Hubbleův vesmírný dalekohled

Z Wikipedie, otevřené encyklopedie
Skočit na navigaci Skočit na vyhledávání
Hubbleův vesmírný dalekohled
Hubbleův vesmírný dalekohled z raketoplánu Discovery během druhé servisní mise STS-82.
Organizace NASA, ESA
Obor pozorování optický, ultrafialový a blízký infračervený
Výška oběhu 600 km
Doba oběhu 97 min
Datum vypuštění 24. dubna 1990
Stažení z orbitu cca 2013[1]
hmotnost 11 000 kg
WWW http://hubble.nasa.gov
Fyzikální charakteristiky
Druh dalekohledu reflektor
Průměr 2,4 m
Sběrná plocha zhruba 4,3 m2
Efektivní ohnisková vzdálenost 57,6 m
Přístroje
NICMOS kamera/spektrometr
ACS přehlídková kamera
WFPC2 širokoúhlá kamera
STIS spektrometer/kamera (mimo provoz)
Rozložené schéma Hubbleova vesmírného dalekohledu

Hubbleův vesmírný dalekohled (zkratka HST z angl. Hubble Space Telescope, někdy také jen krátce Hubble) je dalekohled, který na oběžnou dráhu Země vynesl při letu STS-31 americký raketoplán Discovery roku 1990 do výše 600 kilometrů. Dalekohled předává na Zemi obrazy vesmíru neovlivněné zemskou atmosférou. Jeho umístění mimo zemskou atmosféru umožňuje pořizovat velmi ostré snímky vesmírných těles. Od svého vypuštění se stal jedním z nejdůležitějších dalekohledů v historii astronomie, který se významně zasloužil o prohloubení poznatků o vesmíru. Přičinil se k mnohým klíčovým objevům, které pomohly astronomům lépe porozumět základním problémům astrofyziky jako například se podařilo získat snímky tzv. Hubbleových hlubokých polí (Hubble ultra deep fields). Nejvzdálenějších objektů, které je lidstvo schopno ve vesmíru pozorovat.

Hubbleův vesmírný teleskop je součástí série Velkých kosmických observatoří, kterou vypracovala americká NASA. Dalšími observatořemi jsou Comptonova gama observatoř (Compton Gamma Ray Observatory), rentgenový teleskop Chandra (Chandra X-ray Observatory) a Spitzerův vesmírný dalekohled (Spitzer Space Telescope). Další velký kosmický dalekohled nespadající do programu Velkých kosmických observatoří je Vesmírný dalekohled Jamese Webba (JWST), který má být vypuštěn po roce 2013 a který bude určený pouze pro zkoumání vesmíru v infračervené oblasti spektra.[2]

Budoucnost HST je v současnosti nejistá. Poslední servisní mise byla nejprve po havárii raketoplánu Columbia zcela zrušena, ale na nátlak vědecké komunity, zejména astronomů, NASA počátkem roku 2006 předběžně znovu zařadila další servisní misi do plánu letů raketoplánů a to na počátek roku 2008. V současnosti (červenec 2008) je start mise STS-125 předběžně naplánován na 8. října 2008.[1]

Pokud by k servisní misi nedošlo, postupně by selhaly stabilizační setrvačníky a fotovoltaické články a do konce desetiletí by dalekohled přestal pracovat. Ve vzdálenější budoucnosti by pak zanikl v hustých vrstvách zemské atmosféry.

Představa, plány a cíle

Návrhy a předchůdci

Soubor:Lyman spitzer c1.jpg
Lyman Spitzer, "otec" dalekohledu

Historie Hubbleova vesmírného dalekohledu sahá až k roku 1946, kdy astronom a teoretický fyzik Lyman Spitzer publikoval článek nazvaný Astronomické výhody hvězdárny mimo Zemi.[3] Ve článku pojednával o dvou hlavních výhodách, které by měly vesmírné observatoře oproti pozemským. První bylo, že úhlové rozlišení (nejmenší vzdálenost, při které mohou být objekty jasně rozlišitelné) by bylo limitované pouze difrakcí, na rozdíl od turbulencí v atmosféře, které způsobují blikání hvězd, které je astronomům známá jako „seeing“. Tehdy byly pozemské dalekohledy limitované typicky rozlišením 0,5—1,0 úhlových sekund,[zdroj?] v porovnání s teoretickým difrakčním omezením okolo 0,1 úhlové sekundy pro teleskopy se zrcadlem o průměru 2,5 m. Druhá hlavní výhoda by byla, že vesmírný dalekohled by mohl pozorovat infračervené a ultrafialové světlo, které není na Zemi patrné, jelikož je pohlcováno atmosférou.

Spitzer zasvětil velkou část své kariéry tomu, aby byl vesmírný dalekohled vyvinutý. V roce 1962 správa americké národní akademie věd doporučila vývoj vesmírného dalekohledu jako část vesmírného programu a roku 1965 byl Spitzer jmenovaný do čela komise, která měla za úkol definovat vědecké cíle pro velký vesmírný dalekohled.

Vesmírná astronomie se začala pomalu rozvíjet po Druhé světové válce, kdy vědci našli použití pro vynálezy raketové technologie, jenž se dostala do popředí zájmu. První ultrafialové spektrum Slunce bylo pořízeno v roce 1946. Sluneční observatoř obíhající okolo Země byla vypuštěna v roce 1962 Velkou Británií jako část vesmírného programu Ariel a roku 1966 zažil svět vypuštění první Obíhající astronomické observatoře (OAO) vesmírnou agenturou NASA. Baterie mise OAO-1 selhala po třech dnech, čímž zároveň skončila celá mise. Ovšem následující mise OAO-2 prováděla ultrafialové pozorování hvězd a galaxií od svého startu v roce 1968 až do roku 1972, daleko za hranicí plánované životnosti jednoho roku.[zdroj?]

Mise OAO ukázaly, jak důležitou úlohu v astronomii by mohly sehrávat pozorování z vesmíru. V roce 1968 se zrodily smělé plány NASA pro vývoj reflekčního dalekohledu s průměrem 3 metry, známým jako Velký obíhající dalekohled či Velký vesmírný dalekohled. Jako datum startu byl navržen rok 1979. Plány zdůrazňovaly potřebu servisních misí s lidskou posádkou k teleskopu, aby bylo zaručené, že tak finančně náročný projekt bude mít příslušně dlouhou životnost. Paralelně vyvíjené plány pro znovupoužitelné kosmické raketoplány naznačovaly, že technologie, která umožní servisní lety k dalekohledu, bude brzy dostupná.[4]

Hledání prostředků

Pokračující úspěch programu OAO podpořil zvyšující se konsenzus mezi astronomickou komunitou, že Velký vesmírný dalekohled (zkratka LST - Large Space Telescope) by měl být hlavním cílem. Roku 1970 NASA vytvořila dvě komise: jednu pro konstrukční část projektu, a druhou pro stanovení vědeckých cílů projektu. Po ustanovení komisí se NASA střetla s další překážkou: sehnat finance na dalekohled, který měl být o mnoho dražší, než jakýkoliv dosavadní teleskop na zemském povrchu. Kongres Spojených států amerických se ptal na mnoho detailů navrhovaného rozpočtu pro teleskop a vynutil si škrty v rozpočtu pro plánovací fázi. Ta se skládala z velmi detailních studií potenciálních nástrojů a technického vybavení dalekohledu. Roku 1974 škrty ve veřejných výdajích, podnítěné Geraldem Fordem, vedly Kongres ke zrušení celého financování vesmírného teleskopu.[5]

Odpovědí na tento krok byl v USA začátek celonárodního lobbistického úsilí, koordinovaného astronomy, za dalekohled.[zdroj?] Mnozí astronomové se setkali s jednotlivými kongresmeny a senátory osobně a při tom organizovali kampaně v psaní dopisů odpovědným politikům. Národní akademie věd vydala zprávu, zdůrazňující potřebu vesmírného teleskopu. Nakonec Senát Spojených států amerických souhlasil s přiznáním alespoň poloviny finanční částky, kterou Sněmovna dříve zamítla.[zdroj?]

Problémy s financováním vedly k redukci projektu. Původně navrhovaný průměr zrcadla se snížil z 3 m na 2,4 m. Redukce se však neuskutečnila jen z důvodů ušetření nákladů, nýbrž i kvůli umožnění kompaktnější a efektivnější konfigurace pro technické vybavení dalekohledu. Navrhovaný +0,5 m předchůdce teleskopu pro testování systému použitých na hlavním teleskopu byl zrušený a rozpočtové záležitosti také nazančily nutnost spolupráce s Evropskou kosmickou agenturou (ESA). ESA souhlasila s dodávkou několika přístrojů pro teleskop, mezi jinými i solární panely. Současně uhradila přibližně 15 % nákladů za to, že evropským astronomům bude garantovaný alespoň 15 % pozorovacího času na teleskopu.[zdroj?] Kongres poté schválil financování 36 000 000 USD na rok 1978 a následně se mohlo vážně začít s návrhem LST, přičemž se počítalo se startem v roce 1983.[6] Začátkem osmdesátých let byl teleskop pojmenován po Edwinovi Hubbleovi, který byl zodpovědný za jeden z největších vědeckých pokroků 20. století, když objevil, že vesmír se rozpíná. [7]

Konstrukce

Soubor:Hubble mirror polishing PDF extract.jpg
Leštění primárního zrcadla Hubblea začalo ve firmě Perkin Elmer v květnu 1979. Na fotografii je inženýr Dr. Martin Yellin během práce na projektu.

