HST (Hubble Space Telescope)

Hubblův kosmický dalekohled (HST=Hubble Space Telescope) byl vynesen na oběžnou dráhu Země na nízkou oběžnou dráhu (600 km) americkým raketoplánem Discovery v roce 1990. Jeho umístění mimo zemskou atmosféru umožňuje pořizovat velmi ostré snímky vesmírných těles. Od svého vypuštění se stal jedním z nejdůležitějších dalekohledů v historii astronomie a významně se zasloužil o prohloubení poznatků o vesmíru. Přispěl k mnohým klíčovým objevům, které pomohly astronomům lépe porozumět základním problémům astrofyziky. Velmi ceněné jsou například snímky tzv. Hubblových hlubokých polí (Hubble ultra deep fields) s nejvzdálenějšími objekty, které zatím lidstvo bylo schopno ve vesmíru pozorovat.

Realizace kosmického dalekohledu, jehož optický výkon by byl alespoň o řád lepší, než ty nejlepší pozemní teleskopy, se však ukázala mimořádně tvrdým oříškem. Plánovaná cena zařízení byla podstatně překročena, když se ukázalo, jak obtížné je přesné navádění přístroje na nízké oběžné dráze kolem Země. Nízká dráha byla nutná zejména kvůli zajištění údržby teleskopu v průběhu patnácti let. To však přinášelo nemalá omezení, jelikož dalekohled nemůže pracovat v okolí jasných těles jako jsou Slunce, Měsíc a Země, což vyžaduje velmi důmyslné manévrování při nastavování teleskopu na cíl.

Původní termín na vypuštění Hubblova teleskopu v roce 1983 se podstatně oddálila kvůli havárii raketoplánu Challenger roku 1986. Hubblův kosmický teleskop se dostal na oběžnou dráhu až koncem dubna 1990 a po dvou měsících testování se ukázalo, že tvar primárního zrcadla je vadný (2,4 m zrcadlo je příliš mělké a způsobuje problémy) a dále, že se dalekohled rozkmitává vinou tepelného namáhání při přechodu z denní oblohy na noční a naopak.

Obě tyto závady těžce poznamenaly plánovaný program prvních roků práce HST na oběžné dráze, neboť obrazy kosmických objektů se nedařilo dostatečně zaostřit a delší expozice byly problematické. Jediné přístroje, které tím příliš netrpěly, byly spektrografy (GHRS i FOS). Rychlý fotometr HSP na tom nebyl zrovna nejlépe a největší potíže byly s oběma kamerami (WFPC i FOC), které prostě nemohly sledovat tak slabé objekty, na jaké byl HST především konstruován, neboť citlivost teleskopu byla o plné dva řády horší, než požadovala specifikace.


Ke cti NASA je třeba s odstupem času konstatovat, že příslušní odborníci velmi rychle nalezli příčinu všech obtíží a tak umožnili zvolit optimální postupy pro jejich odstranění. Z různých variant byla vybrána jako nejlepší řešení korekční optická aparatura COSTAR v ceně 30 milionů dolarů a tepelná izolace úchytů panelů při prvním údržbě teleskopu koncem roku 1993. Obětí tohoto řešení se však stal jinak velmi kvalitní rychlý fotometr HSP, na jehož místo byl COSTAR jako blok zasunut. Dalším krokem byla výměna všech setrvačníků. Současně se další problémy řešily úpravami počítačových programů pro řízení teleskopu (potlačení kmitů sluneční panelů) a programů pro redukci snímků (počítačové zaostření výsledných snímků ze znalosti funkce optické neostrosti v důsledku nesprávného tvaru primárního zrcadla). Přestože si obě opravy vyžádaly nemalé náklady, bohatě se vyplatily. Při testech počátkem roku 1994 se ukázalo, že HST má nyní lepší technické parametry, než předpokládala původní specifikace.

HST si však prožil novou slabou chvilku skoro v nejméně vhodný okamžik. Pátého července roku 1994 teleskop zamrzl v klidové poloze vinou poruchy paměti palubního počítače. Když technici poruchu identifikovali a vadný úsek paměti odpojili, signalizovala telemetrie výpadek setrvačníků, ale naštěstí se brzy ukázalo, že jde jen o chybu obslužného softwaru a setrvačníky jsou v pořádku. HST tak mohl být po čtyřdenní závadě opět spuštěn -právě včas, aby mohl sledovat očekávané dopady úlomků komety Shoemaker-Levy 9 na Jupiter.

