Telescopul spațial Hubble

Telescopul spaţial Hubble
Telescopul Spaţial Hubble văzut de pe naveta spaţială Discovery în timpul celei de-a doua misiuni destinată telescopului STS-82.
Lungime de undă	optic, ultraviolet, infraroşu apropiat
Cod NSSDC	1990-037B
Localizare	Orbită joasă faţă de Pământ
eliptică	eliptică
Durată orbită	96 – 97 minute
Lansat	24 aprilie 1990
Masă	11 110 kg
Stil telescop	reflector Ritchey-Chretien
Diametru	2,4 m
Zonă de colectare	aprox. 4,3 m²
NICMOS	cameră infraroşu/spectometru
ACS	cameră optică (eşuat)
WFPC2	cameră cu câmp vizual larg
STIS	spectometru optic, cameră (eşuat)
FGS	trei senzori ghizi de fineţe
Prezență online	http://www.nasa.gov/hubble http://hubble.nasa.gov http://hubblesite.org http://www.spacetelescope.org

Telescopul Spaţial Hubble (HST) este un telescop plasat pe orbită în jurul Pământului şi numit după astronomul Edwin Hubble. Este poziţionat în afara atmosferei terestre, ceea ce îi dă un avantaj semnificativ faţă de telescoapele de pe Pământ, imaginile nefiind perturbate de către turbulenţele atmosferice, iar telescopul putând capta informaţii şi în spectrul ultraviolet, lungimi de undă care în mod normal sunt puternic atenuate de către stratul de ozon al Pământului. De la lansarea lui, în 1990, a devenit unul dintre cele mai importante instrumente din istoria astronomiei. Cu el, astronomii au făcut numeroase observaţii, care au dus la descoperiri în astrofizică. Camera cu câmp foarte larg al lui Hubble furnizează cele mai detaliate imagini în lumină vizibilă, realizate vreodată.

De la conceperea în 1946 şi până la lansarea lui, proiectul construirii unui telescop spaţial a fost întârziat de amânări repetate şi probleme de buget. Imediat după lansarea din 1990 s-a descoperit că oglinda lui principală suferea de o aberaţie sferică, aberaţie care compromitea grav capacităţile telescopului. Totuşi, după o misiune de întreţinere din 1993, telescopului i s-au redat calităţile preconizate în proiect, devenind un instrument vital atât pentru astronomie, cât şi pentru publicul larg. Telescopul Spaţial Hubble (HST) face parte din programul NASA Great Observatories (rom: Mari Observatoare Spaţiale), alături de Observatorul Compton pentru raze Gamma, Observatorul Chandra pentru raze X şi Telescopul Spaţial Spitzer. Hubble este rezultatul unei colaborări între NASA şi Agenţia Spaţială Europeană (ESA).

Despre Hubble

Fișier:Upgrading Hubble during SM1-2.jpg

Secvenţa din timpul Misunii de Întreţinere 1

Hubble este singurul telescop spaţial conceput pentru a fi întreţinut în spaţiu de către astronauţi. Până la această dată, au fost patru misiuni de întreţinere, o a cincea fiind planificată pentru septembrie 2008. Prima misiune de întreţinere a avut loc în decembrie 1993, când a fost corectată aberaţia sferică a oglinzii telescopului. A doua misiune de întreţinere a fost efectuată în februarie 1997 când au fost adăugate două noi instrumente. A treia misiune de întreţinere s-a efectuat în două etape: SMA3A din decembrie 1999 când la telescop s-au făcut reparaţiile urgente, urmată de SMA3B din martie 2002 când a fost montată Advanced Camera for Surveys (ACS - Camera avansată de supraveghere).

Faţă de situaţia din momentul SM3B, Hubble două instrumente ştiinţifice au devenit indisponibile, ele ieşind din funcţiune. La bordul telescopului sunt şase giroscoape, dintre care numai trei sunt folosite în mod curent la observaţii. Totuşi, după alte eşecuri ale acelor giroscoape şi pentru a mări durata de viaţă a telescopului, s-a luat în august 2005 decizia de a opri unul dintre cele trei giroscoape care funcţionau de obicei. Acum Hubble foloseşte doar două giroscoape alături de senzori pentru reglajul fin. Acest mod de lucru dă rezultate excelente, Hubble realizând în continuare imagini de foarte bună calitate. Sunt în cercetare giroscoapele care vor fi montate pe telescop la a patra misiune de întreţinere.

Modul de funcţionare al telescopului spaţial Hubble.

Cele două instrumente ştiinţifice sunt Spectometrul Vizual al Telescopului Spaţial care s-a oprit din funcţiune în august 2004, Advanced Camera for Surveys, care s-a defectat în urma unor operaţiuni în ianuarie 2007 (totuşi, ea mai poate da imagini în spectrul ultraviolet). În prezent, (mijlocul lui 2007) observaţiile de pe Hubble sunt obţinute cu Wide Field and Planetary Camera 2 (Camera planetară şi de câmp larg) şi cu Near Infrared Camera and Multi-Object Spectrometer (Camera pentru spectru infraroşul apropiat şi spectometrul multiobiect). Astrometrul este fixat pe Fine Guidance Sensor (senzori pentru reglajul fin al poziţiei). Fără o corectare a orbitei sale, orbita HST se va micşora, ceea ce va duce la o reintrare în atmosferă a telescopului spaţial după 2010.

După dezastrul din 2003 al Navetei Spaţiale Columbia, cea de-a cincea misiune de întreţinere care era iniţial programată pentru 2004 a fost amânată de mai multe ori din motive de siguranţă. NASA a hotărât că o misiune care implică omul este prea periculoasă datorită faptului că Staţia Spaţială Internaţională (SSI) ar fi prea departe pentru ca astronautul să se adăpostească acolo în caz de pericol. Naveta Spaţială nu poate să călătorească între orbita Telescopului spaţial Hubble şi cea a Staţiei Spaţiale Internţionale. NASA şi-a reconsiderat ulterior părerea şi pe 31 octombrie 2006, administratorul NASA Mike Griffin a dat undă verde pentru a cincea misiune de întreţinere, care va fi găzduită de Naveta Spaţială Atlantis. Misiunea, acum, este planificată pentru septembrie 2008. Ca o măsură de precauţie, NASA va avea pe rampa de lansare de la Centrul Spaţial Kennedy, Complexul 39B şi Naveta Spaţială Discovery, care va ajuta cealaltă navetă spaţială în caz de urgenţă. Următoarele reparaţii vor face ca Telescopul spaţial Hubble să funcţioneze până în 2013 când va fi lansat succesorul lui, Telescopul Spaţial James Webb, care va fi mult superior. Acesta însă va putea face observaţii doar în infraroşu, Hubble rămânând principalul telescop spaţial pentru observarea spectrelor vizibil şi ultraviolet.

Concepţie, design şi scopuri

Propuneri şi precursori

Fișier:Lyman spitzer c1.jpg

Lyman Spitzer, tatăl telescopului spaţial

Istoria Telescopului Spaţial Hubble începe în 1946 când astronomul Lyman Spitzer a scris un referat întitulat Avantajele astronomice ale unui telescop pe orbită, în afara atmosferei terestre. În acesta, autorul a vorbit despre cele două mari avantaje ale unui telescop spaţial. Primul avantaj ar fi că rezoluţia unghiulară (puterea separatoare cea mai mică pentru care două obiecte să fie văzute distinct) va fi limitată doar de difracţie, nu şi de turbulenţele atmosferice de pe Pământ, care dau efectul de sclipire al stelelor. Telescoapele de pe Pământ sunt limitate la rezoluţii de 0,5 – 1,0  secunde de arc, prin comparaţie cu rezoluţia teoretică limitată doar de difracţie, de 0,1 secunde de arc pentru un telescop cu o oglindă de 2,5 m diametru. Al doilea avantaj este că un telescop spaţial poate face observaţii şi pentru lungimi de undă din spectrele infraroşu şi ultraviolet, care sunt puternic absorbite de atmosfera terestră.