Hned, jak dostal program zelenou, rozdělily se úlohy a práce na projektu. Odpovědnost za design, vývoj a výstavbu mělo The George C. Marshall Space Flight Center. Goddardovo centrum pro vesmírné lety mělo na startosti celkový dozor nad vědeckými přístroji a Středisko řízení vesmírných letů se mělo stát pozemním řídícím centrem, které mělo v budoucnu řídit misi. Marshallovo centrum pověřilo společnost Perkin-Elmer výrobou optické soupravy (Optical Telescope Assembly - OTA) a senzorů pro jemné navádění (Fine guidance sensors). Korpus dalekohledu měla zhotovit společnost Lockheed.[8]

Optical Telescope Assembly (OTA)

Zrcadlo a optická soustava teleskopu byly nejdůležitější součástí a designéři je navrhli tak, aby splňovaly náročné podmínky kosmického prostředí. Dalekohledy mívají obvykle zrcadla vyleštěná s přesností na asi desetinu vlnové délky viditelného světla.[zdroj?] Ale pokud měl Hubbleův teleskop sloužit k pozorování v oblasti od ultrafialového záření až do oblasti blízkeho infračervenému, muselo být jeho zrcadlo vyleštěné s desetkrát lepším rozlišením než zrcadla na předchozích teleskopech. Přesnost měla dosashovat 1/20 vlnové délky viditelného světla, což je asi 30 nanometrů.[9]

Společnost Perkin Elmer navrhovala důmyslné, počítačem řízené leštící stroje, které by vybrousily zrcadlo do požadovaného tvaru. Kvůli možným komplikacím pověřil tým konstruktérů firmu Kodak, aby sestrojila záložní zrcadlo broušené tradičními brusnými technikami. Toto zrcadlo bylo vystavené v Smithsonově institutu.[10]. Dnes toto zrcadlo používá teleskop s průměrem 2,4 metru v Magdalena Ridge Observatory. Výroba zrcadla společností Perkin Elmer začala v roce 1979. Bylo při něm použito nízkoroztažné sklo.

Broušení zrcadel pokračovalo až do května 1981. Aby byla hmotnost co nejmenší, skládalo se zrcadlo z dvou jeden palec silných částí, mezi kterými se nacházela mřížka se strukturou včelí plástve. NASA v té době zkoumala manažerskou strukturu Perkin Elmer. Broušení se začalo oproti plánu posouvat a přesažen byl také rozpočet. Z důvodu úspory financí NASA zastavila práci na zrcadle a přesunula datum startu na říjen 1984. Zrcadlo bylo definitivně dokončeno v roce 1981 přidáním odrazové vrstvy hliníku, silnou 75 nm a ochranného nátěru z fluoridu hořčíku, silného 25 nm., který zvětšil odrazovost zrcadla v ultrafialovém spektru.

Pochybnosti o schopnosti účasti Perkin Elmer na projektu takovéto důležitosti pokračovaly. NASA odložila datum startu až do dubna 1985. Plány Perkin Elmer pokračovaly ve skluzu rychlostí zhruba o čtvrtinu za měsíc, občas dosáhlo zpoždění oproti plánům rychlosti jeden den na každý pracovní den. NASA byla nucená odložit datum startu až do srpna 1986. Do tohto okamžiku se úplný rozpočet projektu zvýšil na 1,175 miliardy USD.[8]

Vnitřní struktura dalekohledu

Rané etapy stavby Hubbleova vesmírného dalekohledu, 1980

Obal, ve kterém je zabudovaný dalekohled spolu s ostatními přístroji, byl dalším, značně složitým problémem pro inženýry. Dle plánu měl adekvátně odolávat častným změnám teploty při přechodu ze zemského stínu na přímé sluneční světlo, a naopak být zároveň dostatečně stabilní na to, aby umožňoval mimořádně přesné zaměření dalekohledu. Vícevrstvý izolační plášť udržuje konstantní vnitřní teplotu celého tělesa a obklopuje lehkou hliníkovou schránku, ve které spočívá dalekohled a ostatní přístroje. Uvnitř schránky drží grafito-epoxidová kostra nejdůležitější části celého komplexu pevně usazené.[11]

Přestože konstrukce obalu, ve kterém je dalekohled spolu s ostatními přístroji, postupovala o poznání hladčeji než konstrukce OTA, společnost Lockheed měla neustále problémy se skluzem v časovém harmonogramu a v rozpočtu. V létě 1985 překročila výstavba dalekohledu rozpočet o 30 % a časový plán byl překročen o tři měsíce. Správa MSFC hovořila o tom, že společnost Lockheed se raději spoléhala na příkazy od NASA, než aby převzala iniciativu při stavbě do vlastních rukou.[12]

Původní přístroje

HST obsahoval při startu pět vědeckých přístrojů: Wide Field and Planetary Camera (WF/PC), Goddard High Resolution Spectrograph (GHRS), High Speed Photometer (HSP), Faint Object Camera (FOC) a Faint Object Spectrograph (FOS). WF/PC sloužilo jako dvě kamerová zařízení s vysokým rozlišením pro zobrazení primárně určené pro pozorování v optické oblasti spektra. Mohlo pracovat ve dvou režimech, přičemž v prvním mělo jeho zorné pole velikost 2,7 × 2,7 obloukových minut, v druhém pak 1,2 × 1,2 obloukových minut. První režim sloužil ke sledování vzdálenějších objektů, druhý pro sledování bližších těles (např. planet). Zkonstruován byl v Laboratoři proudového pohonu (Jet Propulsion Laboratory) při NASA a zakomponovalo se do něj sada 48 palcových filtrů izolujících spektrální čáry s osobitým astrofyzikálním významem. Přístroj obsahoval 8 CCD čipů, přičemž každá z obou kamer využívala přesně polovinu čipů. Wide Field Camera (WFC) pokrývala úhlově větší pole na úkor nižšího rozlišení, Planetary Camera (PC) zachycovala snímky pomocí efektivnější a větší ohniskové vzdálenosti než čipy u WFC, čímž dosáhla většího zvětšení.

GHRS byl spektrograf určený na snímání objektů v ultrafialové části spektra. Vyrobilo ho Goddardovo centrum vesmírných letů a samotné zařízení bylo schopné dosáhnout spektrálního rozlišení 90 000.[13] Pro snímkování v ultrafialové oblasti byla optimalizována i ostatní zařízení (FOC a FOS), obě měla nejvyšší prostorové rozlišení ze všech zařízení na dalekohledu. FOC bylo vybaveno trojstupňovým fotonásobičem a sloužilo ke sledování velmi slabých objektů. FOS byl spektrograf a studoval optickcá spektra velmi vzdálených objektů. Jako detektory nevyužívaly CCD čipy, ale digikony na počítání fotonů. FOC zkonstruovala Evropská kosmická agentura a FOS postavila společnost Martin Maretta (dnes pod společností Lockheed).

Posledním přístrojem na palubě byl HSP. Navržený a vyrobený byl na Wisconsinsko-Madisonské univerzitě. Měl za úkol pozorovat proměnné hvězdy a ostatní objekty, které mění svoji jasnost. Pracoval v ultrafialovém a viditelném světle. Měřil rychle změny světelného toku a polarizaci světla. Dokázal provést naráz téměř 100 000 měření za sekundu s fotometrickou přesností přibližně 2 % nebo i lepší.[14]

Naváděcí systém Hubbleova vesmírného dalekohledu se dá rovněž vyvužít jako vědecký přístroj. Tři senzory (Fine Guidance Sensors - FGS) jsou primárně určené na udržení přesného zaměření teleskopu během pozorování, dají se však využít i na vykonávání mimořádně přesné fotometrie; přístroj dokáže měřit s přesností na 0,000 3 úhlové sekundy.[15]

Pozemní kontrola

Vědecký institut Vesmírného dalekohledu (STScI) je zodpovědný za vědecké řízení dalekohledu a předávání získaných dat astronomům. STScI řídí Asociace univerzít pro výzkum v astronomii (AURA) a samotný institut se nachází v areálu Univerzity Johna Hopkinse v Baltimoru ve státě Maryland. Institut spolu s ostatními 32 univerzitami a sedmi mezinárodními pobočkami tvoří konsorcium AURA. STScI byl založen v roce 1983 po roztržkách mezi NASA a vědeckou komunitou. NASA se snažila udržet hlídání činnosti dalekohledu v rámci svých struktur, ale vědecká obec chtěla činnost vykonávat na akademické půdě.[16][17] Space Telescope European Coordinating Facility (ST-ECF), založená v Garchingu u Mnichova v roce 1984 poskytuje podobnou službu evropským astronomům.