Koncem června 1996 pořídil teleskop již 100 000 snímků oblohy (o čtyři roky dříve, než se původně plánovalo) a v únoru 1997 se uskutečnila druhá údržba HST, při níž byly spektrografy GHRS a FOS nahrazeny mnohem účinnější kombinací kamer a spektrografů. Bohužel, spojení v aparatuře NICMOS způsobilo předčasné vyčerpání zásoby tuhého dusíku již počátkem ledna 1999, namísto plánovaného počátku roku 2002.

Koncem roku 1998 obsahoval archiv HST na 150 tisíc snímků oblohy. To už byl však na obzoru další problém, spočívající opět v nespolehlivých setrvačnících. NASA proto přeložila první část další plánované údržby z roku 2000 na říjen 1999, jenže termín se kvůli technickým problémům s raketoplánem nepodařilo dodržet a mezitím selhal čtvrtý setrvačník, takže od poloviny listopadu byl HST poprvé během své historie dlouhodobě zazimován. Opravy se naštěstí stihly do konce roku 1999 takže před přechodem do roku 2000 byl teleskop zase v pořádku. Lednové testy v roce 2000 dokonce ukázaly, že HST je v podstatně lepším technickém stavu, než byl v době vypuštění, na čemž má údržba z paluby raketoplánů největší podíl.

Příští údržba je plánována na červen 2001, kdy dostane novou kameru ACA, a poslední na rok 2003, kdy už nebude potřebný korekční systém COSTAR, jenž nahradí nový ultrafialový spektrograf COS. NASA předběžně počítá s provozem HST i po konci jeho nominální životnosti v roce 2005, ale nikoliv s další údržbou či obměnou přístrojů. Není vyloučeno, že na své konci životnosti bude HST snesen v raketoplánu zpět na Zemi ja poputuje do muzea.

Hubblův kosmický teleskop byl konstruován tak, aby získal co nejvíce informací o jen málo probádaných atronomických záhadách. Nejdůležitějšími úkoly Hubblova teleskopu byly rozčleněny do několika projektů, na které se měl teleskop soustředit, jakmile mu to jeho technický stav po roce 1993 dovolil. Úkoly, které patřily do nejvýznamnějších projektů (tzv. klíčových projektů) byly takové, které v dané době nešlo uskutečnit žádnou jinou dostupnou technikou, a přitom měly velký vliv na rozvoji astronomie a astrofyziky. Dále následovaly úkoly, vybírané na základě konkursního řízení speciální porotou, k tomu pak aktuální projekty, schvalované přímo ředitelem Ústavu pro kosmický teleskop a zbytek tvořilo asi 0,5%  úkolů, které byly vyhrazeny projektům astronomů-amatérů.

 

Všechny úkoly byly rozčleněny do následujících projektů:

  •   Hubblova konstanta Ho

Naprosto nejdůležitějším úkolem HST mělo být zpřesnění hodnoty Hubblovy konstanty Ho . Ta nám udává rychlost rozpínání vesmíru (v jednotkách km/s/ na jeden Mpc), jejíž převrácená hodnota nám dává horní mez stáří vesmíru ve standardním kosmologickém modelu velkého třesku. Pro teleskop to znamenalo určovat vzdálenosti galaxií v kupě v Panně pomocí pulzujících hvězd, jež jedině HST dokázal v této vzdálenosti (kolem 20 Mpc) rozpoznat. Projekt se mohl rozběhnout až po instalaci korekční optiky primárního zrcadla, tj. od jara 1994. Velké týmy autorů získaly potřebné údaje pro desítky pulzujících hvězd v každé z vybraných galaxií, ale výsledek celého snažení není úplně uspokojivý. Výsledné hodnoty Ho jsou stále zatíženy řadou vnitřních i vnějších chyb a nejistota v určení Ho činí stále kolem 15 procent, nepočítáme-li s rizikem soustavných chyb, které vůbec nejsou vyloučeny. S nepříliš velkou jistotou lze říci, že výsledná hodnota Ho bude nakonec blízká číslu 65, což dává horní hranici stáří vesmíru kolem 14 miliard let.