Spitzer şi-a dedicat mare parte a carierei militând pentru construirea unui telescop spaţial. În 1962 un raport al Academiei Naţionale de Ştiinţe a Statelor Unite ale Americii recomanda dezvoltarea unui telescop spaţial în cadrul Programului Spaţial Uman şi în 1965 Spitzer a fost numit coordonatorul comitetului care să definească obiectivele telescopului spaţial.

După cel de-al doilea război mondial astronomia spaţială începuse puţin să se dezvolte, oamenii de ştiinţă folosind tehnologia rachetelor, utilizată în război. Primul spectru ultraviolet al Soarelui a fost obţinut în 1946. În 1962 Regatul Unit a lansat un telescop care avea o traiectorie în jurul Soarelui, ca parte a programului spaţial Ariel, iar în 1966 NASA a lansat primul Orbiting Astronomical Observatory (OAO - Observator astronomic orbital). Primului Observator astronomic orbital, după numai 3 zile i s-a stricat bateria, ca urmare misiunea s-a terminat. A fost urmat de Observatorul astronomic orbital nr. 2, care a observat stelele şi galaxiile în ultraviolet, de la lansarea lui din 1968 până în 1972, mult peste durata de viaţă estimată.

Misiunile Observatoarelor astronomice orbitale au demonstrat rolul important al telescoapelor spaţiale în astronomie, iar în 1968 NASA a planificat construirea de telescoape spaţiale cu oglindă de 3 m în diametru, cunoscute temporar sub numele de Large Orbiting Telescope (Marele Telescop Orbital) sau Large Space Telescope (Marele Telescop Spaţial) (LST), cu o lansare programată în 1979. Aceste planuri au evidenţiat faptul că, pentru a asigura o durată de viaţă cât mai îndelungată pentru un proiect atât de costisitor lansarea telescoapelor spaţiale trebuia urmată de inevitabile misiuni umane în spaţiu pentru reparaţii. Astfel a apărut ideea unei navete spaţiale reutilizabile, tehnologie care a devenit disponibilă curând după aceasta.

Problema finanţărilor

Machetă a Telescopului spaţial Hubble din Marshfield, Missouri, Statele Unite.

Succesul continuu al programului OAO a încurajat un puternic consens între astronomi cum că Marele Telescop Spaţial va fi o mare realizare. În 1970 NASA a format două comitete, unul care să se ocupe de partea tehnică a proiectului telescopului spaţial şi cealaltă care să determine obiectivele ştiinţifice ale misiunii. Odată ce acestea au fost stabilite, următorul pas era cel ca NASA să obţină fonduri pentru instrument, mult mai mari decât pentru orice alt telescop terestru. Congresul Statelor Unite ale Americii a ezitat asupra mai multor aspecte ale bugetului propus pentru telescop, cerând mai multe reduceri de buget în stadiile de cercetare. În acel moment cheltuielile vizau studiile detailate ale unor potenţiale noi instrumente pentru acel telescop şi partea de logistică. În 1974, reducerile de cheltuieli bugetare promovate de Gerald Ford au condus la anularea tuturor fondurilor dedicate proiectului unui telescop spaţial.

Ca răspuns la aceasta, o mişcare naţională de lobby a fost iniţiată de către astronomi. Mulţi astronomi s-au întâlnit cu senatorii şi congresmenii americani în persoană, şi au fost iniţiate campanii de petiţii pe scară largă. În final, Academia Naţională de Ştiinţe a SUA a publicat un raport dedicat telescopului spaţial, iar Senatul american a deblocat jumătate din fondurile cerute Congresului prima dată.

Problema fondurilor a dus la o reducere a scării proiectului, cu propunerea de a micşora diametrul lentilei de la 3 m la 2,4 m, ambele pentru a reduce costurile prevăzute iniţial şi a conferi o construcţie cât mai compactă potrivită a telescopului. La varianta propusă privind un telescop spaţial precursor cu un diametru de 1,5 m, care să testeze sistemul celui care îl va urma s-a renunţat, iar nesiguranţa financiară a scăzut şi ea odată cu începerea colaborării cu Agenţia Spaţială Europeană. ESA a fost de acord să furnizeze materialele primei generaţii de instrumente pentru telescop, celulele solare pentru energia telescopului, precum şi oameni care să lucreze în SUA în schimbul faptului ca astronomii europeni să folosească telescopul în 15 % din timpul său. Congresul a aprobat în final finanţarea de 36 000 000 USD pentru anul 1978, începând astfel proiectarea Marelui Telescop Spaţial, cu lansarea estimată în anul 1983. La începutul anilor 1980 s-a hotărât ca numele telescopului să fie dat după numele lui Edwin Hubble, cel care a făcut una dintre cele mai revoluţionare descoperiri ale secolului al XX-lea, cea că universul se extinde.

Construcţie şi tehnică

Şlefuirea oglinzii principale a Telescopului Spaţial Hubble a început la corporaţia Perkin-Elmer, Danbury, Connecticut, în mai 1979. Inginerul din imagine este Dr. Martin Yellin, un inginer optician care lucra la Perkin-Elmer în cadrul proiectului.

Odată ce proiectul telescopului spaţial a pornit, activitatea s-a împărţit între mai multe instituţii. Centrului pentru Zbor Spaţial Marshall (MSFC) i-a revenit responsabilitatea proiectării, dezvoltării şi construcţiei telescopului, în timp ce Centrului pentru Zbor Spaţial Goddard i-a fost încredinţată partea privind instrumentele optice ştiinţifice şi conducerea misiunii de la sol. Marshall s-a unit împreună cu compania Perkin-Elmer pentru a proiecta şi construi Optical Telescope Assembly (Ansamblul Optic al Telescopului) şi Fine Guidance Sensors (Senzorii pentru Reglajul Fin) pentru telescopul spaţial. Lockheed a primit sarcina de construi naveta spaţială în care să fie transportat pe orbită telescopul spaţial.

Ansamblul Optic al Telescopului (OTA)

Diagrama interioară a Telescopului spaţial Hubble.

Cea mai importantă parte a telescopului erau oglinda şi sistemele optice, care trebuiau construite conform specificaţiilor. Oglinzile telescoapelor trebuiau realizate cu o precizie de aproximativ o zecime din lungimea de undă a luminii vizibile, dar deoarece telescopul spaţial urma să fie folosit şi la observaţii în ultraviolet sau infraroşul apropiat, cu o rezoluţie de zece ori mai bună decât telescoapele din trecut, oglinda lui trebuia şlefuită cu o precizie de 1/20 din lungimea de undă specifică luminii vizibile, aproximativ 30 nanometri.

Perkin-Elmer intenţiona să utilizeze calculatoare puternice pentru a îndeplini sarcina de şlefuire şi tot aceleaşi calculatoare pentru a da forma oglinzii, formă cerută de NASA. Această tehnologie a întâmpinat mai multe dificultăţi decât se aşteptau producătorii. Ca urmare, firmei Kodak i-a revenit sarcina de a construi o oglindă de rezervă, prin metodele tradiţionale de şlefure. Oglinda Kodak este expusă şi în prezent la Institutul Smithsonian. Construcţia oglinzii Perkin-Elmer a început în 1979, folosind o sticlă foarte stabilă dimensional.

Şlefuirea oglinzii a început în 1979 şi a continuat până în mai 1981. Procesul de şlefuire a durat mult mai mult decât era prevăzut iniţial şi a costat mai mult. Pentru a face economie, NASA a oprit construcţia oglinzii Kodak. A modificat data lansării ca fiind octombrie 1984. Oglinda a fost terminată la sfârşitul anului 1981 prin adăugarea unui strat reflector de aluminiu subţire de 75 nm şi a unui strat protector de fluorură de magneziu de 25 nm.

