30 éve tágul csillagászati tudásunk horizontja a Hubble-űrtávcső jóvoltából

2020. április 20. - TheAstronomian

Még tíz éves sem voltam, amikor már ámulatba ejtettek a Hubble-űrtávcső képei. Akkor persze még floppy diszkeket használtunk, amelyeket pedig néhány ezekből a képekből teljesen megtöltött, ráadásul a betárcsázós internet korában, gyerekként leginkább a nyári csillagásztáborokból szerezhettük be a felvételeket. Főként az égi csodák látványa ösztönzött arra is, hogy a csillagászatot válasszam hivatásomnak. És láss csodát, évtizedekkel később, amikor már sokadik éve ezen a tudományterületen tevékenykedem, még mindig hallhatunk ezen nagyszerű űreszköz felfedezéseiről a különböző médiumokban. Röviden szólva a Hubble kétségkívül a modern tudomány egy lenyűgöző és korszakalkotó eszköze. Hosszabban? Igen kalandos sorsáról hadd meséljek egy igen nagy dióhéjban.

hst_1.jpg

A Hubble-űrtávcső a Föld kéklő óceánja felett. (Forrás: NASA)

hsrkuqmdsznenjep2deh2p-650-80.jpgA Teremtés oszlopai, a Sas-köd csillagkeletkezési terület híres porfelhői az űrtávcső 1995-ös felvételén,
amely egyike volt a bejegyzés írójának első Hubble-lel kapcsolatos emlékeinek. (Forrás: NASA)

 

A bejegyzés módosított változata elérhető a Csillagaszat.hu hírportálon is - az oldal ajánlott mindenkinek, aki szeret csillagászati és űrkutatási híreket böngészni.

 

Kezdjük a kályhánál, a névadóval. Az amerikai nemzetiségű Edwin Powell Hubble a XX. század első felében a csillagászat egyik nagy alakja volt, főként az extragalaktikus csillagászat és a megfigyelési kozmológia szakértőjeként emlékezünk rá. Számos, addig mindösszeködként" kezelt fényforrásról igazolta, hogy valójában galaxis. Rengeteg galaxis távolságát és tőlünk mért sebességét mérte meg. E két fizikai paraméter között (több kortárs tudóssal egyetemben) egyértelmű kapcsolatot talált, miszerint a galaxisok minél távolabb vannak, annál nagyobb sebességgel távolodnak tőlünk. Ez a végül róla elnevezett törvény volt az Univerzum tágulásának első megfigyelési bizonyítéka, amely a mai legelfogadottabb Ősrobbanás-elmélet egyik alapjául szolgál. Ez azért elég menő ahhoz, hogy űrtávcsövet nevezzenek el róla.

edwinhubble6300_carnegieinstituteofwashington.jpgEdwin Powell Hubble a Palomar Obszervatórium 120 centiméteres főtükrű távcsöve mellett,
jellegzetesen szájában pipával (Forrás: NASA)

 

Az űrtávcsövek ötlete megelőzte az első űreszköz sikeres felküldését, már a XX. század első felében gondolkodtak a kutatók ilyen megoldáson. A Hubble-űrtávcső ötlete 1946-ra vezethető vissza, amikor is Lyman Spitzer, amerikai csillagász (szintén egy űrtávcső névadója) egy cikkében felvázolta az űrcsillagászat két legfontosabb előnyét a földfelszíni megfigyelésekkel szemben. Egyrészt egy ilyen eszköz felbontóképességét (két objektum közti legkisebb szögtávolság, vagyis szeparáció) a földi légkör turbulenciái (ezek miatt látjuk a csillagokat vibrálni-pislákolni) nem korlátoznák, ami nagyságrendnyi javulást jelenthet ezen téren. Másrészt a földi légkör rengeteg hullámhosszon elnyeli a világűrből érkező elektromágneses sugárzást (hétköznapi nevén fényt) - főleg az emberi szem számára láthatatlan tartományokon -, amely viszont rettenetesen sok és fontos információt hordoz a Világegyetemről. Ezekre vajmi kevés rálátása volt a csillagászatnak az űrkorszak beköszöntéig.

legkor_1.jpgA földi légkör különböző 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. A NASA 1970-ben felállított egy műszaki és egy tudományos bizottságot, amely egy űrtávcső működését és céljait hivatott meghatározni. Az évtized közepén a költségvetés megteremtésére (a politikai szelek ellen) tett hatalmas erőfeszítések és végül az ESA bevonása tette lehetővé, hogy elkezdődhessen a kivitelezés, aminek az eredeti céldátuma 1983 volt. Az eredetileg Large Space Telescope nevű eszköz - habár 1983-ban közel sem volt kész - megkapta végleges nevét: Hubble Space Telescope (HST).

hubble-about-space-telescope.jpg

A HST eredeti elképzelésének vázlatrajza a főbb irányító és kommuniációs rendszerekkel 1980-ból. (Forrás: NASA)

 

