A harmincéves Hubble-sztori

4483

Ha megkérnénk az utca (csillagászati érdeklődésű) emberét, hogy nevezzen meg egy híres teleszkópot, a válasz szinte garantáltan a Hubble lenne. Az űrtávcső gyakorlatilag mindent végigmért a Naprendszer bolygóitól a korai Univerzum galaxisaiig, forradalmasította az extragalaktikus csillagászatot és a kozmológiát, nem mellesleg pedig látványos felvételei révén a csillagászati ismeretterjesztés egyik legerősebb eszközévé vált. A NASA és az ESA 2,4 méter átmérőjű tükrös távcsöve idestova harminc éve kering a Föld körül, közelgő, április 24-i születésnapja pedig remek alkalmat kínál arra, hogy áttekintsük történetét.

A Hubble-űrtávcső, ahogy a Discovery űrsikló legénysége látta az 1997-es szervizmisszió során. (Forrás: NASA)

Az űrbe telepített teleszkópok ötlete még az első űreszköz sikeres felbocsátását is megelőzte, ugyanis már a XX. század első felében megszülettek az első ilyen irányú tervek. A későbbi Hubble-űrtávcső ötlete egészen 1946-ra vezethető vissza, amikor is Lyman Spitzer, amerikai csillagász (akiről szintén űrtávcsövet neveztek el) egy cikkében felvázolta az űrcsillagászat két legfontosabb előnyét a földfelszíni megfigyelésekkel szemben. Egyrészt egy ilyen eszköz felbontóképességét (vagyis két megfigyelt objektum közti szögtávolság, más szóval szeparáció) a földi légkör turbulenciája (ezek miatt látjuk a csillagokat vibrálni, pislákolni) nem korlátoznák, amely nagyságrendnyi javulást jelenthet ezen a téren. Másrészt a földi légkör széles, főleg az emberi szem számára láthatatlan hullámhossztartományokon elnyeli a világűrből érkező elektromágneses sugárzás (hétköznapi nevén fény) jelentős részét, alapvető információkat rejtve el a Világegyetemről.

A földi légkör eltérő mértékben nyeli el az elektromágneses sugárzást (fényt)
annak különböző hullámhosszain (színeiben). (Forrás: gsp.humboldt.edu)

A XX. század második felében az űrtechnika rohamos fejlődése megnyitotta a kaput az űrtávcsövek kora előtt. Kezdetben elsősorban a NASA részéről volt meg az igény, valamint az anyagi és technológiai erőforrások, hogy a földfelszínről nem tanulmányozható hullámhosszakon is készüljenek asztrofizikai mérések. Ebből kifolyólag a ’70-es évektől először a gamma-, röntgen- és UV-tartományon érzékeny detektorok voltak az első űrtávcsöveken; 1983-ban pedig már a Föld körüli pályán volt az infravörösben működő IRAS is. A Hubble tehát közel sem első volt a sorban, azonban a látható fény tartományán nem is érte volna meg dollárszázmilliókért az űrbe küldeni egy közepes teleszkópot. Ennek megfelelően egy nagy méretű, optikai tartományon (is) működő, csúcstechnológiás detektorokkal felszerelt űrteleszkóp megépítését hosszú tervezési folyamat előzte meg. A NASA már 1970-ben felállított egy műszaki és egy tudományos bizottságot, amely a későbbi űrtávcső működését és céljait hivatott meghatározni. Az évtized közepén a költségvetés megteremtésére (a politikai szelek ellen) tett hatalmas erőfeszítések és végül az Európai Űrügynökség (ESA) bevonása tette lehetővé, hogy elkezdődhessen a kivitelezés, amelynek az eredeti céldátuma 1983 volt. A műszaki és financiális problémák mellett a Challenger űrsikló 1986-os katasztrófája is hátráltatta az indulást. Ebből már kitalálható, hogy a kezdetben csak Large Space Telescope (Óriási Űrtávcső) néven futó projekt ugyan a befejezés közelében sem volt az eredetileg kitűzött dátumig, de legalább addigra elnyerte végleges nevét: Hubble Space Telescope (HST).