Totuşi, au existat voci care îşi exprimau îndoiala privind competenţa firmei Perkin-Elmer de a lucra în acest important proiect (OTA), în care s-au investit mulţi bani, programul fiind foarte încărcat. Ca urmare a întârzierilor NASA a amânat data lansării pe aprilie 1985. Dar cum Perkin-Elmer nu putea respecta programul, pierzând câte o lună la fiecare pateru luni lucrate, în fiecare zi întârzierea creştea. NASA a fost din nou nevoită să amâne data lansării prima oară pentru martie 1986, iar apoi pentru septembrie 1986. Până acum proiectul costase 1175 milioane de USD.

Naveta purtătoare

Fazele iniţiale ale construcţiei HST, 1980.

Naveta purtătoare în care avea să fie transportat telescopul şi instrumentele sale a fost o altă problemă inginerească majoră. Trebuia să reziste la trecerile bruşte de la zona luminată de Soare, la cea umbrită de Pământ, treceri care produc schimbări bruşte de temperatură. Soluţia a fost una ingenioasă, şi anume un strat multiplu înconjurat de o carcasă de aluminiu uşor care să menţină temperatura în interior constantă, şi în care să stea telescopul şi instrumentele auxiliare. În interiorul carcasei de aluminiu, un cadru de fibră de carbon cu grafit şi epoxy urma să ţină instrumentele aliniate.

Deşi construcţia navetei purtătoare în care să stea telescopul şi instrumentele sale a început mai bine decât OTA, Lockheed a avut şi ea probleme cu bugetul şi cu programul. În vara lui 1985 construcţia a fost gata, dar cu trei luni întârziere şi cheltuindu-se cu 30 % mai mult decât se crezuse iniţial. Un raport al Centrului pentru Zbor Spaţial Marshall spunea că Lockheed a ţinut cont mai mult de directivele NASA decât să de propiile lor idei.

Suportul de la sol

În 1983, în urma unor controverse între NASA şi comunitatea ştiinţifică, a fost înfiinţat Institutul Ştiinţific al Telescopului Spaţial. Institutul Ştiinţific al Telescopului Spaţial a fost condus de Ascociaţia Americană a Universităţilor Pentru Cercetare în Astronomie (AAUC) din campusul Universităţii Johns Hopkins din Baltimore, una din cele 32 de universităţi americane afiliate la acest proiect (AAUC).

Institutul Ştinţific al Telescopului Spaţial era responsabil pentru operaţiunea ştiinţifică de a prelua datele de la telescop şi a le furniza astronomilor, o responsabilitate pe care NASA voia să o păstreze pentru ea, dar oamenii de ştiinţă voiau să se ajungă la un acord academic. Partea tehnică urma să fie furnizată de către NASA la Centrul pentru Zbor Spaţial Goddard din Greenbelt, Maryland, 48 kilometri sud faţă de Institutul Ştiinţific al Telescopului Spaţial. Operaţiunile lui Hubble urmau să fie monitorizate timp de 24 de ore pe zi de o echipă de controlori de zbor care au lucrat şi la operaţiunile de lansare ale telescopului pe orbită.

Space Telescope European Coordinating Facility (Punctul European de Coordonare a Telescopului Spaţial) a fost stabilit la Garching bei München lângă München în 1984 pentru a face accesibilă informaţia provenită de la telescopul spaţial şi astronomilor de pe „bătrânul continent”.

Un dezastru numit Challenger

La începutul anului 1986, când lansarea părea posibilă în octombrie, dezastrul navetei spaţiale Challenger a determinat o pauză în programul spaţial al SUA, ţinând la sol toate navetele spaţiale pentru mai mulţi ani, astfel fiind amânată şi lansarea telescopului spaţial. Toate componentele au fost ţinute în încăperi curate până când lansarea a fost reprogramată, o situaţie costisitoare, care a mărit bugetul şi-aşa depăşit de nenumărate ori.

În final, când s-au reluat zborurile spaţiale, evenimentul mult aşteptat a fost programat pentru 1990. În pregătirile finale pentru lansare praful care se adunase pe oglinzi a trebuit înlăturat cu jeturi de azot, iar toate sistemele au fost verificate serios pentru a se asigura că funcţionează. În sfârşit, pe 24 aprilie 1990, misiunea spaţială STS-31 de pe Naveta Spaţială Discovery a lansat pe orbită Telescopul Spaţial Hubble.

De la costul iniţial estimat la 400 milioane USD, costul construcţiei ajunsese acum la 2,5 miliarde USD. Costul total al Telescopului spaţial Hubble până în 1999 era situat între 4,5 şi 6 miliarde USD din partea SUA, iar din partea europeană 593 milioane de euro.

Instrumente

Fișier:STS31 carries Hubble to orbit.jpg

Misiunea STS-31 lansează Telescopul spaţial Hubble pe orbită.

Când a fost lansat, Telescopul spaţial Hubble (TSH) era echipat cu 5 instrumente ştiinţifice: Camera foto cu câmp larg şi planetar, Spectrograful de înaltă rezoluţie Goddard, Fotometru de mare viteză, Camera foto pentru obiecte neclare şi Spectrograful pentru obiecte neclare. Camera foto cu câmp larg şi planetar a fost un aparat de fotografiat cu înaltă rezoluţie ce avea scopul de a lua imagini din spaţiu. A fost construit de unul dintre laboratoarele NASA şi i-au fost incorporate un set de 48 filtre (optice) pentru a izola liniile spectrale de interes astrofizic. Instrumentul conţinea 8 chipuri CCD distribuite în 2 camere foto, fiecare folosind 4 chipuri CCD. Camera cu „câmp larg” convertea un câmp unghiular larg la dimensiunile rezoluţiei fotografiei în timp ce „camera planetară” lua imagini la o distanţă focală mai mare decât alte aparate foto (imaginea avea o putere de mărire considerabil îmbunătăţită).

Spectrograful de înaltă rezoluţie Goddard a fost un spectrograf menit să opereze în domeniul ultraviolet . A fost construit la Centrul Spaţial Goddard şi putea ajunge la o rezoluţie spectrală de 90 000. De asemenea, tot pentru observaţii în ultraviolet au fost optimizate şi Camera foto pentru obiecte neclare şi Spectograful pentru obiecte neclare, ambele fiind capabile să obţină cea mai înaltă rezoluţie dintre toate instrumentele de pe Hubble. Camera foto pentru obiecte neclare a fost construită de Agenţia Spaţială Europeană în timp ce Spectograful pentru obiecte neclare a fost construit de Corporţia Martin Marietta. Ultimul instrument era Fotometrul de mare viteză, proiectat şi construit la Universitatea Madison Wisconsin. A fost optimizat pentru lumina vizibilă şi în ultraviolet a stelelor variabile şi altor obiecte astronomice care variază în strălucire. Putea efectua până la 100 000 de măsurători pe secundă cu un fotometru (astronomic) cu o acurateţe de aproximativ 2 % sau mai bună.

Sistemul de direcţie a Telescopului spaţial Hubble putea fi folosit ca instrument. Având trei senzori pentru reglajul fin cu un scop primar de a ţine telescopul stabil pe poziţia necesară pe parcursul realizării unei fotografii exacte, dar poate fi folosit şi ca astrometru (foarte precis); face măsurări cu o acurateţe de până la 0,0003 secunde de arc.

Oglinda defectă

Comparaţie între imaginea galaxiei M100 - înainte şi după misiunea de întreţinere din 1993.

La câteva săptămâni de la lansarea telescopului imaginile primite de echipa de la sol arătau că exista o problemă serioasă la sistemul optic. Deşi primele imagini păreau să fie mai clare decât imaginile de pe Pământ, telescopul eşua în încercarea de a găsi o bună focalizare finală, iar imaginile care trebuiau să fie de cea mai bună calitate erau de fapt mult inferioare faţă de ce se pronosticase. Imaginile unui punct sursă se întindeau pe o rază de o secundă de arc sau chiar mai mult în loc de a avea un punct întins pe un cerc de 0,1 secunde de arc în diametru, aşa cum era prevăzut în caietul de sarcini. Detalii tehnice pot fi văzute la en Graficele post-reparţie.

