Hubble-avaruusteleskooppi

Hubble-avaruusteleskooppi (HST) on maapallon kiertoradalla sijaitseva avaruustutkimusasema. Sen pääteleskoopin peili on halkaisijaltaan 2,4 metriä. Hubble laukaistiin kiertoradalleen avaruussukkula Discoveryn lennolla STS-31 24. huhtikuuta 1990. Koska Hubble on Maan ilmakehän ulkopuolella, se pystyy ottamaan ennennäkemättömän tarkkoja kuvia kaukaisista kohteista. Tämän ansiosta siitä on tullut yksi tähtitieteen tärkeimpiä havaintovälineitä. Sillä otetut kuvat ovat auttaneet tähtitieteilijöitä ymmärtämään monia astrofysiikan keskeisistä ongelmista. Hubblen Extreme Deep Field on syvin (herkin) optinen tähtitieteellinen kuva, joka on ikinä otettu.
Teleskooppi on nimetty Linnunradan ulkopuolisten galaksien löytäjän ja avaruuden laajenemisteorian (Hubblen laki) keksineen Edwin Hubblen mukaan. Teleskooppi on Nasan ja ESAn yhteinen hanke.
Avaruusteleskoopin tekniikka.
Alkuperäinen havainnointilaitteisto koostui laajakulma- ja planetaarinen kamerasta, Goddardin tarkkuusspektrografista, nopeasta fotometristä, himmeiden kohteiden kamerasta ja himmeiden kohteiden spektrografista, joka toimii UV- ja näkyvän valon alueella. Hubble pystyy havaitsemaan himmeitä kohteita huomattavasti tarkemmin kuin maanpäälliset observatoriot. Erityisesti UV-instrumentit toimivat tehokkaasti avaruudessa, toisin kuin maanpäällä, jossa ilmakehä suodattaa suuren osan UV-valosta pois. Kirkkaita kohteita havaittaessa tarkkuus jää samaan luokkaan maanpäällisten observatorioiden kanssa.
Hubblessa on kaksi aurinkopaneelia, joista laite saa virtansa. Hubble kiertää Maata noin 559 kilometrin korkeudessa. Kierto-aika on 97 minuuttia. Koska siinä ei ole työntövoimaa tuottavaa osaa, se tulee putoamaan kiertoradaltaan. Hubblen arvioitu käyttöikä avaruudessa oli alun perin 15 vuotta, joka täyttyi 24. huhtikuuta 2005. Tätä on pystytty jatkamaan mutta maahansyöksyn on ennustettu tapahtuvan ennen vuotta 2032.
Teleskoopissa on kuusi gyroskooppia, joiden avulla sen asentoa ohjataan. Kaikki gyroskoopit uusittiin vuonna 2009 tehdyllä avaruussukkula "Atlantiksen" lennolla, mutta sen jälkeen kolme gyroskoopeista on vikaantunut ja vuonna 2024 "gyro 3" on alkanut antaa virheellistä tietoa. Nasan suunnitelmana on jatkaa käyttöä yhden gyroskoopin varassa ja pitää toista varalla, jolloin teleskooppia voi vielä käyttää, mutta käyttöaika on 12 prosenttia lyhyempi ja Marsia lähempänä olevia kohteita ei voi havainnoida sillä. Yhden gyroskoopin varassa käyttö voisi jatkua vuoteen 2035 saakka.
Huolto.
Ensimmäisellä huoltolennolla (huoltolento 1), Endeavour-avaruussukkulan lennolla STS-61, 1993, Hubblen peilejä korjattiin asentamalla COSTAR-korjaussarja, sillä ensimmäiset peilit heijastivat hieman epätarkkaa kuvaa. Korjauksen jälkeen Hubblen avulla on voitu erottaa avaruuden kohteita kymmenen kertaa tarkemmin kuin kaikkein tehokkaimmilla Maassa olevilla teleskoopeilla.
Toinen huoltolento (huoltolento 2) tehtiin helmikuussa 1997 Discovery-sukkulan lennolla STS-82. Kolmas huoltolento (huoltolento 3A) tehtiin joulukuussa 1999 Discovery-sukkulan lennolla STS-103 ja neljäs huoltolento (huoltolento 3B) maaliskuussa 2002 Columbia-sukkulan lennolla STS-109.
Hubblen viides huoltolento (huoltolento 4) oli tarkoitus tehdä Atlantis-sukkulan lennolla STS-125 lokakuussa 2008, mutta kaksi viikkoa ennen laukaisua yhdellä Hubblen tietokoneista ilmeni ongelmia, joiden vuoksi esimerkiksi dataa ei enää pystytty lähettämään Maahan. Tämän vuoksi lento lykättiin vuoteen 2009. Laukaisu onnistui lopulta 11. toukokuuta 2009. Huoltolento paransi Hubblen ottamien kuvien laatua selvästi. Huollon tarkoituksena on pidentää avaruusteleskoopin käyttöikää vähintään vuoteen 2014 ja mahdollisesti pitempäänkin. Se on tarkoitus korvata Nasan ja ESAn yhteisellä uudella avaruusteleskoopilla, James Webb -avaruusteleskoopilla (JWST). JWST eroaa kuitenkin Hubblesta siinä, että se havaitsee vain infrapunasäteilyä ja sijaitsee noin 1,5 miljoonan kilometrin korkeudessa.