Ugyan a NASA finanszírozta a Hubble-űrtávcső építési költségeinek nagyobbik részét, az Európai Űrügynökség egészítette ki a büdzsét, valamint vállalta a napelemek és az egyik detektor fejlesztését, cserébe a távcsőidő 15%-áért. (Forrás: ESA Hubble facebook oldal)

Névadója, az amerikai Edwin Powell Hubble, a XX. század első felének egyik legnagyobb hatású csillagásza, az extragalaktikus csillagászat egyik úttörője. Számos, addig mindössze ,,ködként” kezelt objektumról igazolta, hogy valójában a Tejútrendszerhez hasonló távoli galaxis. Ezek segítségével kimutatta, hogy minél távolabb van egy galaxis, annál nagyobb sebességgel távolodik tőlünk. Ez a végül róla elnevezett törvény volt az Univerzum tágulásának első megfigyelési bizonyítéka, amely a ma általánosan elfogadott ősrobbanás-elmélet egyik alapjául szolgál.

Edwin Hubble, ahogy a leggyakrabban pózolt: elmaradhatatlan pipájával a távcső mellett. (Forrás: bbc.co.uk)

A Hubble-űrtávcső végül 1990. április 24-én a Discovery űrsikló fedélzetén kelhetett útra. Ekkorra a projekt az eredetileg 400 millió dolláros költségvetés helyett már nagyjából 4,7 milliárd (majdnem 12-szer több) dollárt emésztett fel, amelynek (bár az ESA is kivette belőle a részét) döntő többségét továbbra is az amerikai adófizetők állták. Ennek megfelelően az űrtávcső közvetlen irányítása kezdetektől fogva a Goddard Space Flight Center feladata, míg a mérési program megtervezését és összeállítását a Space Telescope Science Institute (STScI) kutatói végzik. Nem csoda tehát, hogy a Hubble ,,amerikai” távcsőként vonult be a köztudatba; ahogyan az sem, hogy elsősorban az USA-ban váltottak ki komoly kritikákat az űrtávcső első felvételei.

A Nagy-Magellán-felhőben található fényes csillag, a 30 Doradus képe egy földfelszíni teleszkóp (balra), illetve a Hubble 1991-es felvételén (középen), valamint jobbra: ilyennek kellett volna lennie…

Ekkor derült ki ugyanis, hogy a teleszkóp nem ad teljesen fókuszált képet…. Az ok drámai volt: a 2,4 méter átmérőjű főtükör felületét nem a kívánt alakúra csiszolták, így a tükör széléről a fény nem a megfelelő helyre fókuszálódott (lásd a képen). A ,,félrecsiszolás” mértéke mindössze 2,2 mikrométer volt (összehasonlításképp: az emberi hajszál vastagsága nagyságrendileg 50-200 mikrométer), ám a Hubble-tól elvárt pontosság szintjén ez a parányi különbség már katasztrofális következményekkel járt.

Amikor még úgy tűnt, hogy minden rendben: a Hubble-űrtávcső főtükre a NASA összeszerelő laboratóriumában, 1990-ben. (Forrás: NASA)

A NASA mérnökein és döntéshozóin egyaránt hatalmas volt a nyomás, hogy mihamarabb orvosolják a problémát. Az első lépésben időt nyertek. Hogy a Hubble ne álljon (pardon, keringjen) tétlenül évekig, a kezdeti időszakban naprendszerbeli fényes égitesteket választottak megfigyelési célpontoknak, amelyek esetében elhanyagolható volt a képalkotási hiba hatása. Az eredetileg halvány égitestek megfigyelésére tervezett űrtávcsövet így olyan olyan célpontok felé fordították, amelyeket talán sosem fotóztak volna le vele; de felkerült a repertoárba a hét elérhető bolygó (a Föld és a Merkúr kiesett, a Pluto azonban kihagyhatatlan volt). Szintén ennek az időszaknak a gyümölcse volt az 1993-as Shoemaker-Levy 9 üstökös nyomon követése, amint a Jupiter gravitációjának hatására előbb feldarabolódott, majd 1994 júliusában a bolygóba csapódott.

Ez nem sorozatfelvétel, hanem egyetlen kép: a Shoemaker-Levy 9 üstökös darabokra szakadva száguld a Jupiter felé. (Forrás: NASA/ESA/STScI)

Mindazonáltal a NASA-nál igyekeztek nem a végletekig feszíteni az adófizetők idegeit, és szinte azonnal előálltak az egyetlen lehetséges megoldással, a helyszíni javítással. Az ember nem cserél ki egy 2,4 méteres főtükröt (főleg nem az űrben), ha nem muszáj, viszont a képfeldolgozó algoritmusok segítségével sikerült visszafejteni a problémát. Az elkészített képek alapján meghatározták, hogy pontosan hogyan torzul a kép, az milyen tükördeformitás eredménye, és azt pontosan milyen korrekciós optika lenne képes kijavítani. 1993 decemberében az első szervizküldetés során az Endeavour legénysége sikeresen szerelte be az űrtávcsőbe a COSTAR névre keresztelt korrekciós lencsét – a Hubble gyakorlatilag szemüveget kapott. Ehhez fel kellett áldozni a High Speed Photometer nevű detektort (hiába, egy űrtávcső belsejében nincs felesleges hely), ám ez csekély ár volt az azóta készített sok ezer briliáns csillagászati felvételért.