Kvůli nízké oběžné dráze zakrývá Země svým rozměrem během oběhu množství vesmírných objektů

STScI má na starosti plánování pozorování, což je jedna z poměrně náročných úloh.[18] Hubbleův dalekohled obíhá Zemi na nízké oběžné dráze, takže je v dosahu raketoplánů. To je výhoda pro servisní mise k dalekohledu. Znamená to však, že Země zakrývá množství vesmírných objektů po téměř polovinu oběžného času dalekohledu. Pozorování nemohou probíhat, pokud teleskop přelétá nad Jihoatlantickou anomálií kvůli zvýšené úrovni radiace. Také existují značně rozsáhlé oblasti v okolí Slunce, Měsíce a Země (slunečná oblast má rozsah až 50°). OTA sa nesmí dostat do kontaktu s přímým slunečním světlem. Z těchto důvodů je pozorování Merkuru Hubbleovým dalekohledem vyloučené. Kvůli FGS se dalekohled musí vyhýbat i světlu odraženému od Země a Měsíce. Pozorování těchto dvou objektů je možné jen tehdy, když je FGS vypnuté. V rovině oběžné dráhy dalekohledu však existují i tzv. oblasti nepřetržitého pozorování (continuous viewing zone - CVZ), velké zhruba 90°, ve kterých se dají vesmírné objekty pozorovat delší dobu. Kvůli precesii dráhy se poloha CVZ mění s periodicitou 8 týdnů. Během pozorování v CVZ může jas Země dosahovat delší čas značně velké hodnoty, protože limbus planety bývá v určitých oblastech CVZ široký až okolo 30°.

Oběžná dráha Hubbleova dalekohledu zasahuje až do nejvyšších vrstev zemské atmosféry, čímž dochází při oběhu okolo Země k nepředvídatelným změnám. Hustota těchto vrstev atmosféry se mění v závislosti na mnoha různých faktorech. Proto není možné dopředu předvídat přesnou dráhu dalekohledu. Odchylka při předpovědích na nejbližších 6 týdnů může narůst až na 4 000 km. Plán pozorování se z tohoto důvodu vypracovává jen na několik dní dopředu. [19]

Technickou údržbu dalekohledu má na starosti NASA spolu s Goddardovým střediskem pro vesmírné lety sídlícím v Greenbelte ve státě Maryland, 48 km jižně od STScI. Správnou dráhu dalekohledu monitorují nepřetržitě 24 hodin denně čtyři týmy letových kontrolorů, tvořící spolu tzv. Tým letové dráhy Hubbleova vesmírného dalekohledu (Hubble's Flight Operations Team).[20]

Start raketoplánu Discovery STS-31 s Hubbleovým vesmírným dalekohledem v nákladovém prostoru

Havárie Challengeru, odklad, konečný start

Na začátku roku 1986 vypadal říjnový start dalekohladu již celkem reálně, ale havárie raketoplánu Challenger zastavila americký vesmírný program. Flotila zbylých raketoplánů zůstala v hangárech a start Hubbleova vesmírného dalekohledu byl o několik let posunut. Teleskop musel být umístěn v čisté místnosti, musel být v prohlížen a pravidelně byl čištěn dusíkem, až dokud se znovu nenaplánoval jeho start. Takováto situace zvyšovala celkovou cenu projektu, měsíčně totiž stálo udržování dalekohledu asi 6 milionů dolarů. Na druhé straně inženýři využili takto získaný čas na vykonání více rozsáhlejších testů a různých vylepšení.[21]

Nakonec, po znovuspuštění vesmírného programu v roce 1988, se start dalekohledu naplánoval na rok 1990. Dne 24. dubna 1990 úspěšně vynesla dalekohled na oběžnou dráhu mise STS-31 pomocí raketoplánu Discovery.[22]

Z původně odhadované sumy 400 milionů dolarů stálo vybudování dalekohledu doposud více než 2,5 mld. USD. Souhranná cena se do dnešního dne odhaduje na několikanásobek konstrukční ceny, přičemž výdaje USA se pohybují v rozmezí 4,5 miliardy až 6 miliard dolarů. Evropský finanční příspěvek se odhaduje na 593 milionů euro (odhad k roku 1999).[23]

Chyba hlavního zrcadla

V průběhu několika týdnů se zjistilo, že dalekohled má problémy se systémem optiky. Přestože první snímky pořízené dalekohledem vypadaly ostřejší, než srovnatelné snímky z pozemních teleskopů, dalekohled selhával při pokusech o konečně ostré snímky. Nejkvalitnější snímky, jaké poskytoval, byly pod hranicí očekávání. Obrázky bodových zdrojů měly průměr až 1 úhlovou sekundu namísto zamýšlené desetiny úhlové sekundy.[24]

Analýza snímků ukázala, že příčinou problému je chybně vybroušené primární zrcadlo. Navzdory tomu, že šlo o do té doby pravděpodobně nejlépe vytvarované zrcadlo a jeho odchylka od ideální tvaru nepřesahovala předepsanou odchylku 1/65 vlnové délky světla, bylo na svých krajích příliš ploché a odchylovalo se až o 2,3 mikrometru od požadovaného tvaru. Výsledkem byla vážná sférická aberace, chyba, při které se světlo odražené z okrajů zrcadla soustředí v jiném bodě, než světlo odražené od středu zrcadla.[25]

Obrázek z kamery WF/PC ukazuje, jak se světlo hvězdy rozptyluje po velké ploše, namísto aby zůstalo soustředěno v rozsahu několika pixelů

Závažnost chyby zrcadla závisela na druhu pozorování, které dalekohled prováděl. Obrázky jasných objektů a spektroskopická pozorování nebyly chybou téměř vůbec ovlivněné, protože střední část zrcadla byla vybroušená v požadovaném tvaru. Dalekohled se však nedal použít na snímání matnějších a slabších objektů, nebo na snímání obrázků s vysokým kontrastem. Znamenalo to, že nebylo možné rozběhnout téměř žádný kosmologický program, protože takové programy vyžadují právě zmiňované snímkování matných objektů. I přes to byl Hubbleův vesmírný dalekohled v prvních třech letech mise schopen vykonat množství produktivních pozorování. Astronomové používali na optimalizování výsledků pozorování důmyslnou techniku zpracování obrázků (např. dekonvolucii), protože se poměrně rychle podařilo chybu identifikovat a zmenšit její dopad na kvalitu snímků.[26]

Původ problému

Komise vedená Lew Allenem, ředitelem Laboratoří proudového pohonu, měla za úkol zjistit, jak mohla chyba vzniknout. Zjistila, že zařízení na změření přesného tvaru zrcadla (nullcorrector) nebylo správně zostřené - jedna čočka byla umístěna s 1,3 mm odchylkou od správného místa.[27] Během leštění zrcadla analyzovala společnost Perkin-Elmer jeho povrch dvěma dalšími zařízeními na měření přesného tvaru a obě shodně naznačovala, že zrcadlo má sférickou aberacii. Společnost však výsledky testů ignorovala, protože se domnívala, že první test, uskutečněný primárním přístrojem, hlásící přesný tvar zrcadla, byl přesnější, než druhý.[28]

Komise obvinila v první řadě společnost Perkin-Elmer. Vztahy mezi NASA a Perkin-Elmer byly během konstrukce celého komplexu dalekohledu kvůli časovému skluzu a předražení výstavby velmi napjaté. NASA zjistila, že Perkin-Elmer nepovažuje výrobu zrcadla za svoji klíčovou úlohu a společnost si navíc byla jistá, že NASA nesvěří tento úkol jiné společnosti, když se již začalo s leštěním. Pokud komise ostře kritizovala společnost Perkin-Elmer za takovéto přehmaty, NASA si vysloužila kritiku za to, že se spoléhala na výsledky testu kontroly kvality jen z jednoho přístroje.[29]

Návrh řešení

Záložní zrcadlo Hubbleova dalekohladu vyrobené firmou Eastman Kodak. V současnosti je umístěno v Národním muzeu pro letectví a vesmír ve Washingtonu, DC.[30]

Dalekohled byl navržen tak, aby k němu bylo možné vyslat servisní techniky a opravit jej na oběžné dráze. Astronomové začali okamžitě hledat nějaké možné řešení daného problému, které by se dalo použít při první servisní misi, naplánované na rok 1993. Kodak a Itek vybrousily pro teleskop náhradní zrcadlo, nebylo však možné vyměnit ho na oběžné dráze. Přenést celý dalekohled dočasně na opravu zpět na Zem by bylo velmi nákladné a časově náročné. Vzhledem k tomu, že dalekohled měl zrcadlo vybroušené do jistého tvaru, rozhodlo se o výrobě zařízení, které by mělo stejnou optickou chybu, avšak s opačným znaménkem. Tento doplňkový přístroj měl hrát podobnou úlohu, jako mají brýle.[31]

Jako první kork bylo třeba zajistit přesnou hodnotu chyby hlavního zrcadla. Analýzou obrázků bodových zdrojů dospěli astronomové k závěru, že hodnota kónické konstanty zrcadla byla -1,01324, namísto předpokládané -1,00230.[32] Stejná hodnota vyšla i z výsledků analýzy zařízení na leštění zrcadla, které používala společnost Perkin-Elmer a také i z výsledků analýzy interferogramů, které technici získali při pozemních zkouškách.

