Hubble űrtávcső

A Hubble űrtávcső (angolul Hubble Space Telescope, HST) csillagászati műhold, az amerikai Nagy obszervatóriumok sorozat első tagja, mely közeli infravörös, látható fény és ultraibolya tartományban végez észleléseket. Nevét Edwin Hubble huszadik századi csillagászról kapta, aki az elsők között érvelt a mellett, hogy a távoli galaxisok vöröseltolódását a világegyetem tágulása okozza. Fő alkatrésze egy 2,4 méter átmérőjű Ritchey–Chrétien-távcső, mely négy, a távcső élettartama alatt többször cserélt műszerbe továbbítja az összegyűjtött fényt. Az egyik legnépszerűbb és legismertebb űreszköz, angol nyelvterületen gyakran csak a „Nép távcsövének” (The People's Telescope) nevezik. Tervezett utódja a várhatóan 2021-ben indított James Webb űrtávcső, bár az csak az infravörös tartományban fog dolgozni és narancssárga illetve piros látható fényben, annak további hullámhosszain nem. A programot a NASA vezeti az Európai Űrügynökség (ESA) részvételével.

Küldetés 
A HST-t 1990. április 24-én indították a Kennedy Űrközpontból a Discovery űrrepülőgéppel az STS–31 küldetés keretében. Az első képet az NGC 3532 nyílthalmazról készítette, 1990. május 20-án. A felbocsátást követő években hibák jelentkeztek: valahányszor a HST belépett a Föld árnyékába, vagy kilépett onnan, a napelemtáblák beremegtek, és a vibráció zavarta a távcső működését. A beállítást szolgáló 6 giroszkóp közül 3 meghibásodott, s ez már veszélyeztette a HST programját.

Ennek ellenére az első másfél évben 900 csillagászati célpontról 1900 megfigyelés született, köztük olyanok, mint a Plútó/Charon rendszer felbontása, az SN 1987A szupernóva körüli gázgyűrű felfedezése, a Szaturnuszon egy óriási légköri vihar fényképezése stb.

Nagyjavítások

Servicing Mission 1 
Az első űrbéli javítására 1993 decemberében került sor, amikor az STS–61 küldetés során az Endeavour űrrepülőgép űrhajósai a HSP (High Speed Photometer) helyére beépítették a COSTAR (Corrective Optics Space Telescope Axial Replacement) korrekciós optikát, a Wide Field and Planetary Camera (WFPC) helyére pedig a beépített korrektorral rendelkező WFPC2 kamerát építették be.

Servicing Mission 2 
1997 februárjában (STS–82, Discovery) a Goddard High-Resolution Spectrograph (GHRS) és a Faint Object Spectrograph (FOS) helyére a Space Telescope Imaging Spectrograph (STIS) és a Near Infrared Camera and Multi-Object Spectrometer (NICMOS) került.

Servicing Mission 3A 
1999 decemberében (STS–103, Discovery) kicserélték a tervezettnél gyorsabban tönkre menő és emiatt a távcső működését lehetetlenné tevő meghibásodott giroszkópokat (miattuk kellett az SM–3 egy részét a tervezettnél jóval korábban, a cserére szánt összes berendezés elkészülte elé hozni), és a központi számítógépet.

Servicing Mission 3B 

2002 februárjában (STS–109, Columbia) a Faint Object Camera (FOC) helyére az Advanced Camera for Surveys (ACS) került, a NICMOS infravörös kamerát, mely kifogyott a hűtőközegből, új hűtőrendszerrel látták el.

A 2003-as Columbia-katasztrófa után életbe léptetett biztonsági előírások szerint, ha a felbocsátás után az űrrepülőgép megsérül, akkor lehetővé kell tenni, hogy a legénység eljusson a Nemzetközi Űrállomásra. Ezért a NASA akkori igazgatója törölte a már előre betervezett Hubble szervizeléseket. Ennek eredményeként egymás után hibásodtak meg a fedélzeti műszerek. 2006-ban az űrtávcső fő megfigyelő-berendezése, az Advanced Camera for Surveys (ACS) kétszer is leállt, júniusban és szeptemberben. A hiba egy nagy felbontású csatorna (High Resolution Channel, HRC) áramellátásában lépett fel. Miután egy új megoldást találtak az űrhajósok vészhelyzetbeni kimentésére, Mike Griffin, a NASA akkori igazgatója engedélyezett még egy negyedik szervizküldetést, 2008-ban.

Servicing Mission 4 
Az ötödik nagyjavítás, az STS–125 küldetés keretében jelentős halasztással, 2009. május 11-én indult.

Az obszervatórium ezzel a küldetéssel elérte a tudományos teljesítménye csúcsát. Az STS–125 küldetés után elért eredmények meggyőző bizonyítékai a küldetés sikerének.

