טלסקופ החלל הָאבֶּל (באנגלית: Hubble Space Telescope) הוא טלסקופ חלל ומכלול המכשירים המדעיים שנלווים לו, שחג במסלול לווייני נמוך סביב כדור הארץ בגובה של כ-589 ק"מ. הטלסקופ, שקרוי על שמו של האסטרונום האמריקאי אדווין האבל, הוא טלסקופ מחזיר אור בעל מראה ראשית בקוטר של 2.4 מטרים וגודלו כגודל אוטובוס עירוני.
לשימוש בטלסקופ חלל, שנמצא מחוץ לאטמוספירת כדור הארץ, יש מספר יתרונות על פני טלסקופים המוצבים על הקרקע: חדות תמונה גבוהה, מניעת הפרעות ועיוותים שיוצרת האטמוספירה, ויכולת צילום באור על סגול ותת אדום שאינה אפשרית בתצפית מהקרקע בשל סינונם על ידי האטמוספירה. הטלסקופ הוצב במסלולו ב-25 באפריל 1990, במשימה STS-31 של מעבורת החלל דיסקברי, כפרויקט משותף של נאס"א וסוכנות החלל האירופית, והפך מאז לאחד הכלים האסטרונומיים החשובים ביותר בהיסטוריה.
זמן קצר לאחר שהוצב במסלולו, התגלה בטלסקופ עיוות אופטי שפגע באיכות התצפית. בתחקיר, התברר שהעיוות נוצר עקב ליטוש לא נכון של המראה הראשית, ורק לאחר משימת שירות בשנת 1993 החל הטלסקופ לתפקד היטב. מאז, מספר מעבורות חלל פקדו אותו לצורך תיקונים ושיפורים; משימת השירות האחרונה לטלסקופ החלל האבל שוגרה לחלל ב-11 במאי 2009.
למרות כל הבעיות, מאז שיגורו ב-1990 עמד הטלסקופ ב-97% מהמשימות שנקבעו לו בלוח הזמנים. המעט שלא בוצעו, בדרך כלל בשל תקלות בציוד, נדחו למועד מאוחר יותר.
בין חברי צוות מדעני המחקר של NASA ניתן למצוא את האסטרופיזיקאי הישראלי הבכיר פרופ' מריו ליביו שלמעשה מנהל את קבוצת המחקר.
הרעיון להציב טלסקופ בחלל.
האסטרונום ליימן שפיצר פרסם בשנת 1946 מאמר בשם "היתרונות האסטרונומיים של צפייה מהחלל החיצון" ("Astronomical advantages of an extra-terrestrial observatory"). היתרון הראשון הוא בכך שהרזולוציה הזוויתית תוגבל רק כתוצאה מעקיפה, כלומר תיקבע על ידי הנתונים האופטיים של הטלסקופ; הרזולוציה של טלסקופ בעל אותם נתונים אשר מוצב על פני כדור הארץ מוגבלת כתוצאה מתופעת הטורבולנציה שנוצרת באטמוספירה (תופעה זו גורמת למשל לריצוד אור הכוכבים בעת תצפית קרקעית). היתרון השני הוא ביכולת הצפייה בקרינה תת-אדומה ועל סגולה - ספקטרום קרינה המסונן בחלקו על ידי האטמוספירה בכלל ועל ידי שכבת האוזון בפרט.
שפיצר הקדיש את רוב הקריירה שלו לקידום הרעיון של פיתוח טלסקופ חלל. לאחר ש"האקדמיה הלאומית למדעים של ארצות הברית" החליטה לפתח טלסקופ כזה כחלק מתוכנית החלל האמריקאית, היא פנתה אליו ובשנת 1965 הוא מונה לראש הוועדה האחראית על בניית הטלסקופ. התכנון של טלסקופ האבל, שנקרא תחילה "טלסקופ החלל הגדול" (Large Space Telescope), החל ב-1968. על פי התוכנית המקורית, קוטר המראה הראשית של הטלסקופ היה אמור להיות 3 מטרים, והשיגור שלו היה אמור להתבצע בשנת 1979.
המאמץ למימון הפרויקט.
