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. Utódja a 2021-ben indított James Webb űrtávcső, bár az csak az infravörös tartományban dolgozik és narancssárga, illetve piros látható fényben, annak további hullámhosszain nem. A programot a NASA vezeti az Európai Űrügynökség (ESA) részvételével.

Hubble űrtávcső
Ország	Amerikai Egyesült Államok Európa
Űrügynökség	NASA Európai Űrügynökség
Gyártó	Lockheed Martin Missiles and Space PerkinElmer
Típus	csillagászati
Küldetés
Indítás dátuma	1990. április 24.
Indítás helye	Kennedy Űrközpont
Hordozórakéta	Discovery, STS–31
Élettartam	34 év (folyamatban)
Tömeg	11 110 kg (induláskor)
Energiaellátás	2800 watt, 2 db napelemből
Pályaelemek
Pálya	alacsony Föld körüli pálya
Pályamagasság	569 km
Inklináció	28,5 fok
Periódus	96 perc
COSPAR azonosító	1990-037B
SCN	20580
A Hubble űrtávcső weboldala
RSS hírek: [1]
Sablon • Wikidata • Segítség

Előtörténete, koncepciója

A távcső koncepciója

Az űrtávcső, mint fogalom első említése Hermann Oberth Die Rakete zu den Planetenräumen (Rakétával a világűrbe) c. 1923-as művében esik, amely munkát az űrhajózástörténet alapművei között tartjuk számon, amelyek a múlt század elején megalapozták és elindították a végül világűr meghódításához vezető kutatásokat és műszaki munkát. Ezen említés azonban semmilyen részletet, vagy miértet nem tárt fel, egy egyszerű felsorolás, leltár volt, hogy milyen eszközöket lenne érdemes a világűrbe küldeni, így az űrtávcső egy volt a sok – akkor még – képzeletbeli alkalmazás közül.

Magának a Hubble Űrtávcsőnek az első konkrét említése, mondhatni koncepciója 1946-ig nyúlik vissza. Ekkor jelent meg Lyman Spitzer csillagász munkája Astronomical advantages of an extraterrestrial observatory (Egy űrbe helyezett obszervatórium űrbeli előnyei) címmel. Ebben a tudós egy világűrbe kihelyezett űrtávcső előnyeit tárgyalja részletesen.
Az egyik ilyen fő előny az ún. felbontóképességben rejlik. A csillagászati objektumok egy részénél fontos szempont az a legkisebb határ, amellyel két egymáshoz közeli objektum (kettős, vagy többes csillagrendszerek, távoli objektumok) még elválasztható egymástól, ám ezt jelentősen rontja az ún. diffrakció, vagy fényelhajlás, amelyet a légkör okoz. Ennek a jelenségnek jóval nagyobb hatása van a csillagászati megfigyelésekre, mint az ún. seeingnek, amely a légkör turbulenciái miatt ronthatja a megfigyelés minőségét és amely a csillagok „hunyorgásában” jelenik meg. Elméleti számítások szerint egy ún. diffrakció-határolt optika (mind amilyen egy, az űrbe kihelyezett 2,5 m tükörátmérőjű távcső lenne) optikai felbontása elérheti a 0,05 szögmásodpercet, szemben az akkori kor földi telepítésű távcsöveivel, amelyek felbontása ennél 10-20-szor rosszabb, 0,5-1 szögmásodperc közötti volt.
Spitzer másik fő előnyként azt fogalmazta meg, hogy egy űrbe telepített távcsővel infravörös és ibolyántúli tartományokban is lehetne megfigyeléseket folytatni, amelyek a földfelszínről lehetetlenek, mivel ezt a két hullámhossztartományt a légkör jelentősen szórja.

