20 let Hubbleova teleskopu

O Hubbleově vesmírném dalekohledu jsme si povídali s astrofyzikem a popularizátorem astronomie Petrem Kulhánkem z katedry fyziky Fakulty elektrotechnické ČVUT v Praze.

Úvahy o umístění dalekohledu na oběžnou dráhu kolem naší planety sahají hodně daleko před rok 1990, dokonce k samotným „otcům kosmonautiky“. Kdo s tím nápadem přišel jako první?

Petr Kulhánek: „Úvahy o umístění dalekohledu na oběžné dráze započaly ještě před nástupem kosmonautiky. Uvažoval o tom jak Ciolkovskij, otec sovětské kosmonautiky, tak například Goddard, který je takovým koryfejem americké kosmonautiky. Ovšem to bylo ve fázi úvah. Ten skutečný tah na cíl tomu dal až Lyman Spitzer, který dokonce v roce 1977 sehnal finanční částky dostatečné k tomu, aby se mohla tato mise realizovat.“

Čím je takové umístění dalekohledu výhodné?

Petr Kulhánek: „Ty důvody jsou zejména dva. První z nich je, že atmosférou Země určité části spektrálního oboru neprocházejí. Pokud chceme například sledovat astronomické objekty v rentgenovém záření, tak jinou možnost ani nemáme. Ale i z infračerveného nebo ultrafialového spektra, které přiléhá k viditelné části spektra, je možné sledovat atmosférou jen určité výseky. Druhým důvodem je samozřejmě turbulence atmosféry, která poškozuje astronomický obraz. Jestliže je dalekohled nad hranicí atmosféry, tak tento problém odpadá.“

Už jste říkal, kdy postoupil technický rozvoj tak daleko, že bylo možné ten nápad uskutečnit, ale kdy se vlastně začal stavět Hubbleův vesmírný dalekohled jako takový? A kdo se podílel na těch pracích?

Petr Kulhánek: „Hubbleův vesmírný dalekohled se začal stavět už na konci 70. let a potom v průběhu 80. let. Původní myšlenka byla, že by startoval v roce 1985, to se ovšem nezdařilo z důvodu havárie raketoplánu. A tak k tomu vlastnímu faktickému startu došlo až v roce 1990. Na stavbě Hubbleova dalekohledu se podílela samozřejmě americká NASA, to je všeobecně známo, ale také Evropská kosmická agentura, která připravovala panely slunečních baterií.“

Určitě se nesmíme zapomenout zmínit, po kom je Hubbleův vesmírný dalekohled pojmenován. Kdo byl Edwin Powell Hubble a čím si tu poctu zasloužil?

Petr Kulhánek: „Edwin Hubble byl člověk, který hned dvakrát ve svém životě ‚posunul‘ astronomii. Poprvé to bylo v roce 1924, kdy na observatoři na Mount Wilsonu, kde sledoval objekty dvouapůlmetrovým dalekohledem, zjistil, že takzvaná Velká mlhovina v Andromedě není vůbec mlhovinou, ale že je složena z jednotlivých hvězd. Chtěl si to ověřit a tak našel určitý velice zvláštní typ hvězd, tzv. cefeidy, pomocí kterých se dá určit vzdálenost, a opravdu mu vyšlo, že ta vzdálenost je za hranicemi Mléčné dráhy. Tím astronomii umožnil zjistit, že Mléčná dráha není jedinou galaxií, jak se lidé i v té době domnívali, ale že takových galaxií je celá řada. Následujících pět roků, do roku 1929, pak sledoval řadu mlhavých objektů v naší Galaxii, o kterých předpokládal, že by to mohly být galaxie cizí. U mnoha z nich se mu to podařilo prokázat, když ukázal, že nejde o žádné mlhoviny, ale o galaxie. Dokonce navrhl jejich klasifikaci, která se používá v nezměněné podobě dodnes, sledoval spektra těchto galaxií a pokoušel se opět pomocí cefeid určovat jejich vzdálenosti. V roce 1929 došel ke svému druhému klíčovému objevu, že ty vzdálenější galaxie se všechny do jedné od nás vzdalují, což zjistil z červeného posuvu ve spektru, a že se dokonce čím jsou dále vzdalují rychleji. Takže Edwin Hubble nejenom, že rozšířil náš vesmírný obzor o cizí galaxie, ale do konce roku 1929 ještě ukázal, že vesmír expanduje.“

Fotografie nejvzdálenějších galaxií ve vesmíru pořízena Hubbleovým dalekohledem|foto: NASA

Od rozpínajícího se vesmíru se zase vraťme k Hubbleovu dalekohledu. Po jeho úspěšném startu a oživení všech funkcí čekalo před dvaceti lety na pozemské astronomy nemilé překvapení. Přístroj nefungoval jak by měl... Některé z poruch se daly snadno opravit. Jiné problémy byly horší a jejich náprava stála spoustu úsilí, času a také peněz.