Kvůli designu zařízení umístěných v těle dalekohledu byly zapotřebí dva druhy korekce. Wide Field and Planetary Camera 2 s novými vyměněnými zrcadly, která směřovala paprsky na 8 navzájem oddělených CCD čipů tvořících obě kamery, měla nahradit původní Wide Field Planetary Cameru. Inverzní optická chyba zabudovaná na povrch čipů měla úplně odstranit aberacii hlavního zrcadla. Další přístroje však žádná podobná vylepšení nedostala, a proto si vyžádadly externí korekční zařízení.[33]

Systém na korekci aberace pro FOC, FOS a GHRS se nazývá Korekční osová náhrada optiky vesmírného dalekohledu (anglicky Corrective Optics Space Telescope Axial Replacement - COSTAR) a skládá se ze dvou zrcadel, umístěných v dráze světla na hlavní zrcadlo. Jedno z nich je vytvarované tak, aby odstranilo aberaci.[34] Na to, aby se tato korekční náhrada dokázala vtěsnat do útrob dalekohledu, museli astronauti při servisní misi demontovat jeden z přístrojů. Vybrán byl High Speed Photometer.[35]

Servisní mise a nová zařízení

Servisní mise 1

Astronauti během práce na Hubblově vesmírném dalekohledu – servisní mise 1

Dalekohled byl od prvopočátku konstruován tak, aby mohl být pravidelně udržovnán. Avšak poté, co se objevily problémy se zrcadlem, ukázala první servisní mise, že budou astronauti nuceni provést sérii dodatečných úprav a instalaci korekční optiky. Sedm astronautů vybraných pro servisní misi bylo trénováno v používání velkého množství speciálního nářadí potřebného k opravě Hubbleova teleskopu.[36] Mise STS-61 (raketoplánu Endeavour) proběhla v prosinci 1993 a zahrnovala instalaci několika zařízení a různého vybavení.

Mezi nejpodstatnější úpravy patří výměna vysokorychlostního fotometru za "balíček" korekční optiky COSTAR a výměna WFPC (Wide Field and Planetary Camera) za WFPC2 s interním korekčním optickým systémem. Dále došlo k výměně řidící elektroniky solárních panelů, čtyř gyroskopů, dvou elektronických kontrolních jednotek a dvou magnetometrů. Také byl upgradován software palubních počítačů a Hubble by poté posunut na vyšší oběžnou dráhu, jelikož během 3 let došlo k přiblížení k zemské atmosféře.[37] 13. ledna 1994 ohlásila NASA, že mise byla úspěšně dokončena a představila sérii mnoha ostrých záběrů vesmírných těles.[38] Tato servisní mise byla jednou z nejkomplexnějších misí, jaké kdy byly podniknuty. Během pěti dlouhých výstupů do vesmírného prostoru bylo provedeno mnoho úprav vně teleskopu.[39]

Servisní mise 2

Úkolem servisní mise 2 Discovery (STS-82) byla výměna zařízení GHRS a FOS za spektrometry Space Telescope Imaging Spectrograph (STIS) a Near Infrared Camera and Multi-Object Spectrometer (NICMOS) a technického a výzkumného páskového záznamníku za nový elektronický. Dále byla opravena tepelná izolace a znova upravena oběžná dráha.[40] NICMOS obsahoval chladič s dusíkem v pevné formě, který sloužil k redukci tepelného záření z ostatních přístrojů, ale zanedlouho poté, co byl nainstalován, došlo k neočekávané termální expanzi, což mělo za následek kontakt s optickou clonou. To vedlo k nadměrnému zahřívání NICMOSu a následnému zkrácení jeho očekávané životnosti z 4,5 let na 2 roky.[41]

Servisní mise 3A

Servisní mise 3A Discovery (STS-103) proběhla v prosinci 1999. Jednalo se o odštěpnou misi od původně plánované servisní mise 3. Vznik varianty 3A byl vynucen nenadálým selháním tří palubních gyroskopů (čtvrtý gyroskop selhal několik týdnů před začátkem mise, což Hubbleovi zcela znemožnilo provádět vědecká pozorování). Mise 3A nahradila všech šest gyroskopů, vyměnila sensor pro jemnou navigaci (Fine Guidance Sensor) s počítačem, instalovala Voltage/temperature Improvement Kit (VIK) − zařízení pro ochranu baterií před přebíjením a opět vyměnila tepelnou izolaci.[42] I přesto, že nový počítač (25 MHz Intel 486 s 2MB RAM) je z dnešního hlediska takřka muzejním exponátem, je stále 20x rychlejší než jeho předchůdce DF-224. „Nový“ počítač zlepšuje efektivitu tím, že umožňuje provádět některé početní operace přímo na palubě Hubblea a také šetří náklady, jelikož umožňuje použití nových programovacích jazyků.[43]

Servisní mise 3B

Soubor:149304main payload bay medb.jpg
Připojení raketoplánu Columbia k Hubbleově vesmírnému dalekohledu – servisní mise 3B

Během mise 3B Columbia (STS-109) v březnu 2002 byla provedena instalace nového zařízení – Advanced Camera for Surveys (ACS), které nahradilo FOC. Také došlo k opravě zařízení NICMOS, které již v roce 1999 vyčerpalo zásobu chladící látky. Byl instalován nový chladicí systém, který teplotu dostatečně snížil a zařízení tedy bylo opět použitelné. Ačkoliv současná teplota je odlišná od té, pro jakou bylo vyvinuto, je tato teplota stabilnější a v mnoha ohledech i výhodnější.[41]

Během mise 3B byly již podruhé vyměněny solární panely. Konstrukce nových panelů byla odvozena od panelů použitých u družic komunikačního systému Iridium, jejichž velikost činí pouhé dvě třetiny původních panelů. Nižší hmotnost se projevuje v nižším vlivu gravitace na Hubblea, přičemž ale poskytují o 30 % více energie. Takový přírůstek energie umožnil simultání spouštění palubních přístrojů a zredukoval problémy s vibrací, které vznikaly ve chvílích, kdy se starší a méně rigidní panely dostávaly do vlivu slunečního svitu a naopak. Dále byla vyměněna Hubble's Power Distribution Unit (energetická distribuční jednotka), která umožnila provádět kompletní restarty všech zařízení.[44]

Vědecké výsledky mise

Důležité objevy

Jeden z najznámějších obrázků Hubbleova dalekohledu tzv. "sloupy stvoření", oblast v Orlí hmlovině, ve které se rodí nové hvězdy.

Hubbleův vesmírný dalekohled pomohl astronomům rozluštit mnohé dlouhotrvající otázky a poskytl též impuls ke vzniku otázek a teorií nových. Mezi prvořadé úkoly mise patřila měření vzdáleností Cefeid, typu proměnných hvězd vykazující přímý vztah mezi periodou proměnlivosti a jejich absolutní svítivosti. Tato měření byla o mnoho přesnější než ta předchozí a podařilo se tedy výrazně omezit rozsah odhadovaných hodnot Hubbleovy konstanty, jež určuje rychlost rozpínání vesmíru a která souvisí i s jeho věkem. Před vypuštění Hubblea dosahovala chyba při odhadování konstanty i 50%.[45] Pozorování Cefeid v kupě galaxií v souhvězdí Panny a v jiných vzdálených kupách galaxií pomocí Hubbleova vesmírného dalekohledu, snížila tuto chybu na 10%.Chybná citace: Chybí ukončovací </ref> k tagu <ref> použili dalekohled pro pozorování vzdálených supernov a objevili důkaz, že se rozpínání vesmíru vlivem gravitace nezpomaluje nýbrž se právě naopak může zrychlovat. Zrychlování poté potvrdily i některé pozemské teleskopy spolu s dalekohledy na oběžné dráze a jeho hodnotu poskytly s ještě přesnějším výsledkem. Navzdory tomu však příčina tohoto zrychlování není v současnosti (červen 2008) není zcela jasná.

Snímky a spektra, které poskytl Hublleův vesmírný dalekohled, jsou obzvlášť vhodné pro dokazování přítomnosti černých děr v centrech blízkých galaxií. Výskyt černých děr v centrech gaslaxií se předpokládal již v 60. letech 20. století a v 80. letech se objevilo i několik kandidátů, ale teprve až výzkum provedený Hublleovým dalekohledem potvrdil, že je výskyt černých děr v centrech galaxií takřka běžným jevem.[46][47] Dalekohled dále potvrdil, že hmotnost jader černých děr je přímo spjatá s jejich vlastnostmi. Srážka komety Shoemaker-Levy 9 s planetou Jupiter v roce 1994 se udála v, pro astronomy, vhodném čase neboť oprava optiky dalekohledu proběhla pouhých několik měsíců před touto událostí. Obrázky Hubblea byly ostřejší než jakékoliv předchoží snímky od roku 1979, kdy kolem Jupitera proletěla sonda Voyager 2. Zároveň hrály důležitou roli při studiu dynamiky srážky komety s Jupiterem, události, která nastane v průměru pouze jednou za několikset let.

