Niebo widziane dzięki Hubble’owi

Jeśli chce się oglądać kosmos – najlepiej opuścić Ziemię. Dlaczego? Niezbędna dla życia człowieka atmosfera przeszkadza w obserwacjach – pochłania część fal i wprowadza zakłócenia. Ucieczka poza jej wpływy pozwala natomiast uzyskać krystalicznie czysty obraz.

Po raz pierwszy udało się to wykorzystać z pomocą przełomowego astronomicznego urządzenia – Kosmicznego Teleskopu Hubble’a, wyniesionego przez wahadłowiec Discovery na okołoziemską orbitę dokładnie rok temu, 24 kwietnia 1990 roku.

Hubble unosi się nad Ziemią na wysokości ponad 500 km, 15 razy na dobę okrążając planetę. W przybliżeniu ma wielkość szkolnego autobusu i waży ponad 10 ton. Teleskop zbudowany jest w systemie Cassegraina – główne zwierciadło (w tym wypadku o średnicy 2,4 m) umieszczone w głębi tuby zbiera światło i odbija je do mniejszego lustra z przodu, które ponownie je odbija w kierunku otworu w zwierciadle głównym. Tędy światło wędruje do detektorów. Zakodowane w falach radiowych obrazy wędrują najpierw do satelity, a potem na Ziemię (Więcej – TU).

Co ważne, Hubble jest jedynym teleskopem kosmicznym przystosowanym do serwisowania na orbicie przez astronautów. Już pięć misji pozwoliło na jego naprawę i ulepszenie.

W czasie swojego działania trzydziestolatek przeprowadził półtora miliona obserwacji (więcej – TU). Przesłał ludzkości obrazy gwiazd, galaktyk, mgławic, supernowych, planet i innych ciał. Dzięki temu udało się lepiej zrozumieć, jak powstają i ewoluują galaktyki czy gwiazdy. Pomógł badać planety pozasłoneczne, atmosferyczne zjawiska i zorze na planetach Układu Słonecznego. Dostarczył obrazy najstarszych galaktyk, które powstały krótko po wielkim wybuchu (więcej – TU). Pomógł też lepiej zrozumieć ciemną materię. Pozwolił doprecyzować wiek wszechświata – z zakładanego zakresu 10-20 – 13,8 mld lat. To dzięki jego obserwacjom astronomowie dokonali przełomowego odkrycia, że tempo ekspansji wszechświata przyspiesza.

Choć Hubble, podobnie jak ludzkie oko, odbiera światło widzialne, to jego zakres działania jest szerszy – jego detektory reagują także na część promieniowania podczerwonego i ultrafioletowego. To daje mu dodatkowe możliwości. Podczerwień przenika przez chmury pyłu i gazu, co pozwala praktycznie prześwietlać je na wylot. Można więc np. zobaczyć gwiazdy rodzące się wewnątrz mgławicy. Promienie tego typu emitowane są też przez chłodniejsze ciała, które nie wydzielają światła widzialnego. W tym zakresie obserwuje się też bardzo dalekie obiekty, np. stare galaktyki. Otóż fala pochodzącego z nich światła, w czasie swojej liczącej miliardy lat podróży, rozciągała się w wyniku rozszerzania się wszechświata. Światło widzialne zamienia się w ten sposób w promieniowanie podczerwone. Promienie UV powstają tymczasem np. w młodych i gorących gwiazdach czy zorzach (więcej – TU). Pomagają w badaniach składu atmosfery egzoplanet czy pozwalają na uzyskanie dokładniejszych obrazów planet Układu Słonecznego.

Przy tym wszystkim Hubble nie jest „samolubny” i często współpracuje z innymi teleskopami. W ten sposób powstają obrazy współtworzone z obserwacji w różnych zakresach fal. Na przykład na zdjęciu Mgławicy Kraba (więcej – TU), wykonanym przez pięć teleskopów, widać pozostałości po wybuchu gwiazdy. W zakresie fal radiowych widać, jak emitowane przez centralną gwiazdę neutronową cząsteczki oddziałują na mgławicę, powodując właśnie emisję radiową. Żółta warstwa obrazu wykonana w podczerwieni pokazuje świecące cząstki pyłu pochłaniające światło widzialne i promienie UV. Zielona warstwa pochodząca z Teleskopu Hubble’a w świetle widzialnym pokazuje rozciągające się w mgławicy włókniste struktury. Niebieska część pochodząca z obserwacji w ultrafiolecie i purpurowa – z obserwacji w zakresie promieni X ukazują z kolei chmurę wysokoenergetycznych elektronów napędzanych przez szybko obracającą się neutronową gwiazdę. Kosmiczne obserwacje to jednak nie jedyna korzyść z budowy Teleskopu Hubble’a.

Przy jego tworzeniu konieczne było opracowanie licznych nowych rozwiązań technicznych. Wiele z nich znalazło później zastosowanie na Ziemi (więcej – TU). Na przykład użyte w kamerach czujniki stosuje się dziś w badaniach medycznych. Detektory podczerwieni wykorzystano z kolei w badaniach rękopisów z Qumran, czyli tzw. zwojów znad Morza Martwego. Algorytmy do analizy gwiazd pomogły w śledzeniu pokrytych charakterystycznymi kropkami wielorybów. Wspierające optykę lasery skanują paczki, a technologia wygładzania luster pomogła Amerykaninowi Chrisowi Witty’emu w 2002 roku w zdobyciu złotego olimpijskiego medalu w łyżwiarstwie szybkim. Jego łyżwy zostały wyszlifowane nową metodą.

A teleskop? Cały czas działa. Tylko w kwietniu z jego pomocą udało się dokonać dwóch wyjątkowych odkryć. Prowadzone przez niego obserwacje pokazały, że obiekt w dalekim układzie to nie planeta, jak zakładano, ale prawdopodobnie chmura pyłu powstała po zderzeniu dwóch ciał (więcej – TU). Hubble pozwolił też określić skład chemiczny komety Borisov, która przybyła do Układu Słonecznego z międzygwiezdnej przestrzeni (więcej – TU).

Prawdopodobnie możemy się jeszcze spodziewać wielu rewelacji. Teleskop ma bowiem zostać wprowadzony z powrotem do atmosfery w latach 2030-2040.

Inne strony, które warto odwiedzić: 1, 2, 3

Marek Matacz, PAP Nauka w Polsce

Fot. Emisyjna Mgławica Orzeł – jedno z najsłynniejszych zdjęć teleskopu Hubble’a; źródło – strona https://hubblesite.org/