Hubbleův vesmírný dalekohled před vybroušením: historie, údržba a budoucnost

Hubbleův vesmírný dalekohled pracuje ve vesmíru od roku 1990, kdy ho vynesl raketoplán Discovery. V prostředí, které je vůči pozemským technologiím velmi nepřátelské, funguje poměrně spolehlivě již 34 let a stále podává velmi slušné výkony. Na konci letošního dubna přešel Hubbleův dalekohled do bezpečného nouzového režimu, v němž neprobíhají vědecké operace. Nebylo to poprvé, v podobné situaci se teleskop nacházel i loni na podzim, během jara 2021 nebo v roce 2018.

Představitelé NASA nyní oznámili, že převádějí Hubbleův dalekohled do režimu s jedním funkčním gyroskopem. Jde o nouzový plán, který má zajistit provoz Hubbleova dalekohledu na co nejdelší dobu. Druhý plně funkční gyroskop (poslední, který zbývá), bude ponechán v záloze. Miliardář a „rekreační“ astronaut Jared Isaacman již dříve navrhl NASA, že zaplatí a uskuteční novou servisní misi k Hubbleovu dalekohledu. NASA to ale odmítá, především kvůli obavám o další osud stárnoucího dalekohledu.

Podle projektového manažera mise HST Patricka Crouse by podobná akce vyžadovala velmi důkladnou přípravu s nejistým výsledkem. „Věříme, že tento postup je nejlepší pro udržení Hubbleova dalekohledu v činnosti během tohoto desetiletí,“ vysvětluje Mark Clapin, ředitel divize astrofyziky NASA. „Většina pozorování by tímto krokem měla zůstat prakticky nedotčena.“

Co ale dotčeno bude, je vědecká produktivita dalekohledu, protože jeden gyroskop zkrátka pracuje pomaleji. Chybějící gyroskopy budou nově muset nahrazovat další palubní přístroje - zejména magnetometr ale i další senzory.

24. duben bychom mohli označit jako Hubbleovy narozeniny. V tento den roku 1990 totiž na palubě raketoplánu Discovery odstartoval na oběžnou dráhu Hubble Space Telescope neboli Hubbleův vesmírný dalekohled. „Hubble překonal všechny svoje, dalo by se říct, vrozené vady, včetně vady hlavního zrcadla, která se musela korigovat. Byl několikrát upgradován a udržován, byly vyměněny díly, u kterých to bylo možné. To všechno ale skončilo s misemi raketoplánu,“ říká jihočeská astronomka Jana Tichá.

V současné době Hubbleův vesmírný dalekohled stále funguje a pořizuje velmi kvalitní snímky. „Jeho osud závisí na tom, jak dlouho ještě vydrží jeho stabilizační gyroskopy. První vědecky a technicky podložené úvahy o možnosti přenesení astronomických přístrojů za hranice zemské atmosféry se objevily již v roce 1946.“

Ve studii RAND pro americkou armádu mladý astrofyzik Lyman Spitzer junior napsal: „Takové přístroje udělají revoluci v astronomické technice a otevřou astronomům nové obzory. Umožní odhalit nové jevy dosud nepoznané a pravděpodobně nás přinutí zásadně změnit naše představy o prostoru a času.“ Upozornil také, že kromě možnosti pozorování v ultrafialovém a infračerveném světle, umístění dalekohledu nad atmosféru odstraní rozmazání obrazu astronomických objektů způsobené neklidem atmosféry.

Po vypuštění prvních družic na konci padesátých let minulého století dostala myšlenka astronomických družicových observatoří reálnější obrysy. Velice brzy byly vypuštěny na oběžnou dráhu malé satelity, jež sloužily ke zkoumání ultrafialového a rentgenového záření, v prvé řadě pocházejících ze Slunce. Spitzer však stále propagoval - mnohdy i přes odpor řady konzervativních astronomů - myšlenku velkého dalekohledu, o průměru až pět metrů, který dostal označení LST (Large Space Telescope).