Mezi další významné objevy patří protoplanetární disky v mlhovině M42;[48] důkazy přítomnosti extrasolárních planet okolo hvězd podobných Slunci;[49] a pozorování zdrojů stále ne zcela objasněných gamma záblesků.[50]

Hubbleův vesmírný dalekohled byl využit i ke studiu objektů nacházejících se na okraji sluneční soustavy – trpasličích planet – Pluta[51] a Eris.[52]

Unikátní odkaz, který nám zanechal projekt Hubbleova vesmírného dalekohledu, jsou snímky tzv. Hubbleových hlubokých a ultra-hlubokých polí. Při jejich snímání byla využita jedinečná citlivost přístroje na vlnové délky ve viditelném oboru spektra. Vznikly tak velice detailní snímky konkrétních částí oblohy, na nichž je možné vidět galaxie vzdálené i několik miliard světelných roků. Nikdy se astronomům nepodařilo zobrazit ve viditelném světle takto vzdálené objekty. Hubbleův dalekohled tak poskytl pohled do raného stádia života vesmíru.

Dopad na astronomii

Vzdálené galaxie, které byly nasmímány v projektu Hubbleových ultrahlubokých polí

Mnoho objektivních měření prokázalo pozitivní dopad Hubbleova dalekohledu na astronomii. Více než 4000 prací založených na datech poskytnutých Hubblem bylo zveřejněno a nesčetněkrát shlédnuto v odborných žurnálech a ještě více z nich bylo představeno a diskutováno na astronomických konferencích. Pokud se podíváme na odborné astronomické práce z období před vypuštěním Hubblea, přibližně jedna třetina z nich neobsahovala žádné citace či reference, zatímco u prací založených na datech z Hubblea jsou to pouze 2%. Z přibližně 200 nejvíce citovaných prací zveřejňovaných každý rok, je kolem 10% založeno právě na datech poskytnutých Hubbleovým dalekohledem.[53]

Ačkoliv měl HVD velmi pozotivní dopad na astronomii, je však nepopiratelné, že suma vynaložená na tuto misi byla obrovská. Vypracovaná studie týkající se relativních dopadů různých dalekohledů na astronomii zjistila, že data z HVD jsou sice např. oproti 4 m pozemnímu dalekohledu William Herschel Telescope 15x častěji citována, HVD jej ovšem předčí i v nákladech na provoz, které se odhadují na 100 násobek nákladů na William Herschel Telescope.[54]

Učinit rozhodnutí mezi investováním do pozemního dalekohledu versus vesmírného dalekohledu je velkým dilematem do budoucna. Rozvoj adaptivní optiky rozšířil možnosti snímkování s vysokým rozlišením i pomocí pozemních dalekohledů. Rozdíly v kvalitě pozorování mezi adaptivní optikou a HVD se může lišit případ od případu. Lze však říci, že ve viditelném světle může adaptivní optiky zaostřit pouze velmi malou část zorného pole, zatímco HVD může provádět snímkování s vysokým rozlišením ve velkém rozsahu.

Využívání dalekohledu

O svůj díl pozorovacího času se může přihlásit kdokoliv; neexistují žádná omezení co se národnosti či akademického vzdělání týče.[55] Zájem o možnost pozorování pomocí Hubbleova dalekohledu je obrovský – přesahuje 6x až 9x reálnou časovou kapacitu dalekohledu.[56]

Žádosti je možné zasílat většinou v předem vypsaném období jednou ročně a vítězné návrhy jsou poté zapracovány do jednoletého pozorovacího cyklu. Návrhy jsou děleny do několika kategorií: Všeobecná pozorování (General observer) – ta jsou nejčastější a zahrnují rutiní pozorování. Snímkovací pozorování (Snapshot observations) – zahrnují krátká pozorování konkrétního cíle, která nepřesahují 45 minut celkového času. Snímkovací pozorování obvykle slouží k zaplnění časových mezer, které nelze zaplnit řádnými úkoly hlavní mise.[57]

Astronomové se mohou ucházet i o pozorovací možnost zvanou Cíl příležitosti (Target of Opportunity) tzn. že pokud se Hubbleův dalekohled v konkrétní chvíli během řádné mise náhodou „podívá“ do místa na obloze, které se kryje s Cílem příležitosti, je daná chvíle využita ke splnění tohoto požadavku.

Dále je možné na základě žádosti využít i tzv. Ředitelský soukromý čas (Director's Discretionary (DD) Time), který tvoří asi 10% celkového času. O tuto možnost se astronomové mohou ucházet kdykoliv během roku. Přednost mají většinou takové návrhy, které se týkají pozorování nějaké vyjímečné události ve vesmíru jako je např. výbuch supernovy.[58] Času DD bylo využito mimojiné i k vytvoření tzv. Hubbleových hlubokých polí a Hubbleových ultrahlubokých polí. Během prvních čtyř cyklů dostali možnost i amatérští astronomové.

Amatérská pozorování

První ředitel STScI, Riccardo Giacconi, v roce 1986 oznámil, že přenechá část svého soukromého pozorovacího času na Hubblu k dispozici amatérským astronomům. Tento čas sice představoval pouhých několik hodin za celý cyklus, i přesto ale byl zaznamenán obrovský zájem z řad amatérských astronomů.[59] Jednotlivé návrhy na pozorování byly přísně revidovány zvláštní komisí složenou z předních amatérských astronomů. Schváleny byly pouze takové návrhy, které byly prokazatelně vědecky přínosné a hlídalo se, aby nedocházelo ke zbytečným duplikovaným pozorováním. Celkem bylo schváleno 13 návrhů, jejichž výsledky byly postupně zvěřejňovány v letech 1990–1997. Jedním z nich byl projekt s názvem Transition Comets -- UV Search for OH Emissions in Asteroids. Poté ovšem došlo k výrazným škrtům v rozpočtu STScI, což způsobilo úplné zastavení dalších amatérských observací.[60]

Přenos a zpracování dat

Přenos na Zemi

Data získaná dalekohledem jsou v první fázi uložena přímo v teleskopu. Když byl "Hubble" vypuštěn, k uskladnění sloužily magnetofonové pásky. Ovšem během servisní mise 2 a 3A byla tato média nahrazena pevným harddiskem. Z paluby teleskopu jsou data odesílána na zemský povrch přes Soustavu satelitů pro přenášení dat (Tracking and Data Relay Satellite System - TDRSS) - systém satelitů na nízké oběžné dráze, které mohou komunikovat se Zemí okolo 85 % času jednoho oběhu kolem Zeměkoule. Data jsou z TDRSS přenášena na pozemní střediska; nejprve do Goddardova centra pro vesmírné lety a poté finálně do Vědeckého institutu Vesmírného dalekohledu (STScl) k archivaci.[61]

Archivace

Všechna data z "Hubblea" jsou dostupná skrz archiv STScI.[62]. Data jsou běžně ve vlastnictví - a pouze oprávněným osobám a astronomům, kterým je oprávněné osoby poskytnou jeden rok poté, co byla získána. Oprávněné osoby z STScI mohou tuto roční dobu zkrátit či prodloužit vzhledem k okolnostem.[63]

Pozorování, uskutečněná v tzv. Director's Discretionary Time jsou z tohoto nařízení vyjmuta a jsou dána široké veřejnosti téměř okamžitě. Kalibrační data jsou taktéž přístupná krátce po získání. Všechna data z teleskopu jsou archivována v grafickém formátu FITS. Ten je vhodný pro astronomické analýzy, ale ne pro veřejné použití.[64] Díky existenci Projektu Hubbleova dědictví (Hubble Heritage Project) jsou vybrané fotografie zpracovávány do formátů JPEG a TIFF. Poté jsou prezentovány široké veřejnosti.[65]

Zpracování

Astronomická data, zachycená na CCD čipech, musí prodělat několik kalibračních kroků předtím, než jsou použitelná pro astronomické analýzy. STScI vyvinul sofistikovaný software, který automaticky data kalibruje, nebo když je požadavek na nekalibrovaná data z archivu. Tento proces, kdy počítače během výpočetního času zároveň s jinými úkoly kalibrují data, umožňuje, že i velké množství žádostí o data jsou vyřízena a vrácena zpět k žadateli jen v řádu dnů. Proces, během něhož se data kalibrují automaticky, se nazývá automatická kalibrace dat (pipeline reduction), a je ve stále větší míře využíván na hlavních pozemských observatořích. Pokud astronomové chtějí, mohou získat kalibrační program pro sebe a provádět kalibraci lokálně ve svých střediscích. To se hodí ve chvílích, kdy jsou kalibrační kapacity vytíženy.[66]

Analýza

Data z teleskopu mohou být analyzována pomocí mnoha rozdílných programů. STScI prosazuje na míru vyrobený software Systém na analýzu dat z vesmírného dalekohledu (Space Telescope Science Data Analysis System - STSDAS), který obsahuje všechny programy potřebné pro běh potrubní redukce na "syrových" datech. Obsahuje také další pluginy pro zpracování astronomických dat. Navíc je upravený přesně na míru dat z Hubbleova vesmírného dalekohledu. Tento software běží jako modul Image Reduction and Analysis Facility (IRAF), populárního počítačového programu pro zpracovávání astronomických dat.[67]

Význam pro veřejnost

V roce 2001 nechala NASA na internetu hlasovat veřejnost, který obrázek z dalekohledu je nejhezčí. S drtivou většinou zvítězila Mlhovina Koňská hlava.

