Teleskop Hubble’a – projekty badawcze i wyniki obserwacji

0
13
Mgławica welon. Obraz wykonano z wykorzystaniem Wide Field Camera 3 przy użyciu pięciu różnych filtrów. Metody przetwarzania końcowego dodatkowo poprawiły szczegóły emisji podwójnie zjonizowanego tlenu (kolor niebieski), zjonizowanego wodoru i zjonizowanego azotu (kolor czerwony).

Historia Teleskopu Hubble’a sięga roku 1946 kiedy Lyman Spitzer wygłosił referat dotyczący zalet pozaziemskiego obserwatorium astronomicznego. Autor argumentował wyższość obserwatoriów orbitalnych nad umieszczonymi na powierzchni ziemskiego globu – rozdzielczość tych drugich była znacznie ograniczona atmosferą (migotanie gwiazd), a ogólna widoczność zależała od pokrywy chmur. Urzeczywistnienie pomysłu musiało jednak poczekać – odpowiedni poziom technologii kosmicznych pozwalający na umieszczenie teleskopu na okołoziemskiej orbicie oraz uruchomienie stosownych funduszy na realizację projektu były niezbędnymi warunkami jego finalizacji. Cel osiągnięty został 24 kwietnia 1990 roku. Prom kosmiczny Discovery w ramach misji STS-31 dokonał wyniesienia teleskopu na orbitę oddaloną 560 kilometrów od powierzchni Ziemi.

Arp91 – zderzające się galaktyki spiralne

Pierwsze światło

Pierwszy obraz zarejestrowany został przez teleskop 20 maja 1990 roku, a było nim światło  gromady otwartej NGC 3532, zastosowanym detektorem była zaś szerokokątna kamera WF/PC. Od razu jednak zorientowano się, że obraz nie przedstawia się właściwie. Pomyłka ziemskiej aparatury pomiarowej i bład podczas wykonania zwierciadła zmusiły  do przeprowadzenia pierwszej misji serwisowej teleskopu w przestrzeni kosmicznej i zainstalowania stosownych układów korekcyjnych (o czym już pisaliśmy).

NGC 6326 – mgławica planetarna ze świecącymi pasmami wyrzucanego gazu

Badania i wyniki obserwacji

Wyniesienie instrumentu optycznego poza ziemską atmosferę umożliwiło rejestrację szerokiego spektrum fal. Teleskop stał się wiodącym instrumentem w penetracji przestrzeni kosmicznej, procesów w niej zachodzących oraz poznania praw fizycznych odpowiedzialnych za ich przebieg. Z szacunków wynika, iż obserwacje Wszechświata za pomocą Hubble’a stanowią około 10% wszystkich prowadzonych badań. Trzydzieści lat działania teleskopu zaowocowało liczbą ponad 15 000 publikacji naukowych. Spektakularne obrazy najdalszych zakątków Kosmosu nie są bowiem właściwym efektem jego pracy. Oto kilka najważniejszych ustaleń, które poczynione zostały dzięki zwierciadłom i aparaturze teleskopu.

N63 – pozostałość supernowej w wielkim obłoku Magellana

Wiek Wszechświata

Jedna z pierwszych prac badawczych dotyczyła ustalenia wieku Wszechświata (jego poprawne oszacowanie skłoniło w zasadzie źródła finansujące budowę Hubble’a do uruchomienia stosownych środków). Rozbieżność w tym zakresie była ogromna (od 10 do 20 miliardów lat) i wręcz dezinformująca. Literalnie teleskop miał posłużyć nie tyle do wyznaczenia czasu, który upłynął od Wielkiego Wybuchu, ile obliczenia tzw. stałej Hubble’a, parametru określającego dynamikę jego ekspansji. Obie wielkości są jednak ze sobą ściśle powiązane – wiek Wszechświata jest przybliżoną odwrotnością stałej. W tym celu należało przeprowadzić pomiar jasności pojedynczych gwiazd w odległych galaktykach. Ostrość obrazu jest tutaj niezwykle istotna, stąd obserwacje prowadzone z poziomu orbity (wyeliminowanie zniekształceń atmosferycznych) okazały się oczywiście kluczowe – teleskop Hubble’a był tutaj nieodzowny.

Gazowy pierścień fali uderzającej pochodzącej z supernowej

Dzięki poczynionym obserwacjom udało się oszacować wiek Wszechświata na 13,7 miliarda lat z błędem wyznaczenia stałej Hubble’a na poziomie 10%, który w toku dalszych prac udało się ograniczyć o połowę (przed rozpoczęciem prac z wykorzystaniem teleskopu wartość błędu sięgała 50%). 

