervený Spitzer (2003-2020). Posledně jmenovaný byl vypuštěn pomoci klasické rakety, ty ostatní také raketoplánem.

Zleva: Hubble, Compton

Zleva: Chandra, Spitzer

Pokračování 5 / 15

První snímek

Prvním snímkem, který Hubble pořídil, byla 20. května 1990 hvězdokupa NGC 3532. 

Vpravo je vidět první snímek z Hubblova dalekohledu, vlevo srovnání s pozorováním ze Země

Pokračování 6 / 15

Můžeme ho reklamovat?

Po startu Hubblova dalekohledu oblil inženýry studený pot. Snímky z Hubblova dalekohledu sice byly lepší než z tehdejších pozemských observatoří, ale daleko od očekávání. Analýza ukázala, že zrcadlo dalekohledu bylo špatně vyleštěno a jeho okraje jsou plošší, než mají být. Rozdíl byl jen 2,2 mikrometru, ale to stačilo na to, aby Hubble trpěl sférickou aberací.

Optická vada dělala problémy zejména u slabších objektů, přitom právě kvůli nim byl Hubble vypuštěn.

Zleva doprava: Snímky galaxie M100 před opravou sférické aberace, po opravě a v roce 2018.

Po zjištění příčiny byla sestavena vyšetřovací komise, kterou vedl tehdejší ředitel laboratoří JPL Lew Allen.

Komise zjistila, že zařízení testující přesný tvar zrcadla nebylo správně zaostřené. Společnost Perkin-Elmer podle závěrů komise během leštění zrcadla jeho povrch sice analyzovala ještě dvěma dalšími zařízeními, která shodně ukazovala na sférickou aberaci, ale výsledky testů nakonec ignorovala. Firma věřila, že první test poskytl přesnější výsledky. 

Hubble našel důkazy existence prvního exoměsíce

Vztahy mezi NASA a Perkin-Elmer nebyly už před startem dalekohledu zrovna vřelé a to kvůli průtahům a prodražováni celého projektu.

NASA zjistila, že Perkin-Elmer nekontrolovala výrobu zrcadla dostatečným způsobem a že tímto úkolem nepověřila své nejlepší odborníky na optiku. Samotná NASA si rovněž vysloužila kritiku za to, že se spoléhala na výsledky testu kontroly kvality jen z jednoho přístroje.

Pokračování 7 / 15

Hubble jde k oftalmologovi... 

Hubbleův kosmický dalekohled byl stavěn tak, aby se k němu mohli astronauti vrátit a opravit ho. Pro první servisní misi připravila NASA pro Hubbleův dalekohled „brýle“, které měly optickou vadu vyřešit. Přístroj se jmenoval COSTAR (Corrective Optics Space Telescope Axial Replacement). 

Aby bylo možné systém COSTAR namontovat na dalekohled, musel být jeden z ostatních nástrojů obětován a odstraněn. Astronomové vybrali fotometr.

V roce 2002 byly všechny původní nástroje vyžadující COSTAR nahrazeny nástroji s vlastní korekční optikou. COSTAR byl demontován a vrátil se na Zemi v roce 2009. Nyní je vystaven v National Air and Space Museum.

COSTAR v muzeu

Pokračování 8 / 15

Vesmírní montéři

První servisní mise, při které byl instalován COSTAR, proběhla v prosinci 1993. Další servisní mise se pak uskutečnily v roce 1997, 1999, 2002 a 2009.

Hubble byl dvakrát silně ovlivněn havárií raketoplánu. Kvůli výbuchu Challengeru v roce 1986 došlo k odkladu startu. Po nehodě Columbie v roce 2003 byla další servisní mise zrušena. NASA se obávala dalšího poškození tepelného štítu raketoplánu během startu, což byla příčina havárie Columbie. 

Bohužel realita má velmi daleko do filmu Gravitace. Raketoplán by se kvůli rozdílnému sklonu drah nemohl v případě problémů dostat k Mezinárodní kosmické stanici, na které by za normálního letu našli útočiště (po Columbii létaly raketoplány už jen ke stanici). 