Analiza imaginilor greşite a arătat cauza problemei: oglinzii primare i s-a dat la sol o formă greşită. Deşi a fost probabil cea mai precisă oglindă făcută vreodată, oglinda a fost prea turtită pe margini. Greşeala a fost de numai 2,3 micrometri, dar urmările au fost catastrofale: o aberaţie sferică gravă, adică un defect prin care lumina reflectată de marginea oglinzii focaliza în alt punct decât cel în care focaliza lumina reflectată de centrul oglinzii.

Impactul defectului oglinzii asupra observaţiilor ştiinţifice varia în funcţie de subiectul acestor observaţii - partea centrală a oglinzii, cu aberaţia privind împrăştierea punctului, era destul de precisă ca să permită observaţii reuşite de înaltă rezoluţie asupra unor obiecte luminoase, iar partea de spectroscopie nu era practic afectată. Însă pierderea de lumină datorată haloului produs de defocalizare a redus drastic utilitatea telescopului în cazul observării obiectelor slab luminoase sau a imaginilor cu contrast mare. Ca o consecinţă, aproape toate programele cosmologice erau imposibil de derulat deoarece ele necesitau observarea unor obiecte foarte puţin luminoase. NASA şi telescopul au devenit subiect de bancuri, iar proiectul era privit ca un elefant alb. (De exemplu, într-unul din filmele The Naked Gun, Hubble era pus alături de Titanic, Hindenburg, şi Edsel).

Originea problemei

Analizând imaginile unor surse punctiforme, astronomii au calculat constanta conică a oglinzii. Aceasta avea valoarea de −1.01324, în loc de −1.00230 — cum era dorit. Acelaşi număr a fost calculat şi analizând instrumentele care măsoară cu precizie curbura suprafeţelor polizate, folosite de Perkin-Elmer pentru a realiza profilul oglinzii, ca şi prin analiza interferogramelor obţinute în timpul testelor la sol.

S-a înfiinţat o comisie, condusă de Lew Allen, director la Jet Propulsion Laboratory, pentru a determina modul în care a apărut eroarea. Comisia Allen a descoperit că instrumentele folosite de Perkin-Elmer pentru măsura curburii fuseseră incorect asamblate. Astfel, lentila de câmp a acestuia fusese plasată greşit cu doar 1.3 mm.

În timpul polizării oglinzii, cei de la Perkin-Elmer îi analizaseră suprafaţa cu alte două corectoare, ambele indicând, corect, că oglinda suferea de aberaţii de sfericitate. Aceste teste fuseseră gândite anume pentru a elimina posibilitatea apariţiei unor aberaţii optice majore. În ciuda îndurmarelor scrise de asigurare a calităţii, compania a ignorat aceste rezultate ale testelor, întrucât se credea că cele două corectoare erau mai puţin precise decât dispozitivul primar care raporta că oglinda are formă perfectă.

Comisia a plasat vina pentru erori în primul rând pe Perkin-Elmer. Relaţiile dintre NASA şi compania de aparatură optică au fost încordate pe parcursul construcţiei telescopului datorită numeroaselor întârzieri şi depăşiri de costuri. NASA a considerat că Perkin-Elmer nu a privit oglinda telescopului ca pe o componentă crucială a contractului şi că această companie era sigură de faptul că NASA nu putea merge la o companie concurentă odată procesul de polizare început. În timp ce comisia a criticat dur compania Perkin-Elmer pentru aceste disfuncţionalităţi, NASA a fost şi ea criticată pentru că nu a corectat problemele de control al calităţii, cum ar fi baza pusă pe rezultatele unor teste efectuate cu un singur instrument.

Proiectarea unei soluţii

Oglinda de rezervă construită de Eastman Kodak pentru telescopul spaţial Hubble. Astăzi se află în Muzeul Naţional Aerospaţial din SUA. A fost corect şlefuită dar niciodată argintată.

Proiectul telescopului inclusese dintotdeauna misiuni de întreţinere, iar astronomii au început imediat să caute soluţii potenţiale ale problemei, de implementat cu prima misiune de întreţinere, programată în 1993. În vreme ce Kodak şi Itek şlefuiseră deja oglinzile de rezervă pentru Hubble, ar fi fost imposibil de înlocuit oglinda pe orbită, şi prea scump şi de durată să se aducă telescopul temporar pe Pământ pentru operaţii. În schimb, faptul că oglinda fusese şlefuită atât de precis în forma greşită a condus la proiectarea unor noi componente cu aceeaşi eroare, dar în sens opus, Pentru a fi adăugate la telescope cu ocazia misiunii de întreţinere, acţionând efectiv ca nişte "ochelari" care corectează aberaţia.

Din cauza modului în care au fost proiectate instrumentele, erau necesare două seturi diferite de corectoare. Proiectul camerei planetare şi de câmp larg (WF/PC) includea oglinzi de retransmitere ce aveau rolul de a direcţiona lumina pe opt cipuri CCD diferite care îi compuneau cele două camere, şi eroarea inversă ar fi putut fi indusă suprafeţelor acestor oglinzi, anulând complet aberaţiile oglinzii primare. Această soluţie a fost inclusă în Camera Planetară şi de Câmp Larg 2 (care, însă, conţinea doar patru, în loc de opt senzori CCD, din cauza termenelor limită şi constrângerilor bugetare). Totuşi, celelalte instrumente nu mai aveau alte suprafeţe intermediare care puteau fi modificate în acest fel, şi deci alte soluţii necesitau dispozitive externe de corecţie.

COSTAR

Sistemul proiectat pentru a corecta aberaţia de sfericitate pentru lumină focalizată la FOC, FOS şi GHRS s-a numit "Corrective Optics Space Telescope Axial Replacement" (COSTAR - în română înlocuitor axial pentru corecţie optică pentru telescopul spaţial) şi a constat în esenţă din două oglinzi puse pe calea luminii, din care una putea fi formată astfel încât să corecteze aberaţia. Pentru a monta sistemul COSTAR pe telescop, trebuia să fie scos unul din celelalte instrumente, iar astronomii au decis să sacrifice Fotometrul de mare viteză.

În primii trei ani ai misiunii Hubble, înainte de montarea corectoarelor optice, telescopul efectuase un număr mare de observaţii. Observaţiile spectroscopice în particular nu fuseseră afectate grav de aberaţie, dar multe proiecte bazate pe imagini fuseseră anulate sau amânate, dată fiind slaba performanţă a telescopului la observaţiile asupra obiectelor slab luminoase. În ciuda problemelor întâmpinate, în primii trei ani s-au realizat numeroase progrese ştiinţifice, astronomii lucrând la optimizarea rezultatelor obţinute folosind tehnici sofisticate de prelucrarea imaginilor, cum ar fi deconvoluţia.

Misiunile de întreţinere şi instrumentele suplimentare

Misiunea de întreţinere 1

Fișier:Upgrading Hubble during SM1-2.jpg

Astronauţi lucrând la Hubble în timpul primei misiuni de întreţinere.

Îmbunătăţiri ale imaginilor Hubble după prima misiune de întreţinere. Credit: NASA/ESA.

Telescopul fusese proiectat de la început astfel încât să poată fi întreţinut regulat, dar după ce au ieşit la lumină problemele legate de oglindă, prima misiune de întreţinere a căpătat o importanţă mult mai mare, întrucât astronauţii erau nevoiţi să efectueze lucrări extensive asupra telescopului pentru a instala sistemele optice de corecţie. Cei şapte astronauţi aleşi pentru misiune au fost pregătiţi intensiv în utilizarea a aproximativ o sută de instrumente specializate care trebuia să fie folosite. Misiunea STS-61 a navetei spaţiale Endeavour a avut loc în decembrie 1993, şi a implicat instalarea unor instrumente şi echipamente, de-a lungul a 10 zile.