Spitzer elméleti munkája mellett Nancy Grace Roman elméletei számítottak az űrtávcső teoretikus megalapozásának sarokkövéül. A csillagász még jóval azelőtt, hogy bárki a megvalósításán gondolkodott volna, egy űrtávcsőről tartott előadásokat, összegezve az eszköz előnyeit és értékeit. Később, amikor hivatalos programként fogadták el az űreszköz építését, Roman lett a program tudományos vezetője (a NASA első női felső vezetője, Főcsillagász pozícióban) és a vezetésével alakították ki a csillagászati követelményrendszert, illetve ő fogalmazta meg a Kongresszus felé azokat a nyilatkozatokat, amelyek az 1970-es évek során a források megszerzésében segítette az űrhivatalt.

Kulcsszemélyiségek az eszköz tudományos előkészítésében

Az űrtávcső megszületésének két vezéregyénisége tehát Lyman Spitzer és Nancy Toman voltak. Előbbi teljes életét az űrtávcső megvalósításának szentelte. 1962-ben részt vett az Egyesült Államok Tudományos Akadémiájának címzett ajánlás megalkotásában, amely egy űrtávcső megépítését javasolta az USA űrprogramjának részeként, majd 1965-ben Spitzert jelölték annak a bizottságnak az élére, amely kidolgozta a tudományos célokat egy nagy űrbe telepített távcső részére. Roman pedig immár a NASA szervezetén belül állt az űrtávcső tudományos programja kidolgozásának élére, amelynek eredményeként vezető tudósként nemcsak a távcső, hanem további nagy tudományos projektek sztenderdjeit is összeállították az űrhivatalon belül. Munkásságáért a „Hubble Anyja” becenevet kapta a kollégáitól.

A HST előfutárai

Az olyan csillagászati megfigyelések, amelyek a Hubble későbbi megfigyeléseinek témájává váltak – főként a légkör akadályozó hatása miatt –, mint például az ibolyántúli spektrum megfigyelése csak a második világháború után kezdődtek el egyáltalán a magasba küldött rakétákra telepített múszerekkel. 1946-ban határozták meg először például a Nap ibolyántúli spektrumát. Az űrtávcsőéhez hasonló alapelvű megfigyelések pedig 1962-ben indultak, amikor a NASA felbocsátott az Orbiting Solar Observatory (OSO) nevű műholdját, amely röntgen-, UV és gamma-sugár spektrumon végzett méréseket.

Szintén 1962-ben az Egyesült Királyság bocsátott fel egy naptávcsövet az Ariel-program keretében Ariel–1 néven, igaz ez a repülés nem lett különösebben sikeres, mivel a Csendes-óceán felett repülve átrepült az amerikai Starfish Prime magaslégköri atomkísérlet nukleáris felhőjén, aminek sugárzása olyan mértékben károsította, hogy nem volt képes további megfigyelésekre.

1966-ban pedig ismét a NASA bocsátott fel újabb csillagászati műholdakat. Előbb az Orbiting Astronomical Observatory (OAO) startolt OAO-1 jellel 1966. április 8-án és vitt magával ibolyántúli, röntgen és gamma-sugár detektorokat, ám három nap után energiaellátási problémák miatt meghiúsult a küldetése (a napelemtáblákat nem lehetett megfelelő irányba fordítani és az így nem töltötte fel az akkumulátorokat). A sikertelen kísérletet 1968. december 7-én követte az OAO-2 Stargazer, amely ibolyántúli távcsöveket és más fotóelektronikus távcsöveket vitt magával és figyelt meg általuk csillagokat, galaxisokat – egy 5068 csillagból álló UV katalógust alkotva –, sőt még a Tago-Sato-Kosaka üstököst is megfigyelte.

A következő lépcső, az ember által lakott és működtetett Skylab űrállomás volt, amelynek az egyik fő-, központi műszere egy napobszervatórium volt. Az Apollo-program holdrepüléseinek lecsengése után egy hatalmas űrállomást küldött fel a NASA, amelyre egy, az Apollo holdkomp technikai bázisán létrehozott berendezést szereltek, amelybe összesen 8 fő műszert – röntgen távcsöveket, ultraibolya spektroheliográfot, spektroheliométert, spektrográfot, koronagráfot és hidrogén-alfa távcsöveket – szereltek, amelyek megfigyelésének egyetlen tárgya volt, a Nap. A Skylab napmegfigyelései voltak az első, átfogó nagy adatmennyiséget hozó program a témakörben és sok, áttörést jelentő eredményt hoztak.