Fotopříběh Columbie: 40 let od prvního letu raketoplánu na orbit

Servisní mise se nakonec přece jen uskutečnila. NASA totiž přišla se souborem opatření na prohlídku tepelného štítu po startu i případnou jeho opravu. Na Zemi byl navíc připraven další raketoplán. 

Díky misi STS-125 se k Hubblovu dalekohledu vydal také Andrew Feustel, který má díky manželce vazby na Česko. K dalekohledu vzal Písně kosmické a českou vlajku.

Dva raketoplány připravené ke startu v roce 2009. Jeden letěl, druhý mu kryl záda

Při servisních misích se měnily vědecké přístroje. Na palubě dalekohledu je tak nyní druhá až třetí generace. Měnily se i další komponenty – počítač, solární panely a zejména šestice gyroskopů, které udržují dalekohled v kosmickém prostoru a pro provoz teleskopu jsou životně důležité. Hubble může teoreticky pracovat jen s jedním gyroskopem. K plnému provozu potřebuje ale tři. V roce 2014 odešel první gyroskop, v roce 2018 pak další dva – ve všech případech staršího typu.

Hubble při jedné ze servisních misí

Pokračování 9 / 15

Pojmenovaný po slavném astronomovi

Hubble nese jméno po slavném americkém astronomovi Edwinu Hubbleovi (1889-1953). Jeho největším objevem byla přímá úměrnost mezi rychlostí, s jakou se galaxie vzdalují, a jejich vzdáleností (tzv. Hubbleův zákon).

NASA rozhodla o pojmenováni dalekohledu v roce 1983, čtyři roky poté, co začala výroba hlavního zrcadla. 

Edwin Hubble při práci

Pokračování 10 / 15

Na domácím poli...

10, 20 nejvýznamnějších objevů Hubblova dalekohledu? Podobné přehledy vycházejí, ale nemají smysl. Hubble nebyl postaven pro pár zářezů na pažbě. Je to neúnavný pracant, který chrlí data o blízkém i velmi vzdáleném vesmíru.

Hubble našel důkazy existence prvního exoměsíce

V rámci Sluneční soustavy pozoroval Hubble asteroidy, komety i planety. Podařilo se mu pozorovat prachovou bouři v atmosféře Marsu, do sondy New Horizons či Dawn získat nejpodrobnější snímky Pluta, respektive Cerery. Objevil také nové měsíce Pluta. 

Velmi často se zmiňuje událost z léta 1994, kdy pozoroval postupný dopad komety Shoemaker-Levy 9 do atmosféry Jupiteru. Hubble také pozorovat změny v atmosférách všech obřích planet. 

Rozpad komety Shoemaker-Levy 9

Pokračování 11 / 15

Stáří vesmíru

Jedním z hlavních cílů Hubblova dalekohledu bylo pozorovat speciální skupinu proměnných hvězd – cefeidy. Perioda pulsů cefeid je přímo závislá na jejich absolutní magnitudě a tedy i zářivém výkonu. Na základě pozorování skutečné jasnosti cefeid lze určit jejich vzdálenost a z toho i vzdálenost galaxie, ve které se nachází. 

Hubble díky tomu dokázal upřesnit hodnotu klíčové Hubblovy konstanty, která souvisí se stářím vesmíru. Pozdější měření její hodnotu upřesnily ještě více, ale i tak i zásluhou Hubblova dalekohledu víme, že vesmír je asi 13,7 miliard let starý.

Pohled na cefeidy v cizí galaxii

Pokračování 12 / 15

Hubblova hluboká pole

Nemusíme asi psát, že žádostí o pozorovací čas na Hubblovu dalekohledu je více, než dokáže Hubble reálně uspokojit. Kromě schválených pozorování existuje ředitelský čas. Šéf Ústavu pro kosmický dalekohled má možnost přidělit čas dle vlastní volby. Je to kvůli pozorování mimořádných a neočekávaných jevů.