Mai important, Fotometrul de mare viteză a fost înlocuit cu pachetul de corecţie optică COSTAR, iar Camera planetară şi de câmp larg a fost înlocuită cu Camera planetară şi de câmp larg 2 (WFPC2) cu sistemul intern de corecţie optică. În plus, au fost înlocuite panourile solare şi electronica lor de comandă, împreună cu patru giroscoape folosite de sistemul de poziţionare al telescopului, două unităţi electrice de control şi alte componente electrice, şi două magnetometre. Calculatoarelor de bord li s-au adus îmbunătăţiri, şi în cele din urmă, orbita telescopului a fost corectată, pentru a compensa degradarea orbitei datorată rezistenţei aerului pe parcursul a 3 ani petrecuţi de telescop în straturile superioare ale atmosferei.

Pe 13 ianuarie 1994, NASA a declarat misiunea un succes şi a arătat primele imagini noi, mult mai precise. Misiunea fusese una dintre cele mai complex misiuni efectuate vreodată, implicând cinci perioade îndelungate de activitate în spaţiu iar succesul său enorm a fost un mare balon de oxigen pentru NASA, ca şi pentru astronomii care aveau acum la dispoziţie un telescop cu maxime capabilităţi.

Misiunile de întreţinere ulterioare nu au fost atât de dramatice, dar fiecare a adus telescopului noi funcţionalităţi.

Misiunea de întreţinere 2

Misiunea de întreţinere 2 Discovery (STS-82) din februarie 1997 a înlocuit GHRS şi FOS cu Spectrograful de imagine al telescopului spaţial (STIS) şi cu Spectrometrul multiobiect şi camera de cvasiinfraroşu (NICMOS), a înlocuit aparatul de înregistrare ştiinţific şi ingineresc cu bandă cu un nou aparat de înregistrat cu dispozitive de stocare electronice, a reparat izolarea termică şi a recorectat orbita lui Hubble. NICMOS avea un radiator din azot solid pentru reducerea zgomotului termic al instrumentului, dar la scurt timp după instalare, o dilatare termică neaşteptată a avut ca rezultat intrarea în contact a unei părţi din radiator cu o garnitură optică. Aceasta a condus la o viteză alarmantă de încălzire a instrumentului şi i-a redus durata de viaţă aşteptată, de 4,5 ani la aproximativ 2 ani.

Misiunea de întreţinere 3A

Misiunea de întreţinere 3A Discovery (STS-103) a avut loc în decembrie 1999, separată din Misiunea de Întreţinere 3 după ce trei din cele şase giroscoape de la bord s-au defectat. (Un al patrulea s-a defectat cu câteva săptămâni înainte de misiune, făcând telescopul incapabil de a efectua observaţii ştiinţifice). Misiunea a înlocuit toate cele şase giroscoape, a înlocuit un senzor pentru ghidaj fin şi calculatorul, a instalat o trusă de îmbunătăţire a tensiunii şi temperaturii (în engleză Voltage/temperature Improvement Kit, VIK) pentru a preveni supraîncărcarea bateriei, şi a înlocuit izolaţia termică. Noul calculator era bazat pe un procesor Intel 486 rezistent la radiaţii şi permitea unele funcţionalităţi computaţionale care erau anterior disponibile doar pe calculatoarele de la sol.

Misiunea de întreţinere 3B

Fișier:149304main payload bay medb.jpg

Hubble pe naveta spaţială înaintea lansării; Pământul se vede în fundal.

Misiunea de întreţinere 3B Columbia (STS-109) din martie 2002 a fost ocazia cu care a fost instalat un nou instrument, FOC fiind înlocuit cu Camera avansată pentru observaţii (în engleză Advanced Camera for Surveys, ACS), şi a adus reactivarea NICMOS, care rămăsese fără lichid de răcire în 1999. A fost instalat un nou sistem de răcire care a redus temperatura instrumentului suficient încât să devină din nou utilizabil, deşi sistemul de răcire nu era atât de puternic cât era cerut de proiectul original.

Misiunea a înlocuit panourile solare pentru a doua oară. Noile panouri erau proiectate pe baza celor folosite pentru satelitul de comunicare Irridium şi aveau doar două treimi din dimensiunile celor vechi, având ca rezultat reducerea rezistenţei aerului în atmosfera rarefiată din straturile superioare, şi în acelaşi timp furnizând cu 30% mai multă putere electrică. Puterea adiţională a permis tuturor instrumentelor de la bordul lui Hubble să funcţioneze simultan, şi a redus o problemă de vibraţie care apărea atunci când panourile vechi, mai puţin rigide, intrau şi ieşeau de sub lumina directă a Soarelui. Unitate de distribuţie a puterii de pe Hubble a fost şi ea înlocuită pentru a corecta o problemă cu releele, procedură care a necesitat oprirea totală a alimentării cu energie electrică a telescopului pentru prima dată de la lansare.

Încheierea acestei misiuni de întreţinere a mărit considerabil capabilităţile telescopului Hubble. Cele două instrumente afectate în mod deosebit de misiune, ACS şi NICMOS, au realizat imaginea Hubble Ultra Deep Field în 2003 şi 2004.

Rezultate ştiinţifice

Descoperiri importante

Una dintre cele mai celebre imagini ale lui Hubble: stâlpii creaţiei unde se formează stele în Nebuloasa Vulturului. Credit: NASA/ESA.

Hubble a ajutat la rezolvarea unor vechi probleme din astronomie, şi a furnizat rezultate care au necesitat elaborarea de noi teorii care să le explice. Printre primele misiuni efectuate a fost cea de măsurare a distanţelor până la stelele variabile numite Cefeide cu mai mare precizie decât fusese măsurată înainte, dând precizie aproximării constantei Hubble, măsura vitezei de extindere a universului, care la rândul ei este legată de vârsta sa. Înainte de lansarea lui Hubble, estimările constantei Hubble aveau erori de până la 50%, dar măsurătorile telescopului Hubble asupra cefeidelor din Clusterul Fecioarei şi din alte clustere îndepărtate de galaxii au furnizat o valoare cu precizie de 10%, consistentă cu alte măsurători mai precise efectuate după lansarea lui Hubble folosind alte tehnici.

În timp ce Hubble a ajutat la rafinarea estimărilor vârstei universului, a adus îndoieli privind teoriile despre viitorul acestuia. Astronomii din echipa de cercetare High-z Supernova şi din Proiectul cosmologic Supernova au folosit telescopul pentru a observa supernove şi au găsit dovezi că, extinderea universului nu este frânată de influenţa gravitaţiei, ci ar putea chiar să accelereze. Această accelerare a fost măsurată ulterior cu mai mare precizie de alte telescoape de la sol şi din spaţiu care au confirmat descoperirea lui Hubble, dar cauza acestei accelerări este încă puţin înţeleasă.

Spectrele şi imaginile de înaltă rezoluţie furnizate de Hubble erau foarte potrivite pentru stabilirea prevalenţei găurilor negre în nucleii galaxiilor apropiate. Fuseseră emise ipoteze la începutul anilor 1960 că găuri negre se găsesc în centrele unor galaxii, iar unele lucrări din anii 1980 au identificat câteva candidate la statutul de gaură neagră, dar a rămas în sarcina lucrărilor efectuate cu Hubble să se arate că găurile negre sunt des întâlnite în centrele galaxiilor. Programele Hubble au stabilit că, mai mult, masele găurilor negre centrale şi proprietăţile galaxiilor sunt strâns legate. Moştenirea programelor Hubble în domeniul găurilor negre din galaxii este astfel demonstrarea unei profunde legături între galaxii şi găurile negre din centrul lor.

Coliziunea cometei Shoemaker-Levy 9 cu Jupiter în 1994 a avut loc, din fericire pentru astronomi, la doar câteva luni după ce Misiunea de întreţinere 1 a restaurat performanţele optice ale lui Hubble. Imaginile de pe Hubble ale planetei erau mai detaliate decât cele efectuate la trecerea sondei Voyager 2 în 1979, şi au fost cruciale în studiul dinamicii coliziunii unei comete cu Jupiter, un eveniment despre care se consideră că are loc o dată la câteva secole. A fost folosit şi pentru a studia obiecte aflate în regiunile îndepărtate ale Sistemului Solar, inclusiv planetele pitice Pluto şi Eris.

