Хабл (вселенски телескоп)

„Хабл“ (, HST) — вселенски телескоп пренесен во орбитата со спејс-шатл во 1990 година.

Иако не е прв вселенски телескоп, Хабл е еден од најголемите и со најразновидна намена, a е добро познат и како значајна алатка за истражување, и како благодат за популарноста на астрономијата.

ВТХ е изграден од вселенската агенција НАСА од Соединетите Американски Држави, со помош од Европската вселенска агенција, а е управуван од Научниот институт за вселсенски телескопи. Именуван е по астрономот Едвин Хабл. ВТХ е една од “Големите опсерватории“ на НАСА, заедно со Комптоновата опсерваторијата на гама-зраци ( Compton Gamma Ray Observatory), Чандровта опсерваторија на Х-зраци (Chandra X-ray Observatory) и вселенскиот телескоп Спицер (Spitzer Space Telescope).

Вселенски телескопи се предложуваа дури и во 1923 година. Хабл беше финансиран во 70-тите години на 20. век, и беше предвидено да биде лансиран во 1983 година, но проектот беше попречен од технички одложувања, проблеми со буџетот и несреќата на „Челинџер“. Кога конечно беше лансиран во 1990 година, научниците открија дека главното огледало е неправилно избрусено, што сериозно ги компромитираше способностите на телескопот. Сепак, по мисијата за сервисирање во 1993 година, предвидениот квалитет на телескопот беше постигнат. Орбитирањето на Хабл надвор од изобличувањата на Земјината атмосфера му овозможува да прави остри слики без скоро никаква светлина во позадина. На пример, хабловата сликата на ултра длабоко поле, е најдеталната слика со видлива светлина што е некогаш направена на најоддалечените објекти во универзумот. Многу од набљудувањата на Хабл доведоа до откритија во астрофизиката, како што е прецизното одредување на степенот на ширење на универзумот.

Хабл е единствениот телескоп конструиран да биде сервисиран во вселената од астронаути. Од 1993 до 2002 година беа изведени четири мисии за сервисирање, а петтата беше откажана од сигурносни причини по несреќата со спејс-шатлот Колумбија. Сепак, по жолчните јавни дискусии, раководителот на НАСА, Мајк Грифин ја одобри и последната мисија за сервисирање извршена во 2009 година. Сега се очекува телескопот да работи најмалку до 2014 година, кога треба да биде пуштен неговиот научен следбеник, вселенскиот телескоп Џејмс Веб (James Webb Space Telescope).

Концепт, план и цел

Предлози и претходници

Во 1923 година Херман Оберт (Hermann Oberth), кој заедно со Роберт Х.Годард (Robert H. Goddard) и Константин Циолковски (Konstantin Tsiolkovsky) се сметаат за основоположници на модерната ракетна технологија, ја издаде книгата „Ракетата во планетарниот простор“ („Die Rakete zu den Planetenräumen“) , во која беше наведено како може да се однесе телескоп во Земјината орбита со ракета.

Зачетокот на вселенскиот телексоп Хабл може да се открие уште во далечната 1946 година, кога астрономот Лајман Спицер го напиша трудот „Астрономските предности на вонземска опсерваторија“ ("Astronomical advantages of an extraterrestrial observatory").Во него, тој зборува за двете главни предности кои би ги имала една опсерваторија во вселената, наспрема телескопите од површината на Земјата. Прво, аголната разложеност (резолуција, најмалото разделување при кое предметите можат јасно да се забележат) ќе биде ограничена само од дифракцијата, а не од турбуленциите во атмосферата, кои го предизвикуваат трепкањето кај ѕвездите, познато меѓу астрономите како гледање. Во тоа време телескопите од површината на Земјата беа ограничени на разложеност од 0,5-1,0 аголни секунди, во споредба со теориската разложеност за распрснувака граница од околу 0,05 аголни секунди, за телескоп со огледало од 2.5 м во пречник. Второ, вселенскиот телескоп може да ја набљудува инфрацрвената и ултравиолетовата светлина, кои атмосферата значително ги апсорбира.