Két új eszközt, a Wide Field Camera 3-at és a Cosmic Origins Spectrograph-ot telepítették, és két másikat, az Advanced Camera for Surveys-t és a Space Telescope Imaging Spectrograph-ot áramköri szinten javították. Kicserélték továbbá a Hubble-t működtető akkumulátorokat is, mert a NASA tudósai szerint már veszélyeztették az űrtávcső megbízható működését.

A küldetés tudósai azt is bejelentették 2009. szeptember 9-én, hogy a közeli infravörös kamera (Near Infrared Camera) és a Multi-Object spektrométer (Multi-Object Spectrometer (NICMOS)) három hónapon át tartó kalibrálás és tesztelés után újra üzemel.

Az űrtávcső felépítése 

A Hubble űrtávcsövet egy 2,4 méter átmérőjű Ritchey-Chrétien-Cassegrain főtükörrel látták el. Teljes hossza 13,2 méter, átmérője 4,2 méter, tömege 11,1 tonna. Az ultraibolyától kezdve a látható tartományon keresztül az infravörösig képes érzékelni a beeső fényt (115–2500 nanométer között). A Napról és a Merkúrról a túl erős napfény miatt nem képes felvételt készíteni, ugyanis az tönkretenné érzékeny műszereit. Hetente 120 gigabyte adatot állít elő.

Műszerei 
A Hubble űrtávcsövet modulárisra tervezték, hogy a már pályán keringő műhold meglévő alkatrészeit idővel újabbakra cserélhessék, így követve a technika fejlődését. Az egyes fejlesztésekkel nemcsak a berendezés megbízhatóságát növelték, de minden alkalommal jelentősen javult a tudományos adatok minősége is.

Indulásakor a fedélzetén lévő műszerek:
 Wide Field and Planetary Camera (WFPC) – széles látószögű és planetáris kamera
 Faint Object Camera (FOC) – halvány objektumokra specializált kamera, az ESA-nál építették
 Faint Object Spectrograph (FOS) – spektrográf
 Goddard High-Resolution Spectrograph (GHRS) – spektrográf
 High Speed Photometer (HSP) – fotométer
Később beépített műszerek:
 Wide Field and Planetary Camera 2 - a WFPC egy fejlettebb változata
 Near Infrared Camera and Multi-Object Spectrograph (NICMOS) – spektrográf
 Corrective Optics Space Telescope Axial Replacement (COSTAR) – korrekciós optika, mely lehetővé tette, hogy a Hubble lélegzetelállítóan éles képeket készíthessen
 Space Telescope Imaging Spectrograph (STIS) - spektrográf és kamera egyben, széles hullámtartományban képes felvételt készíteni (a közeli infravöröstől egészen az ultraibolyáig)
 Near Infrared Camera and Multi-Object Spectrometer (NICMOS) - színképelemző
 Advanced Camera for Surveys (ACS) - széles látószögű felmérésekhez szükséges kamera
 Cosmic Origins Spectrograph (COS) - spektrográf
 Wide Field Camera 3 - a WFPC-2 egy fejlettebb változata

Kutatási eredmények

Feladat 
Az űrtávcső feladata megegyezik a Földön alapított obszervatóriumok, vagyis megfigyelő-állomások feladatával, ami az égitestek és azok egymásra való hatásának megfigyelése, rájuk vonatkozó adatok mérése, vagy becslése. Ezt a feladatot a világűrbe helyezett távcsövek könnyebben és nagyobb pontossággal tudják elvégezni, mint a földi teleszkópok, mert az előbbiek esetén a sugárzásnak nem kell a torzító atmoszférán áthatolnia, de az utóbbiak előnye, hogy a távcsőátmérő nem akadály.

A Hubble első, talán legfontosabb vívmánya volt az igen távoli világűr megfigyelése, ami a világegyetem régebbi múltjának kutatásával egyenértékű.

Fontos eredmények 
„Nagyon távoli galaxisok infravörös képe, a NICMOS felvétele” című kép a NASA felvétele. A NICMOS a „Közeli infravörös fényképezőgép” és a látható hullámhosszon működő több képalkotású spektrométeres „Fejlesztett (ang. advanced) fényképezőgép” együttes használatával dolgozik. Az előbbivel felvett kép 2003. november 27-én készült. A Földre alapozott megfigyelés az égnek a Hubble által itt bemutatott részén, ami a Fornax csillagzatban a telihold kb. 10%-ának megfelelő területét képviseli, csak 5-6 csillagot figyelhet meg. A kép a megfigyelés idejét az Ősrobbanás ideje utáni 400-800 millió év közötti korra korlátozza A kép javított és nagyítható formában ismét megjelent 2012. szeptember 25-én (csak kattints a listán a megfelelő jegyzetre)