Tempo ekspansji

Dzięki obserwacjom odległych supernowych udało się także zweryfikować tempo rozszerzania Wszechświata. Pierwotnie zakładano jego stopniowe wyhamowywanie, na co miała mieć wpływ siła grawitacji. Dwa niezależne zespoły badawcze ustaliły jednak, iż tempo ekspansji Wszechświata rośnie coraz szybciej. Okazał się jednak, iż nie zawsze tak było. Ustalono moment, w którym nastąpił zwrot – spowolnienie wynikające z efektów grawitacyjnych wyhamowało, a Wszechświat zaczął nabierać rozpędu około 5. miliardów lat temu. Powody nie są do końca znane, hipotetycznie zakłada się wpływ tajemniczej ciemnej energii.

Masywna czarna dziura ukryta w centrum pobliskiej galaktyki Centaurus A żywi się mniejszą galaktyką w spektakularnej kolizji

Czarne dziury

Materiały zebrane przez Hubble’a przyczyniły się do udowodnienie istnienia masywnych czarnych dziur znajdujących się w centrach galaktyk. W latach sześćdziesiątych czarne dziury były tylko hipotezą, a źródła tajemniczych rozbłysków twardego promieniowania gamma rejestrowane przez wojskowe satelity stanowiły nie lada zagadkę. Dopiero dzięki obserwacją Hubble’a udało się owe rozbłyski skorelować z zapadającymi się gwiazdami i procesem formowania czarnych dziur. Prowadzone badania z wykorzystaniem teleskopu pomogły w opracowaniu metod pomiaru ich rozmiarów, dowiodły także, iż masy czarnych dziur są skorelowane z rozmiarami otaczających je galaktyk.

Galaktyki głębokiego pola

Głębokie pola

Analiza obserwacji prowadzonych z wykorzystaniem Hubble’a pozwala opisać zmiany jakim Wszechświat podlegał w czasie. Spojrzenie w odległe zakątki Kosmosu jest jednocześnie podróżą do przeszłości, okresu emisji rejestrowanego promieniowania świetlnego. Pierwsze galaktyki (głównie nieregularne, spiralne) były niewielkich rozmiarów, wchodziły ze sobą w częste kolizje, produkowały gwiazdy w przyspieszonym tempie. Z czasem Kosmos się “wyciszył”, proces formowania galaktyk spowolnił (około dziesięciokrotnie), zderzenia były coraz rzadsze, odległości między galaktykami rosły. Taki obraz uzyskujemy dzięki badaniu tzw. głębokiego pola – wielogodzinnej rejestracji niewielkich obszarów przestrzeni. Obserwacje tego rodzaju dały rozstrzygające wyniki w kontekście izotropowego charakteru Wszechświata – bez względu na to, w którą stronę skierujemy obiektywy teleskopów rozkład statystyczny materii jest ten sam. Badania głębokiego pola wyeliminowały także jedno z potencjalnych źródeł ciemnej materii – masywnych planet oraz obiektów typu czerwone karły (MACHO). Ich śladowa obecność na obrzeżach galaktyk nie może mieć istotnego wpływu na szacowane 90% masy Wszechświata. Głębokie pola Hubbe’a były kontynuowane i rozwijane – Ultragłębokie Pole Hubble’a, Ekstremalnie Głębokie Pole Hubble’a – będąc w efekcie źródłem kilkuset prac naukowo-badawczych. 

Dżety materii generowane przez czarną dziurę

Bliższe rejony Wszechświata

Penetracje naszej galaktyki oraz obszarów Układu Słonecznego także przynoszą wiele ciekawych obserwacji. Z wykorzystaniem teleskopu udało się oszacować rozmiary i masę Drogi Mlecznej. Odkryto także spłaszczoną strukturę dysków protoplanetarnych w Wielkiej Mgławicy Oriona, co stanowi przekonujący dowód obecności planet poza naszym Układem Słonecznym. W 2001 roku obserwacje z wykorzystaniem Hubble’a przyczyniły się do wykrycia atmosfery (także określenia jej składu chemicznego) na planecie leżącej poza Układem Słonecznym.

Wykonano szczegółowe mapy Plutona, odkryto dwa jego księżyce oraz przyglądano się Eris, innej planecie karłowatej na obrzeżach Układu Słonecznego. Pełne emocji były także obserwacje zderzenia komety Shoemaker-Levy 9 z Jowiszem w 1994 roku. Niezwykle precyzyjne obrazy w dużych rozdzielczościach stanowiły przełom w badaniach kolizji obiektów kosmicznych.

Czerwona mgławica (NGC 2014) i jej mniejsza niebieska sąsiadka (NGC 2020) – część rozległego obszaru formowania się gwiazd w Wielkim Obłoku Magellana

Choć wydaje się, iż trudności techniczne związane z wyeksploatowaniem instrumentów teleskopu mogą w najbliższej przyszłości uniemożliwić albo przynajmniej spowolnić tempo wykonywania obserwacji, uważa się, iż badania prowadzone przez astronomów z jego wykorzystaniem mogą przynieść jeszcze wiele ciekawych informacji. Wszystko w gestii techniki, inżynierów oraz instytucji odpowiedzialnych za finansowanie projektu.

1 1 vote
Article Rating
Subscribe
Powiadom o
guest
0 komentarzy
Inline Feedbacks
View all comments