  •   Hubblova hluboká pole (HDF)

S tímto projektem se před startem vůbec nepočítalo. S nápadem pořídit snímky nejvzdálenějších možných kosmických objektů přišel až druhý ředitel Ústavu pro kosmický teleskop Robert Williams, jenž mu zasvětil značnou část vyhrazeného "ředitelského" pozorovacího času. Astronomové nejprve vybrali vhodnou oblast na obloze, kde podle dosavadních vědomostí nevadí úbytek světla v Mléčné dráze a kde, v zorném poli širokoúhlé kamery HST, nebyly žádné objekty jasnější než 20 mag. Takto vybrané pole v souhvězdí Velké medvědice o plošné výměře 4 čtverečních minut bylo koncem prosince 1995 snímkováno po dobu 100 hodin ve čtyřech filtrech (UBVI). R. Williams též rozhodl, že snímky budou ihned po základním předzpracování uvolněny pro veřejnou potřebu, což neobyčejně zpopularizovalo celý projekt, který se stal doslova zlatým dolem pro odborníky a zdrojem obdivu široké laické veřejnosti. Na složeném barevném snímku lze rozpoznat na 3000 galaxií, kdežto jenom několik desítek hvězd naší Galaxie. Je zcela nepochybné, že nejslabší objekty na záběru HDF-N patří k nejvzdálenějším objektům v pozorovaném vesmíru, tedy i k nejstarším útvarům z doby, kdy vesmír měl pouhých 10 procent dnešního stáří.

  •   Supermasivní černé díry

Vynikající rozlišovací schopnost HST umožnila studovat podrobně oblasti jader bližších galaxií. Především v galaxii M31 v Andromedě, ale pak zejména v obří eliptické galaxii M87 v kupě v Panně se tak podařilo odhalit jasná bodová jádra. Měřením pohybů hvězd v okolí těchto jasných jader lze při známé vzdálenosti galaxie od nás určit i postupnou oběžnou rychlost hvězdy, tj. z Keplerova zákona i hmotnost a rozměry jádra. Dnes lze tudíž s velkou pravděpodobností tvrdit, že rozměr jader odpovídají dobře Schwarzschildovým poloměrům příslušně masivních černých děr. Zdá se, že téměř všechny klasické spirální galaxie mají ve svém nitru supermasivní černé díry, úměrné hmotnosti celé galaxie. To naznačuje, že vznik supermasivních černých děr souvisí se samotným způsobem, jak vznikají galaxie.

  •   Vznik a vývojová stádia hvězd

HST byl neobyčejně úspěšný při hledání hvězdných kolébek v nejrůznějších mlhovinách. V obří mlhovině v Orionu M42 našel i protoplanetární prachové disky kolem velmi mladých hvězd, tzv. proplydy. Možná nejnádhernějším snímkem HST se staly barevné kompozice Orlí mlhoviny M16 v souhvězdí Hada, jež zobrazují tmavé pilíře chladného plynu a prachu, ohraničené světlými lemy a "prsty", na jejich špičkách evidentně vznikají hvězdy přímo před našima očima. HST pomocí aparatury NICMOS rovněž kvalitně zobrazil Pistolovou mlhovinu ve Střelci v infračerveném pásmu, vzdálenou od nás téměř 8 kpc a zastíněnou hustými mezihvězdnými mračny. Mateřská hvězda, ozařující mlhovinu, patří k nejsvítivějším hvězdám, které známe.

Když v únoru 1992 vzplanula jasná nova v Labuti (V1974 Cyg), poskytlo to již v květnu 1993 příležitost poprvé zobrazit rozpínající se obaly kolem vybuchujícího bílého trpaslíka a odtud určit vzdálenost novy trigonometrickou cestou (cca 1,8 kpc), což dává možnost kalibrovat i vzdálenosti nov, určené běžnými nepřímými metodami. Podobně se podařilo rozlišit podrobnosti rozpínajících se obálek a prstenců kolem pozůstatku supernovy 1987A ve Velkém Magellanově mračnu, jež vzplanula ještě před startem HST. V posledních dvou letech HST nalézá zjasnění v rovníkovém prstenci. Rychlý fotometr HSP však nenašel žádné příznaky výskytu pulsaru ve zbytku supernovy, což budí dohady, že neutronová hvězda dlouho nevydržela, zhroutila se a vznikla z ní černá díra.