A NASA számára az OSO és az OAO kísérletek eredményei mutatták meg, milyen szerepet képes játszani egy, a légkör fölé telepített űrobszervatórium. A NASA ezért 1968-tól kezdett el határozott terveket szőni egy 3 méter tükörátmérőjű tükrös rendszerű reflektor űrbe bocsátására és általa csillagászati észlelések végzésére. Ez a terv a Large Orbiting Telescope, vagy másképpen Large Space Telescope (LST) néven futottak egészen 1979-ig. A távcsővel kapcsolatos elképzelések hamarosan szorosan összekapcsolódtak a NASA egy másik projektjével, a Space Shuttle-lel, mivel a távcső a tervek szerint időszakos emberi beavatkozást, szervízküldetéseket igényelt, amelyre éppen az űrrepülőgép készült egy új fejlődési fokot jelentő képességet kínálni, olcsón.

A megvalósítás forrásainak megteremtése

Egy leendő űrtávcsőnek két hangos támogatói tábora volt, amelyek közös alapról indultak. A közös alap az OAO műholdak voltak, illetve azok sikere. A két támogatói tábor pedig az USA csillagászainak tudományos közössége és a NASA volt. Előbbiek mérhetetlenül hasznos megfigyeléseket kaptak az OAO szondáktól, míg a NASA továbblépésre érdemesnek találta ezt az újdonsült „sikerágazatot”. 1970-ben a NASA meg is alapított két bizottságot, amelyek feladata egy űrtávcső megalapozása volt. Az egyik bizottság technikai, mérnöki oldalról, a másik pedig a tudományos, csillagászati célok oldaláról. Ezekkel a kidolgozott alapokkal a NASA megtehette a következő lépést, forrásokért fordulhatott a törvényhozáshoz. A Kongresszus részletes kérdések elé állította a költségvetés szinte minden részletét és annak összeállítóit és már a tervezési fázisban visszavágott a költségkeretekből. Aztán 1974-ben, amikor általános költségvetési megszorítások jöttek el az amerikai gazdaságot érintő válság miatt, a Kongresszus az összes, űrtávcsövet érintő költségvetési juttatást teljesen törölte.

Az ügy 1977-ben került elő ismét. James C. Fletcher, a NASA főigazgatója ekkor egy jelképes 5 millió dolláros összeg elkülönítését javasolta az űrtávcső projekt elindításához. Természetesen ez az összeg semmire nem lett volna elég, hiszen az előzetes becslések is arról szóltak, hogy az űrtávcső egy rendkívül költséges berendezés lett volna, még drágább, mint a földi telepítésű társai és a bonyolultsága miatt ez a tervezésére is igaz lett volna. Az 5 millió dollár inkább egy politikai trükk volt: életben tartotta a témát a csillagászok között és mintegy jelet adott az 1974-es totális fiaskó után, hogy itt az ideje újrakezdeni a kampányt. Fletcher azzal is tisztában volt, hogy az ő kezdeményezése valószínűleg példátlan összefogásban fogja összekovácsolni a csillagásztársadalmat és az koncentrált "támadást" intéz a politikai döntéshozók felé. Fletcher taktikája, a politikai trükk bevált és a csillagászok amerikaszerte összehangolt lobbitevékenységbe kezdtek, erőteljesen hallatva hangjukat a korábbi költségmegvonás ellen és az űrtávcső megvalósítása érdekében, mégpedig az eredetileg javasolt költségkeretek között. A csillagászok felkeresték a kongresszusi képviselőiket és szenátoraikat, majd széleskorú levélíró kampányt szerveztek, amelyben a döntéshozókat bombázták az űrtávcső érdekében. A National Academy of Sciences is kiadott egy jelentést, amelyben erősen hangsúlyozta egy űrtávcső szükségességét. Az erőfeszítés végül elérte a célját és a Szenátus végül egyetértett abban, hogy az eredetileg a Kongresszushoz benyújtott költségvetés feléből kezdődjön meg a távcsőépítési projekt.