Idea, suunnittelu ja tarkoitus.
Varhaiset ehdotukset.
Hubblen historia alkaa vuodesta 1946, jolloin tähtitieteilijä Lyman Spitzer (1914–1997) kirjoitti artikkelin "Astronomical advantages of an extra-terrestrial observatory". Silloin oli vasta kehitetty raketteja, kuten V2, joilla päästiin ilmakehän ulkopuolelle. Artikkelissaan hän kuvasi avaruudessa sijaitsevan observatorion kahta tärkeintä etua: ensiksi resoluutiota rajoittaisi ainoastaan diffraktio, eikä ilmakehän väreily pääse haittaamaan havaintoja. Niihin aikoihin maanpäällisten teleskooppien resoluutio jäi 0,5–1,0 kaarisekunnin välille, kun diffraktio antaa 2,5-metrisellä peilillä varustetulle teleskoopille teoreettisen 0,1 kaarisekunnin rajan. Toinen etu olisi mahdollisuus tehdä havaintoja infrapunan ja ultravioletin aallonpituuksilla; ilmakehä imee nämä varsin tehokkaasti.
Spitzer käytti suurimman osan urastaan avaruusteleskoopin kehittämisen edistämiseen. Vuonna 1962 Yhdysvaltain kansallisen tiedeakatemian raportti suositteli avaruusteleskoopin kehittämistä osana avaruusohjelmaa, ja 1965 Spitzer valittiin johtamaan komiteaa, jonka tehtävänä oli määritellä suuren avaruusteleskoopin tieteelliset tavoitteet.
Rahoitusongelmia.
OAO-ohjelmasta saadut hyvät tulokset kannustivat tiedeyhteisöä pyrkimään avaruusteleskoopin hankkimiseen. Vuonna 1970 Nasa perusti kaksi komiteaa, joista toinen hoiti teleskoopin suunnittelupuolen ja toinen keskittyi projektin tieteellisten tavoitteiden määrittelyyn. Seuraava ongelma oli rahoituksen hankkiminen, sillä laite olisi huomattavasti kalliimpi kuin yksikään maanpäällinen teleskooppi. USA:n kongressi kyseenalaisti ehdotetun budjetin ja pakotti leikkaamaan suunnitelmia. Gerald Fordin alkuun panemat julkisten menojen leikkaukset saivat 1974 kongressin vetämään koko teleskooppihankkeen rahoituksen takaisin.
Päätös sai tähtitieteilijät muodostamaan maanlaajuisen lobbauskampanjan. Monet tähtitieteilijät kävivät tapaamassa senaattoreita ja kongressin edustajia henkilökohtaisesti, ja kirjeenkirjoituskampanjoita järjestettiin. Lopulta senaatti myönsi hankkeelle puolet kongressin alun perin hyväksymästä summasta.
Rahoitusongelmien myötä projektin tavoitteita jouduttiin leikkaamaan. Peilin läpimitta pieneni 3 metristä 2,4 metriin, jotta kulut ja laitteiston koko saatiin pysymään kurissa. Aikaisemmin ehdotettu 1,5 metrin koeteleskooppi hylättiin kokonaan, ja päätettiin tehdä yhteistyötä Euroopan avaruusjärjestö ESAn kanssa. ESA suostui rahoittamaan hanketta ja toimittamaan yhden teleskoopin instrumenteista, aurinkopaneelit sekä henkilöstöä työskentelemään USA:ssa teleskoopin rakennusvaiheessa. Vastavuoroisesti ESAlle taattiin vähintään 15 % teleskoopin käyttöajasta.
Lopulta kongressi hyväksyi 36 miljoonan dollarin budjetin vuodelle 1978, ja teleskoopin suunnittelu pääsi alkamaan. Tavoitteena oli laukaisu vuonna 1983. Teleskooppi nimettiin Edwin Hubblen mukaan, jonka havainto universumin laajenemisesta on yksi 1900-luvun tärkeimmistä tieteellisistä läpimurroista.
Hubblen ottamia kuvia.
Maaliskuussa 2016 julkaistussa kuvassa näkyy galaksi GN-z11 13,4 Ga takaa eli kuvan näkymä on ajalta 400 Ma alkuräjähdyksen jälkeen. Tämä on julkaisuaikanaan kaukaisin havaittu galaksi.