Pro projekt Hubbleova vesmírného dalekohledu bylo vždy důležité mít na své straně přízeň široké veřejnosti, neboť na jeho stavbu a provoz byly vynaloženy značné příspěvky daňových poplatníků.[68] Po těžkých začátcích, kdy byl projekt v očích veřejnosti kvůli chybě hlavního zrcadla pošramocen, první servisní mise reputaci napravila, když nová optika v dalekohledu začala na Zem dodávat mnoho mimořádných fotografií.

O informovanost veřejnosti se stará hned několik aktivit. Projekt Hubbleova dědictví byl založený proto, aby lidem zpřístupňoval výběr kvalitních snímků zajímavých a zvláštních vesmírných objektů. Tým projektu je složen z amatérských i profesionálních astronomů, stejně jako lidí, kteří se pohybují v oblasti astronomie. Snaží se zdůrazňovat estetickou stránku pořízených snímků. Projekt má k dispozici pouze malé množství pozorovacího času dalekohledu. Využívá jej k pořizování "vděčných" snímků pro veřejnost, které ale nejsou kvůli nižšímu rozlišení příliš přínosné pro skutečnou vědeckou práci.[69]

Další aktivitu pro veřejnost provádí STScI, který se stará o několik obsáhlých webových stránek.[70][71][72][73]

Replika Hubbleova vesmírného dalekohledu

Tyto činnosti koordinuje Kancelář pro veřejný význam (Office for Public Outreach), založená v roce 2000, aby zajistila daňovým poplatníkům určitou zpětnou vazbu za podporu celého programu.

Od roku 1999 bylo pro osvětovou činnost Hubbleova programu v Evropě založeno Hubbleovo centrum Evropské kosmické agentury (Hubble European Space Agency Information Centre - HEIC).[74] Kancelář se nalézá v koordinačním středisku vesmírného dalekohledu (Space Telescope - European Coordinating Facility) (ST-ECF) v německém Mnichově. Kancelář plní osvětovou a vzdělávací funkci Evropské kosmické agentury k projektu vesmírného dalekohledu. Hlavní činností je produkce fotografií a nejnovějších vědeckých poznatků.

Replika Hubbleova vesmírného dalekohledu je vystavena v areálu soudního dvoru ve městě Marshfield ve státě Missouri, rodišti Edwina Hubblea, po kterém byl teleskop pojmenován.

Budoucnost

Selhání vybavení

Snímek kamery WFPC2 malé části mlhoviny Tarantule ve Velkém Magellanovu oblaku

Minulé servisní mise nahradily staré přístrojové vybavení za nové. Vše proto, aby bylo zabráněno selhání přístrojů a vytvoření nových možností výzkumu. Bez servisních misí by se všechna zařízení stala nepoužitelnými s možností selhání. V srpnu 2004 selhal pohonný systém spektrometru (Space Telescope Imaging Spectrograph -STIS), celé zařízení přestalo pracovat. Elektronika byla původně plně nadbytečná, ale poprvé elektronicky selhala v květnu 2001.[75] Taktéž hlavní kamera (Advanced Camera for Surveys - ACS) elektronicky selhala v červnu 2006 a záložní elektronika selhala 27. ledna 2007.[76] V současnosti pracuje s původním elektronickým vybavením pouze (Solar Blind Channel - SBC). Dva hlavní kanály, ve viditelném a UV světle, zůstaly nepoužitelné.[77] Zdálo se nepravděpodobné, že by výzkum mohl pokračovat nadále bez servisní mise.

Hubble využívá ke své stabilizaci v prostoru gyroskopy. Umožňují mu udržovat přesnou a pevnou polohu k zaměření zrcadla na vybrané astronomické objekty. V běžném provozu jsou potřeba tři gyroskopy, dalekohled je možné nasměrovat i za použití dvou, ale v takovém případě je pozorovací prostor omezen a observatoř musí být zaměřena velmi přesně, což je obtížnější. V roce 2005 bylo rozhodnuto přepnout dalekohled do módu řízení pouhými dvěma gyroskopy, aby se prodloužila doba mise. Teleskop byl dvěma gyroskopy řízen od srpna 2005, další dva gyroskopy byly nevyužité, ale připravené jako náhrada. Dva další gyroskopy již byly nefunkční a nepoužitelné. Odhady selhání dalšího z gyroskopů předvídaly, že Hubble by mohl zůstat pouze na jednom gyroskopu v roce 2008, od té doby by byl celkově nepoužitelný.[78]

Kromě předpovědi selhání klíčových gyroskopů potřeboval Hubble také vyměnit baterie. Robotická servisní mise byla vyhodnocena jako příliš choulostivá, neboť by mohla ve svém důsledku nevratně poškodit celý teleskop. Nicméně dalekohled byl navržen tak, aby během servisních misí raketoplány mohl získávat energii přímo z raketoplánu, tedy z externího zdroje. Tento fakt hovořil ve prospěch možnosti připojit k dalekohledu externí zdroj energie spíše než vyměnit vnitřní články.[79]

Selhávání oběžné dráhy

Hubble obíhá Zeměkouli v extrémně řídkých horních vrstvách atmosféry a jeho orbita s časem klesá vlivem brždění o atmosféru. Pokud by nebyl znovunaveden na vyšší oběžnou dráhu, vstoupil by do atmosféry někdy mezi roky 2010 až 2032. Přesnější datum není možné určit, neboť závisí mimo jiné na sluneční aktivitě. Vliv na datum vstupu teleskopu do hustších vrstev atmosféry mají i Hubbleovy gyroskopy. Při vstupu do atmosféry by nejspíše nebyly poškozeny všechny systémy dalekohledu. Části hlavního zrcadla a podpůrná struktura by nejspíše přežily, ovšem s potenciálem pro poškození nebo lidskou chybu (odhady o nekontrolovatelném vstupu hovoří mezi 1 až 700 procenty, pokud nebude teleskop znovu vyzdvižen výše).[80] Pokud bude úspěšná mise STS-125, přirozený pokles dalekohledu do atmosféry bude oddálen, stejně tak i v případě, pokud se podaří na teleskopu úspěšně vyměnit vadné gyroskopy.

NASA původně plánovala, že Hubblea na bezpečnou orbitu navede během mise STS-144. To však již není považováno za praktické řešení, neboť cena jednoho letu raketoplánu je příliš vysoká (okolo 500 mil. USD podle některých odhadů), navíc program raketoplánů má být ukončen v roce 2010. V neprospěch hovořily i obavy o bezpečnost posádky raketoplánu. Namísto toho NASA hledá externí pohonný systém, který by dalekohledu pomohl kontrolovaně zvýšit svoji orbitu.[81] Finální rozhodnutí nebylo vytáhnout dalekohled na vyšší orbitu během mise STS-125, ale uchytit teleskop během robotické mise někdy v budoucnu.[82]

Debaty nad poslední servisní misí

Raketoplán Columbia měl původně navštívit Hubbleův dalekohled v únoru 2005. Hlavní úlohou mise měla být náhrada naváděcích senzorů a dvou nefunkčních gyroskopů, umístění ochranné "pokrývky" na poničenou izolaci a výměna kamery Wide Field and Planetary Camera 2 novějším modelem Wide Field Camera 3 a instalace přístroje Cosmic Origins Spectrograph (COS). Nicméně tehdejší ředitel NASA Sean O'Keefe rozhodl, že aby bylo zamezeno opakování havárie raketoplánu Columbia, všechny budoucí lety raketoplánů musí být naplánovány tak, aby raketoplán byl schopen dosáhnout 'bezpečného dosahu' mezinárodní vesmírné stanice, kde by mohly být vyřešeny možné závady, aby se raketoplán mohl bezpečně vrátit na Zem. Bohužel raketoplány nejsou schopny dosáhnout zároveň oběžné dráhy Hubbleova vesmírného dalekohledu a při stejné misi se dostat i na rozdílnou oběžnou dráhu ISS. Všechny budoucí pilotované mise k teleskopu byly proto zrušeny.[83] Toto rozhodnutí bylo napadeno mnoha astronomy, kteří považovali hodnotu Hubbleova dalekohledu za dostatečně velkou k tomu, aby člověk podstoupil určité riziko.