A költségvetési megszorítások aztán egy sor olyan alapvető változtatást indukáltak, amelyek végül visszaköszöntek a megvalósított végső kialakításba. Ezek legnagyobbika volt, hogy lecsökkentették az eszköz tükörátmérőjét 3 méterről 2,4 méteresre, illetve a távcső szerkezetének kialakítását is sokkal kompaktabbra és egyszerűbbre tervezték, csak, hogy költséget lehessen megtakarítani. Emellett tervben volt, hogy felküldenek egy 1,5 méteres átmérőjű technológiai tanulmány prototípust az űrbe, hogy előzetesen tesztelhessék az űreszköz rendszereit, ám a költségvetési megfontolások miatt ezt elvetették. Végül pedig a NASA megkereste az Európai Űrügynökséget, hogy távcsőidőért cserébe az nem szállna-e be az eszköz finanszírozásába, így keresve pótlólagos forrásokat. Az ESA elfogadta a felajánlott lehetőséget és az űrtávcső első generációs műszereiért (például a napelemtáblákért), valamint élőmukáért (amikor ESA mérnökök dolgoztak az építésen az Egyesült Államokban) cserébe az európai csillagászok rendelkezhetnek a távcsőidő 15%-val.

A Kongresszus végül az 1978-as pénzügyi évre szavazta meg az első költségvetési forrásokat azzal, hogy a felbocsátás 1983-ban lesz.

Névadás

1983-ban, amikor az eredeti tervek szerint a távcsőnek fel kellett volna jutni a világűrbe, az még nem állt készen rá. Ekkor a NASA egy PR dolgot tudott tenni, ellensúlyozandó a késések negatív sajtóját, nevet adott az addig LST (Large Space Telescope = Nagy Űrtávcső) munkanéven futó eszköznek. A névadásra házon belül került sor és a választás végül Edwin Hubble amerikai csillagászra esett, hogy az 1953-ban elhunyt tudósról nevezzék el azt. Hubble munkássága és felfedezései szorosan kapcsolódtak ahhoz a csillagászati területhez, amelyre az űrtávcsövet nagyrészt használni kívánták, a mélyűr tanulmányozására. Hubble volt az, aki felfedezte, hogy néhány korábban felfedezett, elmosódott csillagközi ködfolt nem a Tejútrendszer része, hanem azon túl helyezkedik el, azaz felfedezte az extragalaxisokat. Másik fontos felfedezése az univerzum tágulásához kapcsolódik. Tévesen neki tulajdonítják a vöröseltolódás felfedezését – azt valójában mások fedezték fel –, ám ő inkább összefüggést talált a megfigyelt objektumok távolsága és vöröseltolódása között, amelyet a Hubble-törvényben írt le és amelynek legfontosabb következtetésével széles körben ismertette el a világegyetem tágulását. A róla elnevezett távcső végül mind a távoli galaxisom megfigyelésében, mind a vöröseltolódás és az univerzum tágulásának igazolásában és pontosításában új távlatokat nyitó felfedezéseket tett.

A távcső gyártása és felépítése

A távcső gyártása a források megítélésekor indulhatott és szerepet kapott benne a NASA-n belüli és kívüli szervezet egyaránt:

• NASA Marshall Space Flight Center: Wernher von Braun egykori székhelye, többek között a Saturn V rakéta bölcsője kapta a feladatot, hogy megtervezze, kifejlessze és megépítse a távcsövet
• Goddard Space Flight Center: a NASA technológiai fejlesztésekért, tervezésért és tudományos kutatásokért felelős központja volt a felelős a tudományos berendezésekért, az általános irányításért és a földi irányításért
• Perkin-Elmer: az MSFC külső partnere, egy precíziós optikákért felelős gyártóüzem, amely a távcső optikai tubusának, azon belül is kiemelten a tükrének a gyártását kapta feladatul
• Lockheed: az űripari beszállító repülőgépgyár feladata lett annak a műholdnak a megalkotása, amelybe végül beintegrálták a távcsőtubust