Спицер посвети голем дел од кариерата во пропагирање да се создаде вселенски телескоп. Во 1962 година во извештајот на Националната академија на науките на Соединетите Американски Држави се препорачуваше развивање на вселенски телескоп како дел од вселенската програма, а во 1965 година Спицер беше назначен како шеф на комисијата, на која и беше дадена задачата за дефинирање на научните цели за голем вселенски телескоп.

Вселенската астрономија започна со многу мал степен на развиеност по Втората светска војна, кога научниците ги искористија напредоците кои се случија во ракетната технологија. Во 1946 година е добиен првиот ултравиолетов спектар на Сонцето, а во 1962 година НАСА лансираше орбитирачка опсерваторија околу Сонцето за да дојдат до спектри од УВ, Х-зраци и Гама-зраци. Во 1962 година беше лансиран орбитирачки сончев телескоп од страна на Обединетото кралство, како дел од вселенската програма „Ариел“, а во 1966 година Националната воздухопловна и вселенска управа (НАСА) ја лансираше првата мисија за Орбитирачка астрономска опсерваторија (ОАО). Батеријата на ОАО-1 откажа по три дена, со што мисијата заврши. По неа следеше ОАО-2, која од нејзиното лансирање од 1968 до 1972 година спроведе ултравиолетови набљудувања на ѕвезди и галаксии, и го надмина планираниот животен век од една година.

Мисиите ОЅО и ОАО ја покажаа важната улога која можат да ја одиграат вселенските набљудувања за астрономијата, а во 1968 година НАСА се погрижи да се развијат цврсти планови за вселенски рефлектирачки телескоп, со огледало од 3 метра во пречник, привремено познато како Голем орбитирачки телескоп или Голем вселенски телескоп (LST), и закажа лансирање за 1979 година. Овие планови ја нагласија потребата за мисии за одржување на телескопот со човечки екипаж, за да се осигура дека толку скапа програма ќе има долг работен век, и истовременото развивање на планови за спејс- шатлови за повеќекратна употреба покажуваше дека технологијата која ќе го овозможи ова наскоро ќе биде достапна.

Потрага по парични средства

Континуираниот успех на програмата ОАО, доведе до тоа сè поголемиот консензус во рамките на астрономската заедница, да смета дека LST треба да биде главна цел. Во 1970 година НАСА основаше две комисии, едната да ја планира техничката страна на проектот за вселенскиот телескоп, а другата да ги одреди научните цели на мисијата. Кога тие се одредија, следната препрека за НАСА беше да добие пари за проектот, кој е многу поскап од телескоп на површината на Земјата. Конгресот на САД изрази сомнеж за многу точки од предложениот буџет за телескопот, и наметна намалувања во буџетот за фазите на планирање, кои тогаш вклучуваа многу детални истражувања на потенцијални инструменти и деловите за телескопот. Во 1974 година заради буџетските намалувања иницирани од Џералд Форд, дојде до целосно прекинување на финансирањето на проектот за телескопот.

Како одговор на ова, беше напорот за лобирање на национално ниво координиран од астрономите. Многу астрономи имаа директни средби со конгресмени и сенатори, а беа организирани и кампањи за масовно пишување писма. Националата академија на науките објави извештај кој ја нагласи потребата за вселенски телескоп, по што Сенатот најпосле се согласи на половина од буџетот што првично беше одобрен од Конгресот.

Финансиските проблеми доведоа до одредно намалување на размерите на проектот, со што предложениот пречник на огледалото од 3 метри се намали на 2,4m, со цел да се намалат и трошоците, и да се овозможи покомпактна и поефикасна конфигурација на деловите на телескопот. Беше отфрлен предложениот прототип на вселенски телескоп од 1,5 m за тестирање на системите кои ќе се користат за главниот сателит, а и проблемите со буџетот доведоа до соработка со Европската всленска агенција (ЕВА). ЕВА се согласи да обезбеди пари и ги снабди еден од инструментите од првата генерација на телескопот, како и сончеви ќелии кои ќе го напојуваат, и персонал да работи на телескопот во САД, а за возврат да им биде обезбедено на европските астрономи најмалку 15% од времето за набљудување со телескопот. На крајот Конгресот одобри буџет од 36 милиони долари за 1978 година, и сериозно започна конструирањето на LST, со цел да биде лансиран во 1983 година. Во 1983 година телескопот беше именуван по Едвин Хабл, кој го направи едно од најголемите научни откритија на 20 век, кога откри дека универзумот се шири.