Alte mari descoperiri realizate datorită datelor de la Hubble includ discurile proto-planetare din Nebuloasa Orion; dovezi ale prezenţei planetelor extrasolare în jurul stelelor similare cu Soarele; şi corespondentele în lumină vizibilă ale încă misterioaselor explozii de raze gamma.

O moştenire unică a telescopului Hubble o constituie imaginile Hubble Deep Field şi Hubble Ultra Deep Field, care au utilizat sensibilitatea lui Hubble în domeniul lungimilor de undă vizibile pentru a crea imagini ale unor porţiuni mici de cer cu obiectele cele mai îndepărtate fotografiate vreodată. Imaginile arată galaxii aflate la miliarde de ani lumină depărtare, şi au generat o mulţime de lucrări ştiinţifice, furnizând o nouă fereastră către Univers în perioada sa iniţială.

Impactul asupra astronomiei

Galaxii îndepărtate în celebra fotografie Hubble Ultra Deep Field. Credit: NASA/ESA.

Multe masurători obiective arată impactul pozitiv al datelor de la Hubble asupra astronomiei. Peste 4.000 de lucrări bazate pe informaţii furnizate de Hubble au fost publicate în jurnale prestigioase, şi nenumărate altele au fost prezentate la conferinţe. Privind lucrările de astronomie la câţiva ani după publicare, aproape o treime din toate acestea nu sunt citate nicăieri, dar dintre lucrările bazate pe date de la Hubble, doar 2% dintre acestea nu sunt citate. În medie, o lucrare bazată pe date de la Hubble este citată de aproape două ori mai mult ca alte lucrări. Din cele 200 de lucrări publicate în fiecare an şi care sunt citate cel mai mult, aproximativ 10% sunt bazate pe date de la Hubble.

Deşi telescopul a avut în mod cert un impact semnificativ asupra cercetărilor astronomice, costurile financiare ale acestui impact au fost mari. Un studiu privind impactul relativ asupra astronomiei al mai multor telescoape de diverse dimensiuni au arătat că lucrările bazate pe date de la Hubble primesc de 15 ori mai multe citări decât cele bazate pe telescoape terestre de 4 m cum ar fi Telescopul William Herschel, construcţia şi mentenanţa lui Hubble costă de aproximativ 100 de ori mai mult.

Luarea deciziei între a investi în telescoape terestre şi a investi în telescoape spaţiale în viitor este o problemă complexă. Progresele în domeniul opticii adaptive au extins rezoluţia telescoapelror terestre până la a le permite să realizeze imagini în infraroşu ale unor obiecte slab luminoase. Utilitatea opticii adaptive în raport cu observaţiile Hubble depind puternic de detaliile particulare ale fiecărui subiect de cercetare în parte. Domeniul de lungimi de undă în care corecţiile optice adaptive de înaltă calitate este însă limitat, mai ales în culori optice. Telescopul Hubble păstrează abilitatea unică de a realiza imagini de mare rezoluţie în câmp larg de frecvenţe. Chiar şi înainte de lansarea lui Hubble, tehnologiile optice terestre puteau furniza imagini ale obiectelor luminoase la o rezoluţie superioară celor pe care le poate obţine Hubble.

Utilizarea telescopului

Oricine poate cere timp de folosire a telescopului; nu există restricţii privind naţionalitatea sau afilierea academică. Competiţia pentru timpul telescopului este extrem de intensă, raportul între timpul cerut şi cel disponibil ia valori între 6 şi 9.

Cereri de propuneri se emit anual, timpul alocat unui ciclu durând aproximativ un an. Propunerile sunt împărţite în câteva categorii. Propunerile de observaţie generală sunt cele mai des întâlnite, şi includ observaţii de rutină. Observaţiile punctuale sunt cele care necesită mai puţin de 45 de minute din timpul telescopului, incluzând aici overheadul îndreptării spre ţintă; observaţiile punctuale sunt utilizate pentru a umple timpul ce nu poate fi umplut cu observaţii generale.

Astronomii pot face propuneri de tip ţintă de oportunitate, în care observaţiile sunt programate dacă are loc un eveniment trecător, acoperit de propuneri în timpul ciclului de programări. În plus, până la 10% din timpul telescopului este considerat timp la discreţia directorului. Astronomii pot cere să folosească acest timp în orice moment din an, şi este de obicei folosit pentru studii ale unor fenomene neaşteptate şi trecătoare, cum ar fi supernovele. Alte utilizări ale acestui tip de timp au inclus observaţii care au condus la producerea imaginilor Hubble Deep Field şi Hubble Ultra Deep Field şi, în primele 4 cicluri de timp de telescop, observaţii efectuate de astronomi amatori.

Programarea observaţiilor

Fișier:Hubble orbit large.jpg

Orbita joasă a lui Hubble înseamnă că multe ţinte sunt mascate de Pământ pe o perioadă îndelungată a orbitei. (imagine: ESA)

Programarea observaţiilor efectuate de Hubble nu este o problemă simplă. El se află pe o orbită joasă astfel încât să se poată ajunge la el cu uşurinţă cu navetele spaţiale la misiunile de întreţinere, dar aceasta înseamnă că majoritatea ţintelor astronomice sunt eclipsate de Pământ timp de aproape jumătate din durata orbitei. Observaţiile nu pot avea loc când telescopul trece prin Anomalia Atlanticului de Sud datorită nivelelor ridicate de radiaţie levels, şi mai există zone de excludere în jurul Soarelui (împiedicând unele observaţii asupra lui Mercur), asupra Lunii şi a Pământului. Unghiul de evitare a Soarelui este de aproximativ 50°, care este specificat pentru a preveni iluminarea de către Soare a vreunei părţi din OTA. Evitarea Pământului şi a Lunii au scopul de a ţine lumina puternică departe de FGS-uri şi de a împiedica lumina împrăştiată să intre în instrumente. Dacă FGS-urile sunt oprite, însă, Luna şi Pământul pot fi observate. Observaţiile asupra Pământului au fost folosite încă de la începutul programului pentru a genera câmpuri plate pentru Camera planetară şi de câmp larg 1. Există o aşa-numită zonă de vizualizare continuă, în unghi de aproximativ 90 de grade cu planul orbitei lui Hubble, în care ţintele sunt neeclipsate perioade lungi de timp. Datorită precesiei orbitei, locaţia zonei se deplasează de-a lungul unei perioade de opt săptămâni. Datorită faptului că nimbul Pământului este mereu la aproximativ 30° de regiunile din zona de vizualizare continuă, strălucirea Pământului poate fi ridicată perioade lungi şi în zona de vizualizare continuă.

Deoarece Hubble orbitează în atmosfera superioară, orbita sa se modifică în timp într-un fel care nu poate fi prevăzut cu exactitate. Densitatea atmosferei superioare variază în funcţie de mulţi factori, şi asta înseamnă că poziţia prezisă a lui Hubble timp de şase săptămâni poate avea o eroare de până la 4.000 km. Programarea observaţiilor este finalizată de regulă doar cu câteva zile înainte, întrucât programarea mai din timp ar putea fi dată peste cap de modificarea poziţiei telescopului, modificare ce poate face ţinta neobservabilă.

Observaţiile amatorilor

Primul director al STScI, Riccardo Giacconi, a anunţat în 1986 că intenţionează să dedice o parte din timpul la discreţia directorului astronomilor amatori, permiţându-le şi lor să folosească telescopul. Timpul total ce urma să le fie alocat acestora era de doar câteva ore pe ciclu, dar a atras mult interes din partea astronomilor amatori.

Propunerile pentru timpul folosit de amatori erau analizate foarte exigent de o comisie de astronomi amatori, iar timpul era acordat doar propunerilor cu real merit ştiinţific care nu duplicau propuneri efectuate de profesionişti şi care necesitau capabilităţile unice ale telescopului spaţial. În total, 13 astronomi amatori au primit timp de telescop, observaţiile lor fiind efectuate între 1990 şi 1997. După această perioadă, însă, reducerile de buget de la STScI au făcut imposibilă susţinerea astronomilor amatori, şi nu au mai fost desfăşurate programe cu timp de telescop pentru amatori.