A gyártás

Az űrtávcső gyártásánál lényeges szempont volt, hogy minden más távcsőnél is a végső teljesítményét a tükör és az optikai elemek tökéletességének mértéke határozza meg, ezért ezek meghatározásánál a végletek kihegyezték az elvárásokat. Egy tipikus távcső esetében a tükröt általában a látható fény hullámhosszának 1/10-e pontossággal szokás polírozni, ám ez a pontosság az űrtávcsőnél ~10 nanométer, azaz a fény hullámhosszának 1/50-de lett, hogy a látható fény mellett a rövidebb, ultraibolya tartományban is lehessen megfigyeléseket végezni és emellett a diffrakció határolt tulajdonságai is jelentősen nőttek ezáltal. A hullámhossztartomány másik végén, a hosszabb (pl. infravörös) hullámhosszakon nem volt szempont az megfigyelési pontosság optimalizálása – fűtőelemekkel például stabil 15°C-on tartják a tükör hőmérsékletét –, ezért a Hubble nem is igazán alkalmas infravörös megfigyelésekre.

A távcsőtükör gyártásához a Perkin-Elmer egy bonyolult, számítógép irányította polírozó gépet alkalmazott, ám később pont ez okozott olyan problémákat, hogy a NASA egyenesen veszélyben érezte a tükör elkészültét és azt kérte a Perkintől, hogy alvállalkozóként vonja be a Kodakot, aki hagyományos módszerrel egy tartalék tükröt készít (a Kodak az Itek céggel társulva maga is pályázott az eredeti tükörcsiszolási munkára, de a pályázatuk azt tartalmazta, hogy a két társaság majd kereszt-ellenőrzi a másik munkáját, amely félő volt, hogy majd pontosan ugyanazt a csiszolási hibát fogja eredményezni, amely végül be is következett az elsődleges tükörnél). Végül mindkét cég elkészítette a maga tükrét, a Kodaké azóta a Nemzeti Űrhajózási és Repülési Múzeum kiállítási tárgya Washington D.C.-ben, az Itek gyártmánya pedig a Magdalena Ridge Obszervatórium 2,4 méteres távcsövébe került beépítésre.

A tükör gyártása végül 1979-ben kezdődött a P-E-nél és egészen 1981 májusáig eltartott. A gyártás során a Perkin-Elmer egy 130 rúdból álló szerkezettel szimulálta a tükröt a súlytalanságban érő erőket. A gyártási folyamat, a tükör teljes elkészülte 981 végéig tartott, amihez a polírozott üveglapot előbb 9100 liter ioncserélt vízzel lemosták, majd jöhetett egy alumínium és egy harmad olyan vékony magnézium-fluorid reflexiós réteg. A gyártási folyamat legnagyobb problémája azonban az volt, hogy a Perkin-Elmer kezei között a produktum elkészülte folyamatosan csúszott és a költségek egyre jobban túllépték a tervezett mértéket. A NASA hamar elégedetlen lett a cég vezetői folyamataival, amelyek a csúszások és költségtúllépések fő okának látszottak és ennek ellensúlyozására egyrészt leállították a munkát a Kodaktól rendelt tartalék tükrön, másrészt kénytelenek voltak a műhold startját 1984 októberére halasztani. Még később a Perkin-Elmer teljes kompetenciája teljesen megkérdőjeleződött, amikor előbb negyedévenként egy további hónapot ért el a további csúszás, majd végül minden egyes napra jutott egy határidő csúszással érintett másik nap. A NASA így kénytelen volt a startot előbb 1986 májusára, majd szeptemberére halasztani. Mindeközben a projekt költségei felszöktek az 1,175 milliárd dollárra.