Конструкција и инженерство

thumb|right|Полирањето на првото огледало на Хабл започнува во корпорацијата Перкин-Елмер, во Денбури, Конектикат, во март 1979 година. Инженерот на сликата е д-р Мартин Јелин, оптички инженер кој работи за Перкин-Елмер на проектот.

Штом му беше дадено зелено светло на проектот за вселенскиот телескоп, работата на програмата беше поделена меѓу многу институции. На Маршаловиот центар за вселенски летови (MSFC) му беше доделена одговорноста за дизајнот, развојот и конструкцијата на телескопот, додека на Годардовиот центар за вселенски летови (GSFC) му беше доделена целосна контрола на научните инструменти и центарот за контрола од површината на Земјата на мисијата. MSFC ѝ даде овластување на компанијата за оптика Перкин-Елмер да го дизајнира и состави оптичкиот систем на телескопот (OTA) и сензорите за прецизно насочување на вселенскиот телескоп. Локхид беше овластен да го конструира и склопи вселенското летало во кое ќе биде сместен телескопот.

Составување на оптичкиот систем на телескопот (OTA)

Оптички, телескопот Хабл е кесегреинов тип на рефлектор од дизајнот на Ричи- Кретјен, како што се и повеќето големи и професионални телескопи. Овој дизајн со две хиперболични огледала, е познат по тоа што прави добри слики на широко видно поле, единствен недостаток е тоа што огледалата имаат облик кој тешко се произведува и тестира. Огледалото и оптичките системи на телескопот се одлучувачки за крајниот перформанс, а беа изработени по строги спецификации. Оптичките телескопи обично имаат огледала центрирани со точност од околу една десетина од брановата должина на видливата светлина, но вселенскиот телескоп беше дизајниран да се користи за набљудувања од видливите до ултравиолетовите (пократки бранови должини) и беше предвидено да биде дифракциски лимитиран за целосно да се искористи предноста на вселенскиот простор. Затоа неговото огледало требаше да се центрира со точност од 10 нанометри, или околу 1/65 од брановата должина на црвената светлина. На крајот од долгата бранова должина, OTA не беше дизајниран и измислен за оптимална работа со инфрацрвени зраци- на пример, огледалата се чуваат на стабилни (и топли на околу 15 °C) температури со греачи. Ова ги ограничува способностите на Хабл како телескоп за инфрацрвена светлина.

Перкин-Елмер имаа намера да користат специјално создадени и исклучително софистицирани машини за полирање, контролирани со компијутери, за да го избрусат огледалото во потребниот облик. Сепак, доколку нивната најсовремена технологија наиде на проблеми, НАСА побара ПЕ да склучат поддоговор со Кодак за да конструираат резервно огледало со користење на традиционалните техники за полирање на огледала.(Тимовите на Кодак и Итек исто така дадоа понуда и за работата за полирање на главното огледало. Нивната понуда бараше двете компании да си ја проверуваат работата едни со други, при што сигурно ќе ја согледаа грешката во полирањето која подоцна предизвика такви проблеми). Огледалото на Кодак сега е изложено во Институтот Смитсон. Огледало на Итек изградено како дел од програмата сега се користи во телескопот голем 2,4 метри на опсерваторијата- Магдалена Риџ.

Конструкцијата на огледалото на Перкин-Елмер започна во 1979 година, започнувајќи со материјал произведен од Корнинг од нивното стакло со многу мал коефициент на ширење. За да остане што е можно помала тежината на огледалото, тоа се состои од плочи одозгора и од долу, дебели 2,5 сантиметри, кои ја приклештуваат решетка во облик на саќе. Перкин-Елмер симулираа микрогравитација со тоа што го придржуваа огледалото од двете страни со 138 прачки кои применуваа различно количество сила. Ова осигуруваше дека крајната форма на огледалото ќе биде точна и според спецификациите кога ќе биде употребено.