Pomyslný nástupce HVD, Vesmírný dalekohled Jamese Webba (JWST), nebude vypuštěn dříve než dojde ke stažení Hubbleova dalekohledu – tedy až po roce 2010. Zatímco Hubble může snímat ultrafialové záření a viditelné světlo, JWST je přímo určen k pozorování infračerveného záření. Hlavní prioritou pro astronomickou veřejnost je nyní co nejrychlejší vypuštění JWST, tak aby navázal na velice přínosný projekt Hubbleova dalekohledu.[84] Rozhodnutí umístit JWST na vyšší oběžnou dráhu, na které nebude možné v případě náhlé poruchy rychle zjednat nápravu, ještě více rozdmýchala diskusi. Astronomická veřejnost však vyjádřila názor, že pokud by měla být poslední servisní mise Hubbleova dalekohledu hrazena z prostředků určených pro JWST, tak by se od ní mělo upustit.

V lednu 2004, uvedl ředitel SCsI O´Keefe, že se na základě velkého nesouhlasu veřejnosti a žádosti Kongresu Spojených států amerických rozhodl zrevidovat své rozhodnutí o zrušení poslední servisní misi Hubblea. 13. června 2004 bylo panelem Národní akademie věd Spojených států Amerických vydáno doporučení, podle kterého má být Hubble uchován i přes zjevná rizika. Souhrně toto doporučení sdělovalo, že by se „NASA neměla žádným způsobem pokoušet bránit v provedení servisní mise na Hubblově vesnírném dalekohledu“. V srpnu 2004 O´Keefe oficiálně požádal Goddardovo centrum pro vesmírné lety aby připravilo detailní návrh na robotickou servisní misi Hubblu. Tyto plány však byly později zrušeny neboť byla robotická mise popsána jako „nereálná“.[85] Ke konci roku 2004 se několik členů Kongresu USA, vedených senátorkou Barbarou Mikulski, rozhodlo vést veřejná slyšení a s velkou podporou veřejnosti se pustili do „boje“ s administrativou prezidenta George W. Bushe a NASA, za účelem přehodnocení jejich rozhodnutí zrušit záchrannou servisní misi Hubbleova dalekohledu.[86]

S příchodem nového administrátora NASA, Michaela D. Griffina, se změnil přístup k poslední servisní misi. Toho času Griffin uvedl, že je ochoten znovu zvážit možnost provést servisní misi provedenou lidskou posádkou. Zanedlouho po svém uvedení do úřadu požádal Goddardovo centrum pro vesmírné lety aby pokračovalo v přerušených přípravách servisní mise s lidskou posádkou. V říjnu 2006 Griffin vydal konečné rozhodnutí a uvedl, že dává misi definitivně zelenou. Jedenáctidenní mise STS-125 by měla být provedena pomocí raketoplánu Atlantis a začít by měla 8 října 2008.[87] Měla by zahrnovat výměnu starých baterií za nové, všech gyroskopů, instalaci širokoúhlého snímacího zařízení Wide Field Camera 3 a spektografu Cosmic Origins Spectrograph.[88]

Bibliografie

  • VOGT, Matthias. Všeobecný rozhled. Praha: Rebo, 2005. ISBN ISBN 80-7234-419-6. (Česky) 
  • KLECZEK, Josip. Náš vesmír. Praha: Albatros, 2005. ISBN 80-00-01425-4. S. 420–421. (Česky) 
  • LEW, Alan. The Hubble Space Telescope Optical Systems Failure Report [online]. NASA – Technical Report NASA-TM-103443, 1990 [cit. 2008-08-02]. Dostupné online. (Anglicky) 
  • DUNAR, A.J. Power To Explore—History of Marshall Space Flight Center 1960–1990. [s.l.]: U.S. Government Printing Office, 1999. ISBN 0-16-058992-4. Kapitola 12. (Anglicky)  Dostupné online (PDF): ZDE
  • LONGSDON, John M. NASA SP-2001-4407: Exploring the Unknown - Selected Documents in the History of the U.S. Civil Space Program. Volume V: Exploring the Cosmos. [s.l.]: NASA  Dostupné online (PDF): ZDE
  • SPITZER, Lyman S. History of the Space Telescope. [s.l.]: Quarterly Journal of the Royal Astronomical Society (volume 20), 1979. S. 29-36.  Dostupné online (PDF): ZDE
  • TATAREWICZ, Joseph N. Chapter 16: The Hubble Space Telescope Servicing Mission [online]. NASA [cit. 2008-08-02]. Dostupné online. (Anglicky) 
  • Hubble Space Telescope Primer for Cycle 17 [online]. STScI [cit. 2008-08-02]. Dostupné online. 