Boj za realizaci takového dalekohledu byl dlouho na vážkách, protože náklady na jeho vývoj, stavbu a vypuštění se americkým zákonodárcům zdály příliš veliké. Teprve kompromisní návrh zmenšení průměru hlavního zrcadla na 2,4 metru s cílem snížit finanční náklady umožnil Národnímu úřadu pro letectví a vesmír získat na rok 1977 potřebné rozpočtové prostředky, aby mohly být zahájeny konstrukční práce. Protože jedním z hlavních úkolů tohoto dalekohledu mělo být upřesnění znalosti rychlosti rozpínání vesmíru - tak zvané Hubbleovy konstanty - dostala chystaná družicová observatoř název po tomto významném americkém astronomovi. Dnes ji proto známe jako Hubble Space Telescope či pod zkratkou HST.

Hubbleův vesmírný teleskop krátce poté, co byl zachycen robotickým manipulátorem raketoplánu Atlantis 13. května 2009. I když ještě několikrát byl téměř celý projekt zrušen, dalekohled byl nakonec v roce 1985 dokončen. Počítalo se, že bude vypuštěn v průběhu následujícího roku. Havárie raketoplánu Challenger 28. ledna 1986 však způsobila, že všechny starty raketoplánů byly pozastaveny. HST nakonec vzlétl do vesmíru až 24. dubna 1990 na palubě Discovery během mise STS-31.

Na jeho palubě bylo celkem pět astronomických přístrojů: WF/PC pro viditelnou oblast spektra, FOC pro ultrafialové záření, HSP pro vysokorychlostní fotometrii, GHRS a FOS pro další spektroskopické práce. První snímky pořízené dalekohledy však přinesly obrovské zklamání: byly neostré. Závada na zařízení, které kontrolovalo tvar primárního zrcadla, způsobila, že bylo plošší. Okraj byl o 2,2 mikrometru ubroušen více, než měl být; nerovnosti nepřevyšovaly 10 nanometrů. Proto bylo urychleně vyrobeno zařízení COSTAR s korekčními parabolickými zrcátky, která sloužila jako „brýle“ pro ostatní přístroje. COSTAR byl dopraven 2. prosince 1993 a jeho posádka ho instalovala místo fotometru HSP.

Vyměnila také širokoúhlou kameru za modernizovaný typ WF/PC-2. Další opravářská mise STS-82 započala 21. února 1997. Tentokrát astronauti vyměnili přístroje GHRS a FOS za zobrazující STIS a NICMOS pracující v blízké infračervené oblasti spektra. Zhoršující se technický stav gyroskopů si vyžádal neplánovanou údržbářskou misi STS-103, která se uskutečnila 20. prosince 1999. Žádné nové astronomické přístroje však HST tentokrát nedostal.

Novou přehledovou kameru ACS pro viditelnou a ultrafialovou oblast přivezl až 1. března 2002 raketoplán Columbia při misi STS-109. Nahradila starou kameru FOC. Další dva modernější přístroje byly v pokročilém stavu vývoje a počítalo se s jejich dopravou na HST v srpnu 2004. Havárie raketoplánu Columbia dne 1. února 2003 však plány změnila. Na nátlak astronomické veřejnosti ji však jeho nástupce Goldin vrátil do rozpisu letů. Dostala označení STS-125 a předběžně se s ní počítalo od jara do podzimu roku 2008.

Na poslední chvíli však došlo na dalekohledu k závadě na elektronice pro ovládání vědeckých přístrojů a zpracování získaných dat. Nutnost připravit a přezkoušet náhradní díl si vynutily odklady. Raketoplán Atlantis odstartoval až 11. května 2009. Dvě dvojice astronautů nejen úspěšně uskutečnily všechny plánované technické opravy, ale také instalovaly dva nové přístroje. WFC-3 nahradila WF/PC-2 a místo COSTAR zaujal moderní COS, jenž zkoumá zejména velmi vzdálené objekty.