Jak je Hubbleův vesmírný dalekohled vybaven k plnění svých úkolů? Jde o dalekohled, a tak začněme jeho optickým systémem.

Petr Kulhánek: „Hubbleův dalekohled je z optického hlediska Ritchey-Chrétienův systém, což je v podstatě systém založený na provrtaném hlavním zrcadle, které je hyperbolické. Paprsky, které dopadnou od vesmírného objektu na to hlavní zrcadlo, se odrážejí do sekundárního zrcadla, odkud jsou vedeny tím otvorem v hlavním zrcadle do přístrojové části, kde jsou zpracovávány. Ta přístrojová část se skládá ze dvou částí. Jednak je tam osová pozice, a pak jsou tam čtyři mimoosové pozice. Všechny ty pozice jsou stavěny modulárně, aby při servisních misích bylo možné pouhým vytažením a zase zasunutím patřičného modulu tento vyměnit. Co se týče té osové pozice, ta byla od počátku osazena širokoúhlou kamerou, tenkrát se jí říkalo planetární širokoúhlá kamera typu jedna a v těch mimoosových pozicích byla řada přístrojů, jak kamery, tak spektrografy.“

Jak se Hubbleův vesmírný dalekohled natáčí za pozorovanými objekty a jak je udrží přesně a nehybně v zorném poli, když se sám řítí obrovskou rychlostí po dráze kolem Země?

Petr Kulhánek: „To byl zpočátku pro inženýry problém. Standardně se kosmické sondy natáčejí pomocí trysek a to u Hubblea nebylo možné, protože trysky jsou na reaktivní pohon a ten byl znečišťoval okolí dalekohledu různými plyny a nebylo by možné pozorování. Takže bylo od začátku jasné, že se Hubbleův dalekohled musí natáčet atypickým způsobem. To natáčení se provádí takzvanými reakčními koly, což je víceméně jednosměrný elektrický motor, který má svůj stator připevněn k tělu dalekohledu a v okamžiku, kdy se zvyšují nebo snižují otáčky rotorové části, tak se ze zákona akce a reakce ten stator pohybuje na druhou stranu a otáčí dalekohledem. Takovéto jednotky jsou tam čtyři a velice dobře zajišťují manipulovatelnost s Hubbleovým dalekohledem. Nicméně to není jediná součást naváděcího systému. Ten dalekohled musí přesně vědět, kam míří. K tomu účelu slouží tři senzory, kterým se říká Fine Guidance Sensors, senzory jemného navádění - tyto senzory se dívají hlavním zrcadlem a porovnávají, kam dalekohled míří. Třetí součástí naváděcího systému je ten faktický referenční systém, kdy dalekohled musí mít nějaký souřadnicový systém, podle kterého se orientuje. Ten tvoří tři dvojice setrvačníků, které udržují při rotaci svou rotační osu a pomocí této rotační osy se dá poznat, kam dalekohled fakticky míří.“

Hubblův vesmírný dalekohled HST|foto: NASA

Jak se potom ty obrázky dostanou na Zemi?

Petr Kulhánek: „Obrázky se na Zemi dostávají přes pomocnou telekomunikační družici, která se nazývá TDRS. Americká NASA jich vlastní devět. Všechny tyto družice jsou na geostacionární dráze, čili ve výšce 36 tisíc kilometrů, mnohem výše, než je Hubbleův dalekohled, který je někde ve výšce kolem 600 kilometrů, a z této pomocné družice jsou vysílány na Zemi, do pozemské stanice White Sands, odkud jsou pak data předávána do Střediska pro zpracování Hubbleových snímků.“

Je možné uvést alespoň ty nejvýznamnější objevy, kterými za dvacet let svého působení na orbitě Hubbleův dalekohled přispěl k poznání vesmíru?

V době svého startu byl Hubbleův vesmírný dalekohled prvním zařízením svého druhu na oběžné dráze kolem Země. Dnes už jsou ve vesmíru i jiné pozemské dalekohledy... K Hubbleovu dalekohledu se loni na jaře vydala čtvrtá a zároveň poslední servisní výprava. Jaká budoucnost dalekohled čeká? Jak dlouho bude ještě pracovat a co o tom rozhodne?

Lepší způsob úklidu na oběžné dráze neexistuje. Co neshoří v atmosféře, to pohltí vody Pacifiku. Nebude to první ani poslední výkřik kosmické techniky, nad kterým si budeme moci už jen povzdechnout – budiž mu voda lehká. O minulosti i budoucnosti Hubbleova vesmírného dalekohledu jsme hovořili s Petrem Kulhánkem z katedry fyziky Fakulty elektrotechnické ČVUT v Praze.

Vysíláno v Planetáriu č. 20/2010, 15. - 21. května.
Přepis: NEWTON Media, a.s., redakčně upraveno.
Kompletní rozhovor si poslechněte ZDE (15:42).