Datele furnizate de Hubble

Transmisia către Pământ

Datele obţinute de Hubble erau iniţial stocate chiar pe telescop. La momentul lansării, tehnologia de stocare era banda magnetică, dar aceasta a fost înlocuită de dispozitive electronice de stocare în timpul misiunilor de întreţinere 2 şi 3A. De pe dispozitivele de stocare de la bord, datele sunt transferate la sol prin Sistemul de sateliţi de localizare şi transmisie de date, un sistem de sateliţi proiectat astfel încât sateliţii de pe orbită joasă să poată comunica cu controlul misiunii pe o durată de 85% din orbita lor. Datele sunt transmise la staţia de bază a sistemului de sateliţi, apoi la Centrul de Zbor Spaţial Goddard şi de acolo în cele din urmă pentru arhivare la Institutul Ştiinţific al Telescopului Spaţial.

Arhiva

Toate datele de la Hubble sunt în cele din urmă puse la dispoziţia publicului printr-o arhivă publică, la adresa http://archive.stsci.edu/hst. Datele sunt de obicei proprietate intelectuală—disponibile doar investigatoruluiu principal şi astronomilor desemnaţi de către acesta—timp de un an de la data realizării lor. Investigatorul principal poate cere directorului STScI extinderea sau reducerea perioadei de proprietate intelectuală în anumite circumstanţe.

Observaţiile făcute pe timpul la discreţia directorului sunt lipsite de perioada de proprietate intelectuală, şi sunt imediat eliberate publicului. Datele de calibrare cum ar fi câmpurile plate sau cadrele întunecate devin şi ele publice imediat. Toate datele din arhivă sunt format FITS, un format potrivit analizelor astronomice, dar nu şi pentru utilizarea publică. Proiectul Moştenirea Hubble (în engleză Hubble Heritage Project) prelucrează şi eliberează publicului o mică selecţie din cele mai bune imagini în formatele JPEG şi TIFF.

Reducerea prelucrării

Datele astronomice achiziţionate prin CCD-uri trebuie să treacă prin câţiva paşi de calibrare înainte de a fi utile în analiza astronomică. STScI a dezvoltat software-uri sofisticate care calibrează automat datele atunci când acestea sunt cerute din arhivă cu cele mai bune fişiere de calibrare disponibile. Această prelucrare "ad-hoc" presupune cereri mari de date şi poate dura o zi sau chiar mai mult. Procesul prin care datele sunt calibrate automat se numeşte "reducerea prelucrării" (în engleză pipeline reduction), şi este din ce în ce mai des întâlnit şi la observatoarele astronomice mari.

Astronomii pot, dacă doresc, să obţină fişierele de calibrare ei înşişi şi să ruleze local software-ul de reducere a prelucrării. Aceasta poate fi de dorit atunci când trebuie să se folosească alte fişiere de calibrare decât cele selectate automat.

Analiza datelor

Datele de la Hubble pot fi analizate cu mai multe pachete diferite, dar STScI dezvoltă STSDAS (Sistemul de Analiză a Datelor Ştiinţifice de la Telescopul Spaţial - în engleză Space Telescope Science Data Analysis System). Acest software conţine toate programele necesare pentru a rula reducerea de prelucrare pe fişierele de date brute, precum şi multe alte unelte de prelucrare a imaginilor astronomice, modificate pentru a îndeplini cerinţele de prelucrare a datelor de la Hubble. Software-ul rulează ca modul al IRAF, un program popular de prelucrare a datelor astronomice.

Actvităţi promoţionale

În 2001, pentru a sărbători a 11-a aniversare a lansării telescopului Hubble, NASA a realizat o statistică pe Internet pentru a afla ce ar dori utilizatorii Internetului să observe Hubble, iar aceştia au ales Nebuloasa Capului de Cal [3]. Imagine: NASA/ESA.

A fost întotdeauna important pentru telescopul spaţial să captiveze imaginaţia publicului, dată fiind considerabila contribuţie a contribuabililor la costurile de construcţie şi de operare. După primii ani, cei mai dificili, în care oglinda defectă a ştirbit reputaţia lui Hubble în ochii publicului, prima misiune de întreţinere a permis reabilitarea acestuia, datorită numeroaselor imagini remarcabile produse de sistemul optic corectat.

Câteva iniţiative au ajutat să ţinâ publicul informat cu privire la activităţile Hubble. Proiectul Moştenirea Hubble a fost demarat pentru a produce imagini de înaltă calitate pentru uzul public al celor mai interesante imagini observate. Echipa acestui proiect este compusă din astronomi amatori şi profesionişti, precum şi de oameni cu pregătire din afara astronomiei, şi a pus accent pe natura estetică a imaginilor Hubble. Proiectul Moştenirea Hubble primeşte puţin timp de observare a obiectelor care, din motive ştiinţifice, nu au fost fotografiate la suficiente lungimi de undă pentru a construi o imagine completă în culori.

În plus, STScI întreţine câteva site-uri web adresate publicului larg, conţinând imagini de la Hubble şi informaţii despre observator. Eforturile promoţionale sunt coordonate de Biroul de Promovare Publică (în engleză Office for Public Outreach), înfiinţat în 2000 pentru a aduce asigurări că contribuabilii americani văd beneficiile investiţiei lor în programul telescopului spaţial.

După 1999, principalul grup care se ocupă cu promovarea telescopului Hubble în Europa este Centrul de Informaţii despre Hubble al Agenţiei Spaţiale Europene (în engleză Hubble European Space Agency Information Centre–HEIC). Acest birou a fost înfiinţat la Organismul European de Coordonare a Telescopului Spaţial (în engleză Space Telescope - European Coordinating Facility–ST-ECF) din München în Germania. HEIC consideră că misiunea sa este de a îndeplini misiunile de educaţie şi promovare ale telescopului spaţial Hubble pentru Agenţia Spaţială Europeană (ESA). Munca sa este centrată pe producţia de ştiri şi imagini care evidenţiază rezultate ştiinţifice interesante produse de Hubble. Acestea sunt adesea de origine europeană, şi astfel nu doar accentuează contribuţia ESA la Hubble (15%), dar şi contribuţia oamenilor de ştiinţă europeni din cadrul observatorului. Mai mult, grupul produce filme, material educaţional, CD-ROM-uri, broşuri, postere, şi DVD-uri şi multe altele.

O replică a telescopului Hubble este în faţa tribunalului din Marshfield, Missouri, oraşul natal al lui Edwin P. Hubble.

Viitor

Defectări de echipament

O imagine făcută de Camera planetară şi de câmp larg 2 unei regiuni mici din Nebuloasa Tarantulei din Marele Nor Magellanic. Imagine: NASA/ESA.

Misiunile de întreţinere din trecut au înlocuit instrumentele vechi cu unele noi, evitând astfel defecţiunile şi făcând posibile noi tipuri de observaţii ştiinţifice. Fără aceste misiuni de întreţinere, toate instrumentele se vor defecta în cele din urmă. Pe 3 august 2004, sistemul de alimentare cu energie al Spectrografului de imagini al telescopului spaţial (STIS) s-a defectat, făcând instrumentul nefuncţional. Iniţial, electronica fusese construită cu redundanţă completă, dar primul set se defectase deja în mai 2001. Pare puţin probabilă repararea vreunei funcţionalităţi ştiinţifice fără misiuni de întreţinere.

Telescopul Hubble foloseşte giroscoape pentru a se stabiliza pe orbită şi pentru a se îndrepta cu precizie către ţintele astronomice. În mod normal, sunt necesare trei giroscoape pentru operarea normală; observaţiile sunt încă posibile cu două, dar zona de cer care poate fi vizualizată este întrucâtva restrânsă, iar observaţiile care necesită poziţionare de precizie sunt foarte dificile. În 2005, s-a decis ca operaţiunile normale să se efectueze cu două giroscoape pentru a prelungi durata de viaţă a misiunii. Trecerea la acest mod s-a făcut pe 31 august 2005, lăsând lui Hubble doar două giroscoape funcţionale şi două de rezervă. Estimările ratei de eşec a giroscoapelor indică faptul că Hubble ar putea rămâne în 2008 cu un singur giroscop, după care acesta ar deveni inutilizabil.