Az angol Daily Mail újság internetes kiadásának, a DailyMailOnline-nak 2012. november 24-i száma jelenti a két űrtávcső, a Hubble és a Spitzer együttműködéséből származó felfedezést, ami az eddig megfigyeltek közül a tőlünk legtávolabbi égitesteket mutatja be. A MACS0647-JD-nek elnevezett apró galaxis ide 13,3 milliárd fényévre van. Ez csak 420 millió évvel az Ősrobbanás utáni időszakból származik, amikor tehát a Világegyetem csak 420 millió éves volt, a csillagrendszerek gyors kialakulása időszakában. Ezt az időszakot a Világegyetem gyors expanziója, vagyis kiterjedése jellemzi, ami magyarázata a galaxisok kis kiterjedésének a mai galaxisokhoz viszonyítva. A most felfedezett galaxis nagysága átmérője például csak 600 fényév, ami eltörpül a mi galaxisunk, a Tejút a  fényéves átmérője mellett.

A legtávolabbi galaxis, amit eddig észlelni tudtunk, az űrtávcső által 2016-ban felfedezett GN-z11 amely tőlünk 13,4 milliárd fényévre található.

További tervek 
 A megfigyelések között szerepelnek a Kuiper-öv objektumai a Naprendszerünk peremén, bolygók születése más csillagok körül, és a Naprendszeren kívüli bolygók légköri összetételének és szerkezetének „szondázása”.
 Vannak nagyratörő tervek, hogy elkészítsék a legmélyebb univerzum közeli infravörös portréját, hogy felfedjék korábban soha nem látott, születő galaxisok létezését, amik akkor léteztek, amikor a világegyetem kevesebb mint 500 millió éves volt.
 További tervek megkísérlik megvilágítani a sötét energia problémáját.

A Hubble űrtávcső 2021-ben is üzemel, és előreláthatólag 2030–2040-ig marad üzemben. Utódát, a James Webb űrtávcsövet előreláthatólag 2021. október 31-én bocsátják fel.

Kevésbé ismert tények 
 Az 1995-ös évek végén a Hubble földi személyzete a távcsövet a világűr látszólag üres területe irányában hagyta tíz napig működni. Sokan úgy gondolták, hogy a hosszú expozíciós időnek semmi haszna nem lesz. De az eredményül kapott, “Hubble Deep Field” néven ismert felvétel elképesztő volt. Rengeteg olyan galaxist mutatott, ami korábban ismeretlen volt a tudósok előtt. Ezek között voltak a legtávolabbi csillagrendszerek felfedezése is. A csillagászok megismételték a kísérletet 2004-ben (“Ultra Deep Field” néven), ami a világűr újabb mélységeibe engedett betekintést. Az új felvételek több mint 5000 galaxist tartalmaznak, közülük némelyik 13,2 milliárd fényév távolságra van. Ezekkel a felvételekkel a 13,7 milliárd évvel ezelőtti ősrobbanás is tanulmányozható.
 A távcső alapvetően fekete-fehérnek megfelelő képeket készít különféle hullámhosszakon. Ezeket a csillagászok az utómunkálatok során összedolgozzák és egy-egy képben egyesítik, amiken a különféle hullámhosszakat eltérő színek jelképeznek. Többnyire vörös, kék és zöld szűrőket alkalmaznak a felvételeknél, így a képek megfelelő részei is ezeket a színeket kapják. Mivel a Hubble az emberi szemnek láthatatlan utlraibolya és infravörös hullámhosszon is képes érzékelni a fényt, a tudósok ezeket további színek megjelenítésével jelenítik meg, hogy az egyébként nem látható részletek is láthatóvá váljanak.
 A Hubble űrtávcsőnél alkalmazott képalkotó technológia segít a mellrák kimutatásában. Az úgynevezett „képalkotó spektrográf” (amit a Hubble a nagyon nagy tömegű fekete lyukak kutatására alkalmazott),  alkalmas arra, hogy a női mellszöveteket vizsgálva különbséget tegyen a jóindulatú és rosszindulatú daganatok között.
 Elvileg bárki tehet javaslatot a Hubble űrteleszkóp felhasználására. A Johns Hopkins University’s Space Telescope Science Institute évente közzétesz egy nyílt felhívást, amiben a Hubble megfigyelési célpontjaira lehet javaslatot tenni. Nincs megkötés arra, hogy ki tehet javaslatot, de a verseny meglehetősen erős. Általában több száz csillagász tesz javaslatot, amik közül szakmai zsűri választja ki a megvalósítandókat. A javaslatoknak nagyjából 20%-a valósul meg.
 Az ismertté vált galaxisok száma legalább a tízszerese az eddig ismert értéknek, elvileg legalább 2 billió galaxis lenne megfigyelhető, de ezek a jelenlegi eszközökkel túl halványak.

Jegyzetek

Források

További információk 

 
 
 
 
 
 

A NASA Nagy Obszervatóriumai
Ultraibolya távcsövek