נאס"א הקימה שתי ועדות בשנת 1970; האחת לתכנון הנדסי, והשנייה לקביעה והגדרה של מטרות הפרויקט כולו. בנוסף, היה צורך להשקיע מאמצים בגיוס מימון לפרויקט יקר זה. הקונגרס האמריקאי הטיל ספק במספר היבטים של בקשת התקציב שהוגשה על ידי נאס"א, והכריח אותה להקטין את הבקשה באופן משמעותי. כמו כן, הוא החליט להעביר את הכספים בהדרגה בהתאם להתקדמות הפיתוח. זמן קצר לאחר מכן, בשנת 1974, הורה ג'רלד פורד על הפסקת מימון פיתוח הטלסקופ, עקב גידול בהוצאות ציבוריות אחרות. בתגובה לכך, תואם מאמץ כלל ארצי בין האסטרונומים האמריקאים, והם החלו להיפגש עם אנשי קונגרס וסנטורים ביחידות. בנוסף, האקדמיה הלאומית למדעים של ארצות הברית פרסמה דו"ח שהדגיש את הצורך בטלסקופ, ואורגנו קמפיינים ציבוריים שבמסגרתם הוצפו נבחרי הציבור במכתבים התומכים במימון לאומי לפרויקט. בסופו של דבר, הסכים הסנאט של ארצות הברית לממן מחצית מהתקציב שהוחלט עליו בקונגרס.
סוגיית המימון הובילה לתכנון פחות שאפתני; היה צורך להקטין את קוטר המראה הראשית מ-3 מטרים ל-2.4 מטרים, ובמשקל 828 ק"ג, ולתכנן תצורה קומפקטית יותר של החומרה הנלווית לטלסקופ. כן, נזנחה ההצעה לבניית טלסקופ ניסיוני קטן בעל מראה ראשית בקוטר 1.5 מטרים שיבחן את מערכות הטלסקופ עוד לפני שיגור הטלסקופ הגדול. בעיות המימון דחקו בנאס"א לבדוק אפשרות של שיתוף פעולה עם סוכנות החלל האירופית. סוכנות זו הסכימה להשתתף בפרויקט ולספק מספר חלקים לטלסקופ, כמו פאנלים של תאים פוטו-וולטאיים האחראים לאספקת האנרגיה; בתמורה קיבלו אסטרונומים אירופיים 15% מזמן הצפייה של הטלסקופ. בשנת 1978 אישר הקונגרס האמריקאי תקציב של 36 מיליון דולר עבור בניית הטלסקופ, ואלה היוו זרז לפרויקט כולו. בתחילת שנות ה-80 של המאה ה-20 הוחלט ששמו של הטלסקופ יהיה "טלסקופ החלל האבל", על-שם האסטרונום הנודע אדווין האבל.
תכנון הנדסי והרכבה.
תכנון הטלסקופ ובנייתו התבצעו במספר אתרים ברחבי ארצות הברית. גוף הלוויין והטלסקופ שהורכב בתוכו פותחו במרכז החלל מרשל, ואילו שאר המכשירים המדעיים ואמצעי השליטה הקרקעיים על הטלסקופ פותחו במרכז טיסות החלל גודרד. מרכז החלל מרשל מינה את חברת "פרקין-אלמר" לתכנן את כל החלקים האופטיים של הטלסקופ ואת חיישני ההכוונה (Fine Guidance Sensors) שלו. מעבורת החלל שנועדה לשאת את הטלסקופ לחלל פותחה בחברת נורת' אמריקן אוויאיישן (North American Aviation), כיום בואינג.
מבנה.
אופטיקה.
טלסקופ האבל הוא טלסקופ מחזיר אור מסוג ריצ'י-קרטיין. היתרון בשימוש במראות על פני שימוש בעדשות הוא במניעת אברציה כרומטית, כלומר עיוות צבע. לשימוש בטלסקופ ריצ'י-קרטיין, שבנוי ממראה ראשית ומראה משנית היפרבוליות, יש יתרונות נוספים משום שתכנון זה מקטין למינימום את הקומה (עיוות של עצם שלא נמצא על הציר הראשי) ואת האברציה הכדורית (מריחה של עצם נקודתי). עקב הקושי להגיע לליטוש מדויק של המראות ההיפרבליות, משתמשים בטלסקופים מסוג ריצ'י-קרטיין רק בפרויקטים גדולים, ועל מנת להגיע לדיוק גבוה בליטוש יש צורך להשתמש במכשירי מדידה יקרים למדי. כיום, רוב הטלסקופים הגדולים בעולם הם מסוג ריצ'י-קרטיין.