În plus faţă de defecţiunile prevăzute ale giroscoapelor, Hubble va avea nevoie de o schimbare de baterii. O misiune robotizată de întreţinere care să schimbe bateriile ar fi dificilă, deoarece necesită multe operaţii, şi un eşec al vreuneia ar putea aduce avarii nerecuperabile lui Hubble. Totuşi, observatorul a fost proiectat de aşa natură încât în timpul misiunilor de întreţinere ale navetei, telescopul poate fi alimentat cu energie de pe naveta spaţială, şi acest fapt poate fi utilizat adăugând o sursă externă de exergie (o baterie adiţională) şi nu o schimbare a celor interne.

Pe 25 iunie 2006, camera principală (Camera avansată pentru observaţii - ACS) a încetat să funcţioneze. Instrumentul de a treia generaţie fusese instalat de echipajul navetei spaţiale Columbia în 2002. A fost proiectat cu electronică redundantă, care a fost pusă în funcţiune pe 30 iunie 2006 iar operaţiunile ştiinţifice au fost reluate pe 4 iulie 2006. Pe 23 septembrie 2006, ACS s-a defectat din nou, dar până pe 9 octombrie 2006 problema fusese deja diagnosticată şi rezolvată. Pe 27 ianuarie 2007, ACS s-a defectat datorită unui scurtcircuit în sistemul de alimentare de rezervă. Canalul solar orb al instrumentului (în engleză Solar Blind Channel–SBC) a fost repus în funcţiune pe 19 februarie 2007 folosind electronica auxiliară, dar cele două canale principale, de ultraviolete şi lumină vizibilă, canalul de înaltă rezoluţie (în engleză High Resolution Channel–HRC) şi canalul de câmp larg (în {[en–WFC) rămân neoperaţionale.

Degradarea orbitei

Hubble orbitează în jurul Pământului într-o în straturile superioare, extrem de rarefiate, ale atmosferei, şi, în timp, orbita i se degradează datorită rezistenţei aerului. Dacă orbita nu este corectată, cu ajutorul unei navete sau în alt fel, telescopul va reintra în atmosfera Pământului cândva între 2010 şi 2032, data exactă depinzând de activitatea solară şi de impactul acesteia asupra straturilor superioare ale atmosferei. Starea giroscoapelor de pe Hubble are şi ea un impact asupra datei de reintrare, întrucât un telescop controlabil poate fi orientat în aşa fel încât să se minimizeze rezistenţa aerului. Nu tot telescopul ar arde la reintrarea în atmosferă. Părţi din oglinda principală şi din structura sa de susţinere probabil ar supravieţui, având un potenţial de a produce pagube şi chiar victime omeneşti (probabilitatea de victime omeneşti este estimată la 1 din 700 la o reintrare necontrolată). Dacă STS-125 are succes, atunci data de reintrare naturală va fi amânată, misiunea corectând orbita şi înlocuind giroscoapele.

NASA investighează posibilitatea adăugării unui modul extern de propulsie pentru a permite reintrarea controlată. Aceasta nu ar trebui executată înainte de data aşteptată de reintrare.

Planul original al NASA de dezafectare al lui Hubble era recuperarea lui cu o navetă spaţială. Telescopul Hubble ar fi fost probabil apoi expus la Smithsonian Institution. Problemele pe care le implică această metodă includ costurile mari de pregătire a unei lansări de navetă spaţială (există estimări de aproximativ 500 de milioane de dolari), mandatul de retragere a navetelor spaţiale până în 2010, şi riscul la care este expus echipajul navetei.

Discuţii privind ultima misiune de întreţinere

Naveta spaţială Columbia era progormată să visiteze Hubble din nou în februarie 2005. Sarcinile acestei misiuni de întreţinere ar fi inclus înlocuirea unui senzor de ghidaj fin şi a două giroscoape defecte, refacerea izolaţiei termice rupte, înlocuirea Camerei planetare şi de câmp larg 2 cu o nouă Cameră de câmp larg 3 şi instalarea Spectrografului pentru originile cosmosului (în engleză Cosmic Origins Spectrograph–COS). Dar Sean O'Keefe, pe atunci administrator NASA, a decis că, pentru a preveni repetarea dezastrului navetei Columbia, toate misiunile viitoare ale navetelor trebuie să poată ajunge în siguranţă la Staţia spaţială internaţională în cazul unei probleme apărute în timpul zborului, probleme ce ar putea împiedica aterizarea în siguranţă a navetei. Naveta nu poate ajunge şi la telescop şi la staţia spaţială în timpul aceleiaşi misiuni, şi deci au fost anulate toate misiunile viitoare de întreţinere.

Această decizie a fost contestată de numeroşi astronomi, care considerau că telescopul Hubble este suficient de valoros încât să merite riscul; succesorul acestuia, Telescopul spaţial James Webb, va fi gata abia după terminarea zborurilor navetelor spaţiale în 2010, şi, în timp ce Hubble poate obţine imagini în domeniile ultravioletelor şi lungimilor de undă vizibile, James Webb este limitat la infraroşu. Totuşi, mulţi astronomi admit că întreţinerea lui Hubble nu ar trebui să aibă loc dacă costurile de întreţinere vin din bugetul lui telescopului James Webb. Perioada de lipsă a posibilitţii observaţiilor spaţiale dintre dezafectarea lui Hubble şi punerea în funcţiune a unui succesor este o grijă majoră pentru unii astronomi, dat fiind puternicul impact ştiinţific al observaţiilor cu telescoape spaţiale în ansamblu. Pe 29 ianuarie 2004, Sean O'Keefe a spus că îşi va revizui decizia de anulare a ultimei misiuni de întreţinere a telescopului spaţial Hubble datorită cererilor publice şi a cererilor din partea Congresului ca NASA să caute o cale de a salva telescopul spaţial Hubble.

Pe 13 iulie 2004, o comisie oficială a Academiei Naţionale de Ştiinţe a recomandat ca telescopul Hubble să fie păstrat în ciuda risurilor aparente. Raportul său cerea "NASA să nu efectueze acţiuni ce ar împiedica o misiune de întreţinere cu navetă spaţială pentru telescopul spaţial Hubble". Pe 11 august 2004, Sean O'Keefe a cerut Centrului pentru Zbor Spaţial Goddard să pregătească o propunere detalizată pentru o misiune de întreţinere robotizată. Aceste planuri au fost ulterior anulate, ideea fiind descrisă ca "nefezabilă."

La sfârşitul lui 2004, câţiva membri ai Congresului, în frunte cu senatorul Barbara Mikulski, au ţinut audieri publice şi au dus o luptă puternic susţinută public (inclusiv prin mii de scrisori din partea copiilor şcolari din toată ţara) să convingă Administraţia Bush şi NASA să reconsidere decizia de a anula misiunea de salvare a lui Hubble. [4]

În aprilie 2005, venirea noului administrator NASA, Mike Griffin, a schimbat statutul atât al misiunilor umane, cât şi al misiunilor robotice. Griffin a afirmat că va reconsidera posibilitatea unei misiuni umane de întreţinere. Curând după numirea sa, el a autorizat Centrul pentru Zbor Spaţial Goddard să treacă la pregătirea unui zbor uman pentru întreţinerea Hubble, spunând că va lua decizia finală asupra acestui zbor după următoarele două misiuni ale navetelor spaţiale.

Pe 31 octombrie 2006, s-a dat acordul final pentru misiune de către administratorul NASA Mike Griffin. Misiunea de 11 zile, STS-125, a navetei spaţiale Atlantis, programată pentru lansare la data de 7 august 2008, va instala baterii noi, va înlocui toate giroscoapele, şi va instala Camera de câmp larg 3 şi Spectrograful pentru originile cosmosului.

Legături externe

• Sit-ul oficial al Telescopului Hubble