A műszaki kihívások legyőzése mellett a Challenger katasztrófája is hátráltatta az indulást, de végül 1990. április 24-én a Discovery űrsikló fedélzetén útra kelhetett. Ekkorra az eredetileg 400 millió dolláros költségvetés helyett már nagyjából 4,7 milliárd (majdnem 12x több) dollárt emésztett fel a küldetés. Nem csoda, hogy a közvélemény komoly nemtetszését váltotta ki, amikor néhány héttel később az első képeket látván kiderült, hogy a 2,4 méter átmérőjű főtükör kissé félre lett csiszolva, és annak széléről a fény nem a megfelelő helyre fókuszálódott (lásd a képen). A „félrecsiszolás” mértéke mindössze 2,2 mikrométer* volt, de ez katasztrofális, amikor az ember halvány objektumokat szeretne megfigyelni (*összehasonlításképp az emberi hajszál mérete nagyságrendileg 50-200 mikrométer (0,05-0,2 mm)).

hubble_psf_with_flawed_optics.jpgEgy fényes csillag képe a hibás tükörrel leképezve. (Forrás: Wikipédia)

 

Egyrészről komoly nyomás volt a NASA mérnökein és kutatóin, hogy orvosolják a helyzetet minél hamarabb. Ugyanakkor ki is használták ezt a probléma adta „lehetőséget”. Eredetileg halvány égitesteket szerettek volna megfigyelni a HST-vel, így viszont olyan célpontok felé fordították az égi távcsövet, amelyek elég fényesek voltak, és amelyeket talán sosem fotóztak volna le. Így történt, hogy (megfelelő képfeldolgozási műveletek mellett) sikeresen vizsgáltak meg naprendszerbeli objektumokat, például rögzítve a később Jupiterbe csapódó, annak gravitációs terében feldarabolódó Shoemaker-Levy 9 üstököst.

hst2.gifA 21 darabra szétesett Shoemaker-Levy 9 üstökös 1994 májusában készül megsorozni a Jupitert a HST felvételén.
(Forrás: hubblesite.org)

 

Mindazonáltal igyekeztek nem a végletekig feszíteni az adófizetők idegeit, és szinte azonnal előálltak a lehetséges megoldással. Ugyanakkor az ember nem cserél ki egy 2,4 méteres főtükröt (főleg nem az űrben), ha nem muszáj. Alternatív megoldást a már emlegetett fejlett képfeldolgozó algoritmusok segítségével találtak. Az elkészített képek alapján meghatározták, hogy pontosan hogyan torzul a kép, az milyen tükördeformitás eredménye, és azt pontosan milyen korrekciós optika lenne képes kijavítani. Ezt az első, 1993-ban tervezett szervizküldetés során be is szerelték az űrtávcsőbe, és azóta ezrével ontja magából a briliáns csillagászati felvételeket.

 

Merthogy a HST alacsony Föld körüli pályán kering, ami egyedi lehetőséget kínál arra, hogy asztronauták meglátogassák. Ezt a kezdetektől így tervezték, azért, hogy egy-egy műszer cseréje lehetséges legyen idővel, ahogy azok elöregednek, illetve fejlődik a technika. 1993 és 2009 között négy szervizküldetés valósult meg öt űrrepülő út során. Ezeken a küldetéseken (a szükséges egyéb javítások, fejlesztések mellett) a detektorok, képrögzítő eszközök cseréjét is elvégezték. Öt tudományos műszernek plusz egy vezetőkamerának van egyszerre hely a távcsövön. Ezeket az évek alatt rendre újabb, fejlettebb eszközökre cserélték, így összesen tizenkét (öt színképelemző és hét képalkotó) detektor fordult meg az űrtávcsövön, amelyek közül a jelenlegiek már mind saját korrektoroptikával rendelkeznek, így az 1993-ban telepített már használaton kívül van.

vzowkikn2cvguxkoe4dxsyqdrq.jpgA HST telepítése a Discovery űrrepülőgép fedélzetéről 1990 áprilisában, 30 évvel ezelőtt. (Forrás: NASA)

 

A távcső eddigi 30 éve során űrobszervatóriumként üzemelt. Ez egy nagyon fontos aspektusa volt a műszernek, ami azt jelenti, hogy megfelelően érdekes, alaposan alátámasztott feltételezésekkel ún. távcsőidőt pályázhattak a kutatók, hogy olyan kutatásokat végezhessenek, amiket más eszközzel nem lenne lehetséges megvalósítani. Ugyanakkor ez nem a teljes hasznos időt fedte le. Már a tervezés elején kulcsprogramokat határoztak meg a HST számára, melyeknek fenn kellett tartani a megfigyelési idő jelentős hányadát. Ez utóbbiak java leginkább a távoli, halvány (galaxisunk határán messze túli) Univerzum felfedezését tűzte ki célul, ami a névadás okaként is szolgál, hiszen ezen vizsgálatok vihetnek közelebb az Unierzum Edwin Hubble által igazolt tágulásának alaposabb megértéséhez. 30 év alatt hihetetlen mennyiségű adatot gyűjtött össze, és megannyi felfedezést is tett. Az eredményeket következő írásunkban igyekszünk összefoglalni - nehéz lesz, elfogyhat a tinta az internetünkből a végére.