הליטוש של המראה הראשית אמור להיות מדויק עד כדי עשירית מאורך הגל של האור המשמש לתצפית, ובמקרה של טלסקופ האבל מדובר באור על סגול. הוחלט שהליטוש יהיה מדויק עד כדי 30 ננומטר (1/20 מאורך הגל של האור הנראה). חברת "פרקין-אלמר" השתמשה בבקרת מחשב לקבלת הדיוק הדרוש, ולצורך גיבוי הוכנה מראה נוספת על ידי חברת קודאק בשיטות ליטוש לא ממוחשבות (מראה זו נמצאת כיום בתצוגה במוזיאון האוויר והחלל הלאומי). הליטוש, שהחל בשנת 1979, נעשה על זכוכית בעלת מקדם התפשטות נמוך במיוחד, והוא נמשך עד מאי 1981, תאריך שגלש מעבר ללוח הזמנים ודרש הגדלת תקציב.
המראה הראשית צופתה בשכבה מחזירה עשויה מאלומיניום בעובי של 75 ננומטר ושכבת מגן ממגנזיום-פלואוריד בעובי של 25 ננומטר. עיכובים נוספים בהשלמת שאר חלקי המערכת האופטית על ידי "פרקין-אלמר" גרמו לדחיית השיגור לספטמבר 1986. בשלב זה, העלות הכוללת של הפרויקט הגיעה כבר ל-1.175 מיליארד דולר.
התאמה למעבורת.
גודל מטענה של מעבורת החלל היווה גם הוא גורם בתכנון הטלסקופ, שכן הוא היה חייב להיות מוגבל במידותיו לשם העמסתו בתא המטען של מעבורת החלל דיסקברי. בנוסף, הטלסקופ שאינו נמצא בתוך האטמוספירה אשר מווסתת את הטמפרטורה, חייב לעמוד בשינויים של יותר מ-50 מעלות צלזיוס לאורך מסלולו: בין חלק המסלול בו הוא מואר באור השמש ובין חלק המסלול בו הוא מוסתר בצל של כדור הארץ. לשם כך נבחרו חומרים עמידים במיוחד, בעלי מקדמי התפשטות מזעריים, ובנוסף הטלסקופ כוסה במספר שכבות בידוד כדי לשמור על טמפרטורה יציבה.
מכשירים מדעיים.
מכשירים מקוריים.
כששוגר, נשא טלסקופ החלל האבל 5 מכשירים מדעיים, מלבד הטלסקופ עצמו:
מכשירים נוספים.
המכשירים החדשים שנוספו לטלסקופ או שהחליפו מכשירים קיימים הם:
מערכות נוספות.
אספקת האנרגיה של הטלסקופ נעשית בעזרת שני מערכים של תאים פוטו-וולטאיים שכל אחד מהם מספק 2,800 ואט. כאשר הטלסקופ נמצא בקו ראייה אל השמש אז המערכים מכוונים כלפיה, אך במשך 36 דקות בכל סיבוב סביב כדור הארץ שאורכו 97 דקות, הטלסקופ נמצא בצל של כדור הארץ, ויש לספק לו חשמל ממקור אחר. לשם כך מותקנים על הלוויין מצברים שבמצב טעון יכולים לספק חשמל לשבע שעות וחצי.
התקשורת עם טלסקופ האבל נעשית בעזרת מערכת שידור וקליטה המחוברת ל-4 אנטנות. השליטה נעשית בדרך כלל באמצעות אחד מחמישה לווייני ממסר של נאס"א (לווייני TDRS), אך ניתן לשלוט עליו גם ישירות מהקרקע כאשר הוא נמצא בטווח ראייה. הבקרה על המערכות השונות של הטלסקופ נעשית באמצעות מחשב מרכזי שנישא על גביו. לכל מכשיר מדעי יש בנוסף מחשב או מעבד משלו שאחראי על הפעלתו ועל הפעלת מכלול המסננים המחובר אליו.
רוב הצילומים והמדידות שמבצע הטלסקופ נעשים תוך כדי נעילה על מטרה למשך זמן ממושך, על מנת לאסוף כמות גדולה של אור. ששת הגירוסקופים המותקנים בטלסקופ האבל, ששלושה מהם חיוניים לפעולה תקינה, מגדירים מערכת צירים קבועה שיחסית אליה ניתן לכוון אותו. גירוסקופים אלו הם מהמדויקים ביותר בעולם. בתוך כל אחד מהם נמצא גלגל הסובב במהירות של 19,000 סיבובים לדקה וחיישנים המודדים בדייקנות גבוהה את הסטייה בכיוון הטלסקופ יחסית לציר הסיבוב של הגירוסקופים.