Hubble-evolúció: a Hubble-űrtávcső WFPC1 kamerája által készített kép az M100 galaxisról 1993 novemberében (balra), ugyanezen célobjektum a korrektoroptikával megtámogatott WFPC2 felvételén az 1993 decemberi szervizmissziót követően (középen), valamint a jelenleg is használt WFC3 detektorral elérhető képminőség (jobbra). (Forrás: NASA, ESA, STScI és Judy Schmidt)

A HST alacsony Föld körüli pályán kering, átlagosan 550 km-re bolygónk felszínétől, felépítését pedig eleve úgy tervezték meg, hogy a szervizmissziók javításokat végezhessenek rajta, meghosszabbítva ezzel az űrtávcső élettartamát. Moduláris műszerek cseréje révén pedig a technika fejlődése mellett is a legmodernebb detektorok szolgáltathatták az adatokat. Az SM-1 sikere pedig igazolta is ezen küldetések létjogosultságát, így 1997 és 2009 között további négy szervizküldetés járt a Hubble-nál. Ezek során rendre cserélték az űrtávcsövek stabilitását biztosító, egyben azok Achilles-sarkát jelentő giroszkópokat, az eredeti öt detektort pedig további hat követte. Nem túlzás tehát azt állítani, hogy a Hubble-űrtávcső belsejében (természetesen a főtükröt leszámítva) alig-alig akad már az eredeti műszerek közül.

A fiúk a Hubble-n dolgoznak… Steven Smith és Mark Lee, a Discovery asztronautái az űrtávcső javítása közben, 1997 februárjában. (Forrás: NASA/ESA)

A távcső eddigi 30 éve során ún. űrobszervatóriumként üzemelt, ami azt jelenti, hogy (elviekben) bármely kutató számára elérhetőek a Hubble szolgálatai. Ehhez „mindössze” egy tudományosan alátámasztott, új eredményekkel kecsegtető kutatási tervvel kell megpályázni a kívánt „távcsőidőt”, hogy olyan kutatásokat végezhessenek el az űrtávcsővel, amelyeket más eszközzel nem lenne lehetséges megvalósítani. Ugyanakkor a pályázatok számára évente kiosztott távcsőidő nem fedi le a Hubble teljes hasznos időtartamát. Már a tervezés elején kulcsprogramokat határoztak meg, amelyek számára fenn kellett tartani a megfigyelési idő bizonyos hányadát. Ez utóbbiak zöme leginkább az extragalaktikus térség vizsgálatát, valamint az Univerzum tágulását meghatározó Hubble-paraméter pontosítását tűzte ki célul. Egyebek mellett a kulcsprogramok közé tartozott a korai, extrém halvány galaxisokat azonosító Hubble (Ultra/Extra) Deep Field projekt, illetve a kozmológiai távolságmérést lehetővé tevő szupernóvák megfigyelése is, amelyek révén az Univerzum gyorsuló tágulását (Nobel-díjat érően) igazolták a kutatók.

Részlet a Hubble Ultra Deep Field felvételből. Szerte a képen fellelhető kisebb-nagyobb fénypöttyök nem csillagok, hanem galaxisok! (Forrás: NASA/ESA)

A 30 év alatt megannyi felfedezés és hihetetlen mennyiségű adat gyűlt össze. A mintegy 1,4 millió megfigyelés több mint 17 000 tudományos cikkhez szolgáltatott adatokat. Önmagában ez a szám, na meg a rájuk érkező kb. 870 000 hivatkozás is jól mutatja, hogy a Hubble mind a mai napig a csillagászati detektorok legszűkebb élvonalába tartozik; ez pedig fordítva is igaz: a Hubble távcsőidejéért a legjobb szakemberek állnak sorba. A szakmai eredmények mellett pedig az adatok sem vesznek a feledés homályába, az űrtávcső összes mérése visszakereshető és (a féléves moratórium leteltét követően) letölthető.