stsci-gallery-1427a-2000x960.jpg

A Hubble Ultra Deep Field (Hubble ultra mélyég mező) felvétel, a távcső talán egyik, ha nem a legfontosabb felfedezése. A képen látható fényforrások szinte kizárólag mindegyike egy-egy galaxis, azaz nem egy önálló csillag, hanem egyesével milliárdnyi csillag egybeolvadó fényei. Ezen egy kép elkészültéhez több héten át gyűjtötték a detektorral a fényt.
(Forrás: hubblsite.org)

 

Az űrtávcső három évtizedes pályafutása során már jócskán túlhaladt a 150 000. Föld körüli keringésén, ami alatt bőven több mint 6,5 milliárd kilométert tett bolygónk körül ez a kicsit több mint 12 tonnát nyomó, bő 13 méter hosszú eszköz. Több mint 1,4 millió megfigyelést hajtott végre, és több mint 17 000 tudományos cikk született ezekből, amiket már több, mint 870 000 tudományos cikk hivatkozott napjainkig. Kevés ezekhez a számokhoz fogható tudományos eszközt lehet találni az emberiség történetében, és a HST még korántsem fejezte be a kutatást. Űreszköz létére matuzsálemi kort élt meg, egyelőre töretlenül üzemel, és nincs szó nyugdíjazásáról a következő időszakban.

 

Ugyanakkor az emberi szem számára láthatónál hosszabb, infravörös hullámhossztartományban végzett megfigyelések rámutattak, hogy a csillagkeletkezéstől az exobolygóvadászatig számos területen pótolhatatlan információkkal szolgálhat az űrcsillagászat. Épp ezért a Hubble már javában készülő utódja, a James Webb űrtávcső is ebben a tartományban fog működni. Az eszközt a NASA laboratóriumában már összeszerelték és a tesztelési fázisban járnak és a jelenlegi ütemtervek szerint jövőre útnak indulhat az eszköz. A 6,5 méteres főtükrével ez lesz a legnagyobb űrbe felbocsátott távcső az emberiség történetében, és reményeink szerint hasonlóan fogja alapjaiban megváltoztatni az Univerzumról alkotott képünket, ahogyan a Hubble tette az elmúlt 30 évben.

nasas-james-webb-space-telescope-completes-main-mirror-test.jpg

A James Webb űrtávcső főtükre összeszerelt állapotban a szerelőcsarnokban. A sok, kisebb, hatszögletű tükörszegmensből álló főtükör kinyitásának tesztelése épp az elmúlt héten zajlott le sikeresen. (Forrás: NASA)

 

Végül, de nem utolsó sorban amellett sem szabad elmennünk, hogy a Hubble űrtávcső nem csupán a kutatói társadalom számára adott egy életre elég felfedeznivalót, de a laikus közönség számára is lenyűgöző felvételeket biztosított az évek során. A képek feldolgozásakor az emberi szem számára kellemes összhatás elérése egészen más eszközöket igényel. Erre a célra és az így készült látványos felvételekkel tudomány-népszerűsítésre egy külön kommunikációs csapatot tartanak fenn a projekt keretein belül. A mostanihoz hasonló nagy és kerek évfordulókon mindig akadnak eddig nyilvánosságra nem hozott gyöngyszemek, amelyek mellett a régebbi felvételek is szabadon elérhetők a HST-hagyaték archívumában, amik közt az érdeklődő olvasó például ezen a linken böngészhet.

1920x1200_wallpaper.jpg

A Carina-köd, a déli égbolt egyik (és a bejegyzés írója számára mindenképp a) leglátványosabb csillagkeletkezési területe sötét porfelhőkkel, bennük újszülött csillagokkal, és rengeteg hatalmas robbanás lökéshullámai a csillagok közti anyagban.
(Forrás: hubblesite.org)

 

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 szakérőt 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.

 

Ha tetszett a bejegyzés, látogass el a Csillagvizsgáló Facebook oldalára is, ahol napi rendszerességgel találhatsz csillagászati és űrkutatási híreket, látványos felvételeket és egyéb aktualitásokat - tudományról és science fiction-ről egyaránt.

A bejegyzés trackback címe:

https://csillagvizsgalo.blog.hu/api/trackback/id/tr6115621386

Kommentek:

A hozzászólások a vonatkozó jogszabályok  értelmében felhasználói tartalomnak minősülnek, értük a szolgáltatás technikai  üzemeltetője semmilyen felelősséget nem vállal, azokat nem ellenőrzi. Kifogás esetén forduljon a blog szerkesztőjéhez. Részletek a  Felhasználási feltételekben és az adatvédelmi tájékoztatóban.

Nincsenek hozzászólások.