A távcsőtubust magába fogadó műhold szerkezet építése sokkal simábban ment, mint az optikai tubusé. A Lockheednek sokkal több tapasztalata volt az űrhajóépítésben, ám azért nekik is sikerült belefutni 1985 nyaráig egy három hónapos határidő és kb. 30%-os költség túllépésbe.

Az optikai tubus

A HST optikai kialakítását tekintve egy Cassagrain reflektor, annak is egy speciális változata, egy Ritchey–Chrétien-távcső. Ezt a kialakítást azért választották, mert a két hiperbolikus tükör nagyon jó képalkotást tesz lehetővé, széles látómező mellett, ellene pedig az szólt, hogy bonyolult és nehéz tükör legyártása és tesztelése – olyan tényezők, amelyek mindegyike végül igazolást nyert a kész távcsőben –.

A távcső optikai részében a fő részegység a főtükör volt, amely 2,4 méter átmérőjű lett. Anyaga ultra alacsony hőtágulású üveg, amelyet a Corning Glass Work üzemében gyártottak. Maga az üvegtábla is különleges kialakítású: szendvics szerkezet, alul és felül két vékony, könnyű üveglap, közötte pedig egy méhsejt szerkezet. Ezzel a technológiával sikerült a tükör teljes tömegét 3,6 tonnáról – egy tömör üvegkorong tömegéről – 800 kg körülire csökkenteni. Ezt a felületet csiszolta a Perkin-Elmer a kívánt alakúra és látta el reflexív bevonattal, amelyben a tükröző felület két rétegből áll. Alul egy 65 nanométer vastagságú alumíniumréteg, erre felvíve egy 25 nanométeres magnézium-fluorid réteg. A főtükör konkáv, hiperbolikus formájú tükör, fókusztávolsága 57,6 méter, ún. f-száma pedig 1/24, tömege 828 kg. A főtükör lapja egy szekérkerék formájú tartószerkezeten nyugszik, amely a távcső egyik fő tehertartó eleme is, egy külső és belső gyűrűvel és I-gerendákból álló küllőkből.

A Cassagrain rendszernek köszönhetően a HST-nek egy segédtükre is van, amely 30 cm átmérőjű és 12,4 kg tömegű Zerodur üveg, ugyancsak alumíniummal és magnézium-fluoriddal bevonva. A távcsőtubus hossza 13,4 méter (éppen a Cassagrain kialakítás kompakt volta teszi lehetővé, hogy egy 57,6 m fókusztávolságú optikai rendszert ilyen rövid tubusba lehessen illeszteni). A segédtükör lényegében egy ketrecben ül, amit 48 rácselem tart három gyűrűn és egy központi tartószerkezeten, ami grafit és szálerősített epoxy elemekből áll. A tubus külső átmérője 2,9 méter.

A műhold

Az optikai tubust magába fogadó űreszköz, a műholdszerkezet is különleges volt a maga nemében. A legnagyobb tervezési kihívást az jelentette, hogy a távcsőnek adott esetben extrém hosszú ideig kell „mereven egy pontot néznie” az égen, azaz a térbeli helyzetét stabilan egy meghatározott égterületre fixálva repülnie. Mindeközben azonban egy kb. másfél órás keringés során kétszer lép át a Föld megvilágított és sötét félgömbje fölé, ami óriási hőmérséklet különbségeket jelent aközött, amikor a Nap megvilágítja és amikor nem (a legtöbb űreszköznél például a napsütés okozta hőterhelést hőkiegyenlítő forgással kompenzálják, oszlatják el, ám a távcsőnél ez szóba sem jöhetett). Az a hőmérséklet tartomány, amelyben a Hubble dolgozik, hozzávetőleg +/- 100 °C közötti és napjában 16-szor történik váltás a pozitív és a negatív hőmérsékleti zóna között. A hőmérséklet hatásai ellen egy többrétegű szigetelést jelentő külső takaró védi a berendezést, amelyet egy vékony alumínium héj vesz körbe. A héjat grafitváz tartja a helyén. A gyártás során különös kockázatot jelentett, hogy a grafit higroszkópos tulajdonságú, azaz a környezetében levő vízpárát elnyelheti és az űrbe kerülve a víz megfagy. Ezért a gyártás során, hogy a Lockheed tisztaüzemében esetleg jelenlevő vízpárát elhajtsák a szerkezettől, a startig nitrogéngázos tisztítást alkalmaztak.