Do konce roku 2008 HST uskutečnil přes 860 000 jednotlivých pozorování více než 27 000 nebeských objektů a celkový objem získaných vědeckých dat činil 33 terabytů. Hubbleův teleskop díky upřesnění Hubbleovy konstanty pomohl stanovit stáří vesmíru na 13,7 miliardy let a potvrdil podíl temné energie ve vesmíru. Analyzuje i aktivní jádra galaxií, sbírá snímky galaxií a umožňuje studovat rodící se hvězdy a černé díry ve vzdálených objektech.

Nyní se jeho budoucnost odvíjí od stability setrvačníků a stavu fotovoltaických článků. Podle některých prognóz by mohly selhat do konce desetiletí a dalekohled by mohl zaniknout v atmosféře. SpaceX dříve nabídla dopravu dalekohledu na vyšší oběžnou dráhu, zatím však zůstalo u nabídky.

Některé klíčové komponenty a jejich role

Základ navigace tvoří tři dvojice setrvačníků uložené ve třech jednotkách RSU. Jde o RSURSU - Rate Sensing Unit, setrvačníková jednotka na Hubbleově vesmírném dalekohledu. Jde o základní součást navigačního systému. HST obsahuje 3 jednotky RSU obsazené po dvou setrvačnících. Reakční kola RWARWA - Reaction Wheel Assembly umožňují pohyb dalekohledu. Srdcem navigačního systému jsou také FGS - Fine Guidance Sensors, optické senzory zjišťující polohu Hubbleova dalekohledu.

Mezi instalované přístroje patřily NICMOS - Near Infrared Camera and Multi-Object Spectrometer pro blízké IR, STIS - Space Telescope Imaging Spectrograph pro spektroskopii od UV po IR, ACS - Advanced Camera for Surveys s širším zorným polem a vyšší ostrostí obrazu než WFPC2. WFPC2 - Wide Field and Planetary Camera 2 nahradila ACS. COSTAR - Corrective Optical Space Telescope Axial Replacement byla namontována na jedné z prvních servisních misí, aby kompenzovala nesprávný tvar primárního zrcadla a korigovala paprsky pro ostatní přístroje.

Životnost HST byla původně odhadována na 15 let, ale dalekohled překročil tuto představu a posbíral přes 430 terabajtů dat. Z technických zásad vystupují i plány na likvidaci a opětovný návrat do atmosféry, pokud stabilizátory a obvodové články selží.

Historie a významná milníky

HST byl dokončen v roce 1985 a měl být vypuštěn v roce 1986, avšak havárie Challengeru starty raketoplánů pozastavila. Po obnovení programů NASA došlo k vypuštění až 24. dubna 1990 na palubě Discovery během mise STS-31. První snímky vykazovaly neostrost z důvodu chyby v zrcadle; díky COSTAR byly nalezeny i další vylepšení. Postupem času došlo na instalaci ACS, STIS, NICMOS a dalších, které výrazně rozšířily možnosti pozorování vesmíru.

V prosinci 2021 byl vypuštěn JWST, který doplňuje HST svou infračervenou kapacitou a posouvá možnosti kosmické astronomie. HST zůstává jedním z nejvýznamnějších nástrojů astrofyziky a jeho data nadále zásadně přispívají k interpretaci kosmických procesů, včetně odhalování struktury galaxií a dynamiky vesmíru.

Současnost a budoucnost

Hubbleův dalekohled je nyní v režimu s jedním funkčním gyroskopem, druhý plně funkční zůstává v záloze. Padá otázka, jak dlouho ještě bude schopen poskytovat data bez plné redundance gyroskopů; nové palubní systémy jako magnetometry budou nahrazovat chybějící funkce. NASA se soustředí na maximalizaci vědecké produkce a zachování co nejširší kontinuity pozorování.

V budoucnu se též diskutuje o konečném scénáři ukončení provozu a bezpečné likvidaci teleskopu, kdy by byl řízeně zničen a sestoupil do Tichého oceánu. SpaceX zmiňovalo možnosti navýšení oběžné dráhy, ale k realizaci dosud nedošlo. Stále probíhají aktivní vědecké projekty, které využívají data z HST k lepšímu pochopení vesmíru a vývoje kosmických objektů.

tags: #hubbleuv #vesmirny #dalekohled #pred #vybrousenim