HST se zdařilo velmi kvalitně zobrazit osamělou neutronovou hvězdu v pozůstatku po supernově Geminga v Blížencích, a určit tak i její vlastní pohyb. Naprosto rozhodující úlohu pak sehrál HST při hledání optických dosvitů po zdrojích záření gama. Jeho výtečná citlivost umožnila studovat některé dosvity tak dlouho, až se na pozadí vynořila mateřská galaxie. Tak se nezávisle potvrdilo, že většina těchto zdrojů leží v kosmologických vzdálenostech, což lze považovat minimálně za objev desetiletí.

Stejně tak se zdařilo zobrazit povrch veleobrů typu Betelgeuze či blízkých mirid (R Aqr, R Leo, W Hya) -jde  vůbec první zobrazení povrchů hvězd, vzdálenějších než Slunce. Tyto hvězdy zřejmě vůbec nejsou kulově souměrné a na jejich povrchu se vyskytují horké i chladné skvrny velkých rozměrů.

Snad vůbec nejpůsobivější záběry HST se týkají planetárních mlhovin s často až neuvěřitelnou strukturou a morfologií. Zvlášť snímky Prstencové mlhoviny v Lyře (M 57), Hlemýždě (Helix) ve Vodnáři a Eskymáka (NGC 2392) patří k opravdovým hvězdným zážitkům, což ovšem znamená i velký pokrok v chápání jednotlivých vývojových etap hvězd na hlavní posloupnosti.

  •   Dopad komety na Jupiter

Když byla v roce 1993 objevena podivná kometa Shoemaker-Levy 9, brzy se díky HST ukázalo, že se skládá z více než 22 oddělených jadérek s vlastními komami a chvosty. Z výpočtů pak jednak vyplynulo, že se kometa stala gravitačním zajatcem Jupiteru už někdy počátkem dvacátého století, a dále že prodělala těsné přiblížení k této planetě v roce 1992, kdy byla právě roztrhána slapovými silami na jednotlivé úlomky. Následně se ukázalo, že osud úlomků je zpečetěn, jelikož se v průběhu července 1994 postupně srazí s Jupiterem. Pozorování HST ukázalo jednak slapové protažení úlomků těsně před dopadem na planetu a jednak tmavé oválné skvrny na místě dopadu. V několika případech se podařilo zjistit i kometární hřiby, vystupující do výšky několika tisíc km nad atmosféru po výbuchu tzv. ohnivé koule v samotné atmosféře. Materiál z hřibů se pak po balistických drahách vracel zpět do atmosféry planety a tak se podařilo objasnit celý složitý děj průběhu unikátní kosmické srážky. Ani tento pozorovací projekt nebyl přirozeně předvídán. Ukazuje se, že štěstí stálo na naší straně; srážky komet s Jupiterem se odehrávají v průměru jednou za tisíc let.

  •   Povrch planet

Ačkoliv se může zdát, že jde o vytažení kanónu na vrabce, pozorování planet Mars, Jupiter, Saturn, Uran, Neptun a planetky Pluto přineslo jedinečné záběry, nevídané od časů kosmických sond (někdy se proto HST přezdívá "Voyager 3") a v případě Pluta naprosto první úspěšné zobrazení jeho povrchu. Velký význam mělo snímkování Saturnu v roce 1995 během "zmizení" prstenů, kdy se podařilo jednak určit rozměry stavebních kamenů prstenů na desítky metrů a jednak souhrnnou tloušťku prstenů na jeden kilometr.

 

Vypuštění HST (Hubblova vesmírného dalekohledu) do vesmíru znamenalo převrat v astronomii. Se zrcadlem o průměru 2,4 metru sice nemohl sběrnou plochou porazit v té době největší pozemní dalekohled BTA–6 nacházející se na Kavkazu v jižním Rusku, (který má zrcadlo o průměru 6 metrů) ale poskytl pozorovatelům jedinečnou výhodu, kterou ruský dalekohled nemohl vykompenzovat. Nacházel se na nízké oběžné dráze a díky tomu neměla zemská atmosféra žádné negativní vlivy na jeho pozorování.

 

Následující fotogalerie Vám možná přiblíží pohled, jakým se tento teleskop díval na vesmír.

 

Zdroje:

http://hubblesite.org/gallery

http://www.ian.cz/detart_fr.php?id=279