A legnagyobb űrtávcsővel és földfelszíni obszervatóriumok mérései alapján készült tudományos publikációk száma 1996 és 2019 között. A Hubble-űrtávcsövet (HST) csak az ESO fél tucat obszervatóriuma együttesen tudta lenyomni. (Forrás: ESO)

Végül, de nem utolsósorban amellett sem szabad elmennünk, hogy a Hubble-űrtávcső nem csupán a kutatói társadalom számára adott egy életre elegendő felfedezni valót. Ki ne találkozott volna már a Hubble neve által fémjelzett színpompás és részletgazdag felvételekkel az évek folyamán? Az adófizető „közönség” kiszolgálása természetesen velejárója a NASA munkájának, ennek megfelelően az STScI szakemberei rendszeresen készítenek felvételeket a Hubble-el kimondottan ismeretterjesztő vagy éppen esztétikai célzattal épp úgy, mint a szakmai eredmények illusztrációjához a hétköznapi sajtóban. A Hubble-höz kötődő számos tudomány-népszerűsítő projekt közül kiemelendő a Hubble Heritage Project (Hubble-örökség), amelyet csillagászok egy kicsiny csoportja alapított és tart fenn a mai napig. Honlapjukon a leglátványosabb felvételek és összeállítások találhatóak meg, közérthető magyarázattal és érdekességekkel társítva.

A Hubble-űrtávcső egyik leghíresebb felvétele, a Teremtés oszlopai, sűrű gáz- és porfelhők a Sas-ködben. (Forrás: NASA, ESA és a Hubble Heritage Team (STScI/AURA))

Az űrtávcső három évtizedes pályafutása során már jócskán túl van a 150 000. Föld körüli keringésén, ami alatt bőven több mint 6,5 milliárd kilométert tett meg bolygónk körül a kicsit több mint 12 tonnás, bő 13 méter hosszú eszköz. Kevés ezekhez a számokhoz fogható tudományos eszközt lehet találni az emberiség történetében, és a HST még korántsem fejezte be a kutatást. Habár űreszköz létére már így is matuzsálemi kort élt meg, egyelőre nem úgy tűnik, hogy a közeljövőben nyugdíjba vonulna. Az űrtávcsövek élettartamát leggyakrabban korlátozó giroszkópokból a 2009-es utolsó szervizmisszió során szereltek be három új, hosszú élettartamú darabot, amelyek jelenleg is hiba nélkül üzemelnek. A keringési pályája pedig bár véges, de még hosszú ideig stabil; a 2020-as évek végéig biztosan nem kell aggódni a felsőlégkör okozta súrlódás és légkörbe való belépés miatt. Így elviekben az sem elképzelhetetlen, hogy még a Hubble-űrtávcső negyvenedik születésnapját is megünnepelhetjük.

A több mint 10 milliárd dollárba kerülő James Webb Space Telescope lenyűgöző tükre a NASA tesztlaboratóriumában. Csak éppen már évek óta az űrben kellene lennie. (Forrás: NASA)

Manapság mégis mind gyakrabban találkozhatunk a „Hubble-utód” kifejezéssel. Nem véletlenül, ugyanis a NASA kimondva-kimondatlanul a James Webb Space Telescope-ot szánja arra a célra, hogy átvegye a Hubble örökségét. Ugyan mind tervezési, mind megfigyelési szempontból számos különbséggel bír az infravörös tartományra szabott JWST, a rövid (négyévesre tervezett) működése során valóban hasonlóan formálhatja majd az Univerzumról alkotott képünket, ahogyan a Hubble tette az elmúlt 30 évben. Már ha egyszer végre munkába áll. A JWST-t a NASA laboratóriumában már összeszerelték, és ha minden a tervek szerint halad (nem úgy halad), a jelenlegi ütemezés szerint akár jövőre útnak indulhat az eszköz. Addig viszont (és talán azután is…) a Hubble marad az emberiség első számú űrtávcsöve.

A NASA-nál is készülnek a 30. születésnapra.

A Hubble-űrtávcső három évtized alatt nem csak a csillagászat és kozmológia szakterületeit forradalmasította mérési eredményeivel, de felvételei révén emberek milliót nyűgözte le vagy éppen inspirálta – laikust és szakértőt egyaránt. Nem túlzás tehát azt állítani, hogy az emberiség történetének legfontosabb távcsöve tölti be hamarosan a harmadik X-et… Mi pedig csak jó egészséget kívánhatunk a következő évekre is!

Szerzők: Ordasi András & Barna Barnabás

Hozzászólás

hozzászólás