V roce 1995 čas zbyl, a tak se použil na jeden z nejslavnějších projektů v historii dalekohledu i astronomie – Hubblova hluboká pole. 

V průběhu deseti dnů bylo pořízeno 342 snímků velmi malinké části oblohy v souhvězdí Velké Medvědice, ve které nejsou žádné jasnější hvězdy. Na výsledném snímku je na 3 tisíce vzdálených galaxií, z nichž některé patřily mezi nejmladší a nejvzdálenější známé galaxie.

Na Hubbova hluboká pole z roku 1995 navázaly ještě další podobné projekty – na jižní obloze a Hubblova ultra-hluboká a extrémně hluboká pole.

Hubblova hluboká pole

Pokračování 13 / 15

Exoplanety

Hubble odstartoval do vesmíru v roce 1990. O pět let později byla objevena první planeta u hvězdy hlavní posloupnosti (o tři roky dříve u pulsaru). Přesto se Hubble stal klíčovým přístrojem pro výzkum exoplanet.

Některé objevy ale vyšuměly. Doslova. Před 12 lety byla u jasné a mladé hvězdy Fomalhaut objevena planeta, kterou vidíme přímo. Planeta měla obíhat okolo hvězdy po protáhlé dráze s periodou 1 700 let. Jen pár dní před oslavou třicetin Hubblova dalekohledu přišla zpráva, že planeta neexistuje. To, co jsme považovali za planetu, je ve skutečnosti jen shluk prachu po kolizi zárodků možných budoucích planet.

Exoplaneta Fomalhaut neexistuje

Pokračování 14 / 15

Stále nejaktivnější

Hubbleův dalekohled je stále nejaktivnějším astronomickým přístrojem. Denně vyjdou tři studie, které jsou založeny na jeho pozorováních! Evropská jižní observatoř ho sice překonává, ale pouze v součtu dat ze všech svých dalekohledů. 

Na stránkách NASA si můžete zadat například datum svých narozenin a zjistit, co Hubble v ten den pozoroval.

Počty studií (ročně) založených na datech z různých pozemských i kosmických observatoří. Hubble (HST) stále vede

Pokračování 15 / 15

Budoucnost

Jak dlouho tady s námi Hubble ještě bude? Možná týden, možná pár let. Vše záleží zejména na jeho technickém stavu a především na gyroskopech. 

V budoucnu se Hubble stane hrozbou. Přiblíží se jeho vstup do atmosféry. Některé jeho části by poté dopadly na zemský povrch. Vstup do atmosféry se velmi špatně odhaduje – čas i místo dopadu. Hubble nemůže provést kontrolovaný sestup vlastními silami. Na palubě nemá žádné motory.

Při poslední servisní misi ale dostal zařízení SCM (Soft Capture Mechanism), což je jednoduchý port, ke kterému se může připojit automatická či pilotovaná kosmická loď a kontrolované poslat legendu světové astronomie do atmosféry nad oceánem. 

Zařízení SCM

V minulosti existovaly i plány, že by byl Hubble dopraven zpět na Zemi a vystaven v muzeu. Aktuálně ale není k dispozici kosmická loď, která by to zvládla. Za pár let ji možná bude Starship od SpaceX? 

Dalekohledu za 250 miliard pomohou při výzkumu exoplanet amatéři. Češi jsou napřed

NASA už chystá „nástupce“. Kosmický dalekohled Jamese Webba (JWST) by mohl odstartovat příští rok. Slovo nástupce jsme dali do uvozovek. JWST bude umístěn v libračním centru soustavy Slunce-Země, nebude opravitelný a bude pracovat v infračervené části spektra. Doufejme, že tentokrát při jeho výrobě nikdo žádnou chybu neudělal. Jeho cena je totiž vskutku astronomická – skoro 10 miliard dolarů!

Srovnání zrcadel Hubbleova a Webbova dalekohledu