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

A Hubble képeinek javulása az első karbantartó repülés után. A kép a Messier 100 spirálgalaxist ábrázolja

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

A Servicing Mission 3B egyik űrsétáján az űrhajósok (James H. Newman és Michael J. Massimino, utóbbi repül az SM–4-en is) kiszerelik a FOC-t, hogy helyére az ACS-t építsék

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

Egy csillag hibás képe a WFPC kamerával

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.

Indításkor (1990)	SM1 (1993)	SM2 (1997)	SM3-A (1999)	SM3-B (2002)	SM4 (2009)
Wide Field and Planetary Camera WFPC (1)	Wide Field and Planetary Camera 2 WFPC 2				Wide Field Camera 3 WFC 3
Goddard High-Resolution Spectrograph GHRS		Near Infrared Camera and Multi-Object Spectrometer NICMOS
High Speed Photometer HSP	Corrective Optics Space Telescope Axial Replacement COSTAR				Cosmic Origins Spectrograph COS
Faint Object Camera FOC				Advanced Camera for Surveys ACS
Faint Object Spectrograph FOS		Space Telescope Imaging Spectrograph STIS

A WFPC2 képe. A bejövő képet négy részre osztják, három rész a nagylátószögű, egy a fele akkora látómezejű (kétszer akkora felbontású) bolygókamerára jut, emiatt van a WPFC2 képeinek „lépcsős” alakja

Nagyon távoli galaxisok infravörös képe, a NICMOS felvétele

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 150 000 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 2021. december 25-én bocsátották fel.

2021 óta a Hubble többször is biztonsági üzemmódba kapcsolt műszaki problémák miatt; ilyenkor a tudományos munka szünetel, és a földi személyzet próbálja elhárítani a hibát. 2023 novemberére azonban a hat giroszkópjából már csak három maradt, és ezek közül is meghibásodott az egyik.

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 ultraibolya 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

• HUBBLE INSTRUMENTS. [2010. június 19-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2010. augusztus 3.)
• ↑ Spitzer: Lyman Spitzer: History of the Space Telescope. (angolul) (hely nélkül): Quarterly Journal of the Royal Astronomical Society. 1979.  
• ↑ Dunar;Waring: Andrew J. Dunar és Stephen P. Waring: The Hubble Space Telescope: Power to Explore: History of Marshall Space Flight Center 1960–1990. (angolul) (hely nélkül): NASA. 1999. ISBN 978-0-16-058992-8  

További információk

A Wikimédia Commons tartalmaz Hubble űrtávcső témájú médiaállományokat.

• Robin Kerrod: Hubble. Ablak a Világegyetemre; ford. Both Előd; Gabo, Budapest, 2005
• Így készülnek a Hubble-fotók - a nyers képtől a magazinokig. Knights of Cydonia Region, 2009. március 1. (Hozzáférés: 2009. március 5.)
• Így készülnek a Hubble-fotók - a színek és a tudomány. Knights of Cydonia Region, 2009. március 5. (Hozzáférés: 2009. március 5.)
• Dancsó, Béla: A nagy túlélő: 20 éves a Hubble-űrtávcső (1. rész). Űrvilág.hu, 2010. április 24. [2010. április 27-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2010. május 2.)
• Dancsó, Béla: A nagy túlélő: 20 éves a Hubble-űrtávcső (2. rész). Űrvilág.hu, 2010. április 25. [2010. április 27-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2010. május 2.)
• Dancsó, Béla: A nagy túlélő: 20 éves a Hubble-űrtávcső (3. rész). Űrvilág.hu, 2010. április 26. [2010. április 29-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2010. május 2.)
• Németh, Péter: STS-144.... Űrvilág.hu, 2009. szeptember 14. [2013. június 13-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2010. május 21.)