Reference

  1. a b Launch Schedule [online]. NASA [cit. 2007-12-02]. Dostupné online. 
  2. James Webb Space Telescope [online]. Space Telescope Science Institute [cit. 2007-12-02]. Dostupné online. 
  3. Spitzer, L., "Report to Project Rand: Astronomical Advantages of an Extra-Terrestrial Observatory", přetisk v NASA SP-2001-4407: Exploring the Unknown, Kapitola 3, Dokument III-1, str. 546.
  4. Spitzer, Lyman S (1979), History of the Space Telescope, Quarterly Journal of the Royal Astronomical Society, v. 20, p. 29. PDF version here.
  5. Spitzer, History of the Space Telescope, pp. 33-34.
  6. Spitzer, History of the Space Telescope, p. 34.
  7. The path to the Hubble Space Telescope [online]. NASA. Dostupné online. (anglicky) 
  8. a b Dunar A.J., Waring S.P. (1999), Power To Explore -- History of Marshall Space Flight Center 1960-1990, US Government Printing Office, ISBN 0160589924 (Chapter 12, Hubble Space telescope: [1])
  9. Hubble: The Case of the Single-Point Failure [online]. Science Magazine. Dostupné online. (anglicky) 
  10. HUBBLE SPACE TELESCOPE STAND-IN GETS STARRING ROLE. 21. september, 2001. http://www.gsfc.nasa.gov/news-release/releases/2001/h01-185.htm
  11. Hubble Space Telescope Systems [online]. Goddard Space Flight Center [cit. 2008-04-26]. Dostupné online. (anglicky) 
  12. Dunar, p. 508.
  13. Brandt J.C. et al. The Goddard High Resolution Spectrograph: Instrument, goals, and science results. Publications of the Astronomical Society of the Pacific. 1994, s. 890–908. Dostupné online. DOI:10.1086/133457. (anglicky) 
  14. Bless R.C., Walter L.E., White R.L. (1992), High Speed Photometer Instrument Handbook, v 3.0, STSci
  15. Benedict, G. Fritz; McArthur, Barbara E. High-precision stellar parallaxes from Hubble Space Telescope fine guidance sensors [online]. Cambridge University Press, 2005 [cit. 2008-08-02]. Dostupné online. (Anglicky)  PDF dokument - strany 333-346
  16. Dunar, pp. 486–487.
  17. Nancy Grace Roman, "Exploring the Universe: Space-Based Astronomy and Astrophysics", in NASA SP-2001-4407: Exploring the Unknown Chapter 3, p. 536.
  18. Primer, Chapter 2.
  19. Diane Karakla, Editor and Susan Rose, Technical Editor (2004). HST Primer for Cycle 14.
  20. Hubble Space Telescope Servicing Mission 4 Space Telescope Operations Control Center [online]. NASA. Dostupné online. (anglicky) 
  21. Tatarewicz, SP-4219, p. 371.
  22. STS-31 [online]. NASA [cit. 2008-04-26]. Dostupné online. (anglicky) 
  23. The European Homepage for the NASA/ESA Hubble Space Telescope — Frequently Asked Questions [online]. [cit. 2007-01-10]. Dostupné online. (anglicky) 
  24. Burrows C.J. et al. The imaging performance of the Hubble Space Telescope. Astrophysical Journal. 1991, s. L21. Dostupné online. DOI:10.1086/185950. (anglicky) 
  25. Tatarewicz, SP-4219, p. 375.
  26. Dunar, pp. 514–515.
  27. Allen, The Hubble Space Telescope Optical Systems Failure Report, chapter VII.
  28. Dunar, p. 512.
  29. Allen report, page 9–3.
  30. Mirror, Primary Backup, Hubble Space Telescope. [online]. National Air and Space Museum [cit. 2008-04-26]. Dostupné online. (anglicky) 
  31. Chaisson, Eric (1994) The Hubble Wars; Astrophysics Meets Astropolitics in the Two-Billion-Dollar Struggle Over the Hubble Space Telescope. Harper Collins Publishers, ISBN 0-06-017114-6, p. 184.
  32. Allen, The Hubble Space Telescope Optical Systems Failure Report, appendix E.
  33. Tatarewicz, SP-4219, p. 376.
  34. Jedrzejewski R.I., Hartig G., Jakobsen P., Crocker J.H., Ford H. C. In-orbit performance of the COSTAR-corrected Faint Object Camera. Astrophysical Journal Letters. 1994, s. L7–L10. Dostupné online. DOI:10.1086/187581. (anglicky) 
  35. Tatarewicz, SP-4219, p. 376.
  36. Tatarewicz, SP-4219, str. 384–387.
  37. Servicing Mission 1 [online]. NASA [cit. 2008-04-26]. Dostupné online. 
  38. TRAUGER, BALLESTER, BURROWS, CASERTANO, CLARKE, CRISP AJ. The on-orbit performance of WFPC2 [online]. Astrophysical Journal Letters, 1994 [cit. 2008-07-24]. Dostupné online. (Anglicky) 
  39. Trauger J.T., Ballester G.E., Burrows C.J., Casertano S., Clarke J.T., Crisp D.. et al.. The on-orbit performance of WFPC2. Astrophysical Journal Letters. 1994, s. L3–L6. Dostupné online. DOI:10.1086/187580. (anglicky) 
  40. Servicing Mission 2 [online]. NASA [cit. 2008-07-24]. Dostupné online. (Anglicky) 
  41. a b NICMOS Temperature History [online]. STSI [cit. 2008-07-24]. [url=http://www.stsci.edu/hst/nicmos/performance/temperature Dostupné online]. (Anglicky) 
  42. Servicing Mission 3A Overview [online]. NASA [cit. 2008-07-24]. Dostupné online. (Anglicky) 
  43. Hubble Space Telescope Servicing Mission 3A Media Reference Guide [online]. NASA [cit. 2008-07-24]. Dostupné online. (Anglicky)  − strany 5-9, sekce 7.1.1.
  44. Servicing Mission 3 [online]. NASA [cit. 2008-07-24]. Dostupné online. (Anglicky) 
  45. {{Citace elektronické monografie | autor = W. L. Freedman, B. F. Madore, B. K. Gibson, L. Ferrarese, D. D. Kelson, S. Sakai, J. R. Mould, R. C. Kennicutt, Jr., H. C. Ford, J. A. Graham, J. P. Huchra, S. M. G. Hughes, G. D. Illingworth, L. M. Macri, P. B. Stetson | odkaz na autora = | titul = Final Results from the Hubble Space Telescope Key Project to Measure the Hubble Constant | url = http://adsabs.harvard.edu/cgi-bin/nph-bib_query?2001ApJ...553...47F | datum vydání = | datum aktualizace = | datum přístupu = 2008-8-1 | vydavatel = The [[Astrophysical Journal], volume=553, issue=1, strany 47–72 | jazyk = 2001 }}
  46. Hubble Confirms Existence of Massive Black Hole at Heart of Active Galaxy [online]. Goddard Space Flight Center, NASA, 25. 5. 1994 [cit. 2008-08-01]. Dostupné online. (Anglicky) 
  47. Gebhardt, K. and Bender, R. and Bower, G. and Dressler, A. and Faber, SM and Filippenko, A.V. and Green, R. and Grillmair, C. and Ho, L.C. and Kormendy, J. and others. A Relationship between Nuclear Black Hole Mass and Galaxy Velocity Dispersion. [s.l.]: The Astrophysical Journal (číslo 1) (volume 539), 2000. Dostupné online. S. L13-L16. (Anglicky) 
  48. Hubble Confirms Abundance of Protoplanetary Disks around Newborn Stars [online]. STScI, 13. 6. 1994 [cit. 2008-08-01]. Dostupné online. (Anglicky) 
  49. Hubble Finds Extrasolar Planets Far Across Galaxy [online]. NASA, 4. 10. 2006 [cit. 2008-08-01]. Dostupné online. (Anglicky) 
  50. Autopsy of an Explosion [online]. NASA, 26. 3. 1999 [cit. 2008-08-01]. Dostupné online. (Anglicky) 
  51. APOD: March 11, 1996 - Hubble Telescope Maps Pluto [online]. NASA [cit. 2008-08-01]. Dostupné online. (Anglicky) 
  52. Astronomers Measure Mass of Largest Dwarf Planet [online]. NASA, 14. 6. 2007 [cit. 2008-08-01]. Dostupné online. (Anglicky) 
  53. STSCi newsletter, v. 20, issue 2, Spring 2003
  54. Benn C.R., Sánchez S.F. Scientific Impact of Large Telescopes (volume 113). [s.l.]: Publications of the Astronomical Society of the Pacific, 2001. S. 385. (Anglicky) 
  55. Cycle 17 Announcement Page [online]. STScI, 3. 12. 2007 [cit. 2008-08-01]. Dostupné online. (Anglicky) 
  56. Hubble Space Telescope Call for Proposals for Cycle 14, (2004), eds. Neill Reid and Jim Younger
  57. Hubble Space Telescope Call for Proposals (kapitola 3) [online]. STScI [cit. 2008-08-01]. Dostupné online. 
  58. Hubble Space Telescope Call for Proposals, Kapitola 3.7, Director’s Discretionary (DD) Time Proposals.
  59. Amateur Astronomers Will Use NASA's Hubble Space Telescope [online]. STScI, 10.9.1992 [cit. 2008-07-31]. Dostupné online. (Anglicky) 
  60. O'Meara S. (1997), The Demise of the HST Amateur Program, Sky and Telescope, červen 1997, str.97
  61. Primer, section 7.
  62. The Hubble Telescope [online]. STScI [cit. 2008-04-26]. Dostupné online. (anglicky) 
  63. Primer, section 7.2
  64. Primer, Chapter 7.
  65. The Hubble Heritage Project [online]. STScI [cit. 2008-04-26]. Dostupné online. (anglicky) 
  66. Primer, section 7.2.1
  67. Primer, Section 7.1.1
  68. National Aeronautics and Space Administration 2003 Strategic Plan [online]. NASA. Dostupné online. (anglicky) 
  69. The Hubble Heritage Project [online]. STScI [cit. 2008-04-26]. Dostupné online. (anglicky) 
  70. HubbleSite [online]. STScI [cit. 2008-04-26]. Dostupné online. (anglicky) 
  71. NewsCenter [online]. STScI [cit. 2008-04-26]. Dostupné online. (anglicky) 
  72. News Release Archive: Entire Collection [online]. STScI [cit. 2008-04-26]. Dostupné online. (anglicky) 
  73. Hubble Public Talks [online]. STScI [cit. 2008-04-26]. Dostupné online. (anglicky) 
  74. The European Homepage For The NASA/ESA Hubble Space Telescope [online]. ESA [cit. 2008-04-26]. Dostupné online. (anglicky) 
  75. Space Telescope Imaging Spectrograph [online]. STScI [cit. 2008-04-26]. Dostupné online. (anglicky) 
  76. Engineers Investigate Issue on One of Hubble's Science Instruments [online]. NASA [cit. 2008-04-26]. Dostupné online. (anglicky) 
  77. ACS Status: February 21, 2007 [online]. Space Telescope Science Institute [cit. 2008-04-26]. Dostupné online. (anglicky) 
  78. Sembach, K. R., et al. 2004, HST Two-Gyro Handbook, Version 1.0, (Baltimore: STScI)
  79. WHITEHOUSE, Dr. David. NASA optimistic about Hubble fate. news.bbc.co.uk. BBC News, 2004-04-23. Dostupné online [cit. 2007-01-10]. (anglicky) 
  80. WHITEHOUSE, Dr. David. Why Hubble is being dropped. news.bbc.co.uk. BBC News, 2004-01-17. Dostupné online [cit. 2007-01-10]. (anglicky) 
  81. COWING, Keith. NASA Considering Deletion of Hubble Deorbit Module. www.spaceref.com. SpaceRef, 2005-07-22. Dostupné online [cit. 2007-01-10]. (anglicky) 
  82. Leonard David. Health Checkup: Engineers Work to Stall Hubble's Death [online]. space.com, 2005-09-14 [cit. 2008-04-28]. Dostupné online. (anglicky) 
  83. Servicing Mission 4 Cancelled [online]. STScI, 2004-01-16 [cit. 2008-04-28]. Dostupné online. (anglicky) 
  84. 2004 Annual Report [online]. Astronomy and Astrophysics Advisory Committee [cit. 2008-08-02]. Dostupné online.  Sekce 3.1 - The Scientific Impact of the HST SM4 Cancellation
  85. GUGLIOTTA, Guy. Nominee Backs a Review Of NASA's Hubble Decision [online]. The Washington Post, 12.4. 2005 [cit. 2008-08-02]. Dostupné online. (Anglicky) 
  86. Mikulski Vows To Fight For Hubble [online]. Barbara Mikulski, 7. 2. 2005 [cit. 2008-08-02]. Dostupné online. (Anglicky) 
  87. NASA Updates Space Shuttle Target Launch Dates [online]. NASA [cit. 2008-08-02]. Dostupné online. 
  88. BOYLE, Alan. NASA gives green light to Hubble rescue [online]. MSNBC, 31. 10. 2006 [cit. 2008-08-02]. Dostupné online. 

[2]

V tomto článku byly použity překlady textů z článků Hubble Space Telescope na anglické Wikipedii (číslo revize nebylo určeno)Šablona {{Překlad}} požaduje zadat hodnotu do parametru „revize“! a Hubbleov vesmírny ďalekohľad na slovenské Wikipedii (číslo revize nebylo určeno)Šablona {{Překlad}} požaduje zadat hodnotu do parametru „revize“!.

Externí odkazy

Šablona:Link FA Šablona:Link FA Šablona:Link FA

Šablona:Link FA Šablona:Link FA