Hubbleův teleskop: příběh nejdražšího a nejpilnějšího astronomického dalekohledu

Byl nejsložitějším astronomickým tělesem, které člověk vyslal do vesmíru. Včasné vynesení na oběžnou dráhu překazila tragická havárie raketoplánu Challenger. Hubbleův teleskop je velký jako autobus a vědcům slouží již téměř 20 let.

Hubbleův dalekohled | foto: NASA

Hubbleův kosmický teleskop je bezpochyby nejproduktivnějším přístrojem v dějinách astronomie,“ říká astrofyzik Jiří Grygar. Poznatky, které nám dal, způsobily průlom v našich vědomostech o vesmíru. Nejvíc nás zaujalo zpřesnění vzdálenosti galaxií zhruba do vzdálenosti 50 milionů světelných let, což umožnilo opravit údaj o Hubblově konstantě, z níž se odvozuje stáří vesmíru – nejnovější hodnota je 13,5 miliardy roků s chybou necelá 2 procenta.“

R. W. Smith z Ústavu pro kosmický teleskop v Baltimore, instituce, která výhradně kvůli němu vznikla, zase napsal, že vznikl takový typ astronomie, který by zaručeně ani sám Edwin Hubble nepoznal“.
Vývoj a využívání Hubbleova dalekohledu (HST) se stal řetězcem série zklamání i jedinečných vítězství.

Tajný malér na začátku

Hubble“ není v pořádku! Měsíc po jeho vypuštění, v květnu 1990, se na tom shodli astronomové z Baltimore. Jako první test zadali teleskopu vyfotografovat hvězdu Iota Carinae. Avšak snímky, které dostali, byly trochu rozmazané. Nevadí, zkusí to znovu. Ani tentokrát nezískali lepší záběry. Celkem šestkrát to opakovali a pokaždé jim vysílačka HST poslala mizerné fotografie.

Neostrost obrazu se nedá odstranit – ověřili si po dalších marných pokusech. Závada je v samotném zrcadle. Za dva a půl miliardy dolarů tedy měli přístroj, který funguje přibližně stejně anebo i hůř, než dalekohled pozemské. Kongres ustavil vyšetřovací komisi v čele se senátorem Albertem Gorem, aby zjistila příčinu.

Hubbleův teleskop: Mraky plynu, z nichž se v Orlí mlhovině rodí hvězdy

Výrobce vybrousil primární zrcadlo tak, že je o 0,002 milimetru mělčí, než stanovil projekt. Pobočka firmy Perkin Elmer, která se stala součástí koncernu Hughes, tvrdila, že má všechny teoretické předpoklady pro splnění požadavků kosmické agentury NASA na vybroušení zrcadla s vysokou přesností. Jenže nakonec selhala.

Zavinili to vojáci, kteří v tomto podniku hlídali výrobu špionážních družic. Nedovolili totiž stavitelům HST, aby ke kontrole broušení jeho zrcadla použili jejich tajné měřící aparatury. Kus viny padl i na samotné kongresmany, kteří škudlili tolik, že NASA musela snížit rozpočet na kontrolu kvality o tři čtvrtiny.

Nic není bez rizika

Bez údržby by Hubbleův dalekohled skončil pozorování možná už v roce 2010. Marně astronomové přemlouvali ředitele NASA Seana O’Keefeho, aby souhlasil s opravářskou výpravou kosmonautů – nechtěl riskovat.

Když ho Národní akademie věd USA požádala o změnu stanoviska, nařídil připravit výpravu robotů. Byl to od něho spíš jenom trik, kterým se chtěl zaštítit. Odborné studie ukázaly, že žádný automat by úplně všechny opravy nezvládl. Navíc by takový pokus přišel na dvě miliardy dolarů.

Koncem roku 2004 intervenovala i skupina kongresmanů. Teprve Michael D. Griffin, který vystřídal O’Keefeho ve vedení agentury, byl ochotnější. Nový ředitel nařídil, aby možnost opravy kosmonauty znovu přezkoumali. A v říjnu 2006 rozhodl, že se servisní výprava přece jenom uskuteční – k velké radosti astronomů. Pozorování by mohla pokračovat až do roku 2015.

Nic není bez rizika – i když se všichni postarají o to, aby bylo co nejmenší.

( Karel Pacner )

Východiskem speciální brýle

Mezitím astronomové porovnáním rozmazaných záběrů HST se stejnými snímky z pozemských teleskopů určili stupeň poškození. A nejen to – naučili se pomocí počítačů většinu neostrostí odstranit.

Technici zase vymysleli speciální brýle – 290 kilogramů těžkou aparaturu Costar velkou jako lednička. V prosinci 1993, po půldruhém roce tvrdého tréninku kosmických montérů, ho posádka raketoplánu Endeavour namontovala místo jednoho méně důležitého přístroje.

Hubbleův teleskop: mlhovina Kočičí oko

Epocha družicové astronomie

O pozorování hvězd z umělých družic mluvili už někteří teoretici na počátku 20. století. První odborně rozpracovaný návrh takového dalekohledu uveřejnil americký astronom Lyman Spitzer v roce 1946. Když se tím začala na doporučení Národní akademie věd zabývat NASA, jmenovali v roce 1965 Spitzera do čela komise, která měla navrhnout konkrétní projekty.

Začínala epocha družicové astronomie. O velkém optickém dalekohledu se mluvilo od roku 1968. Jeho uskutečnění nahrávala i představa, že by se o jeho údržbu starali kosmonauti z raketoplánů.

Galaktická fontána zachycená Hubbleovým teleskopem

Dalekohled jako autobus

Původně počítali se zrcadlem o průměru 3 metrů. Potíže s financováním vedly k tomu, že ho zmenšili na 2,4 metru – tedy o něco víc než dalekohled na observatoři v Ondřejově. Začali ho stavět v roce 1978, když Kongres schválil jeho financování. Do vesmíru se měl dostat o pět let později.

Pojmenovali ho po Edwinu Hubbleovi, astronomovi, který prokázal, že se vesmír rozprostírá i za hranicemi naší galaxie, a podpořil hypotézu o rozpínání vesmíru. Práce na přístroji se zpožďovaly. Není divu. Vždyť stavěli nejsložitější astronomické těleso. Mělo mít tvar válce o délce 14,3 metru a průměru 4,5 metru, vážit bude 11 tun – bude to tedy roura velká jako autobus.

Po navedení na dráze se podél jeho boků rozvinou dva panely slunečních baterií, každý o délce 4,8 metru, které mu budou dodávat elektřinu. Od začátku koncipovali tuhle aparaturu jako stavebnici, u níž budou moci kosmonauti vyměňovat prakticky každý díl přímo na oběžné dráze.

Zdržení kvůli haváriím

Konstruktéři a stavitelé museli zdolávat spoustu složitých potíží. Vypuštění HST několikrát odložili. Poslední termín zněl: srpen 1986. Avšak v lednu vybuchl při startu raketoplán Challenger. Datum startu byl v nedohlednu. Teprve v dubnu 1990 vyvezl Discovery HST do vesmíru.

Měl ho uložený v nákladovém prostoru – i s jeho rozměry museli projektanti počítat. Odtud ho vytáhla ven jeřábová ruka. Dalekohled zakotvili na dráze v průměrné výšce 615 kilometrů. Další údržbářské expedice na raketoplánech ke kosmickému teleskopu se uskutečnily v letech 1997, 1999 a 2002. Poslední měli v plánu na únor 2005.

Velká Hubbleova mozaika Krabí mlhoviny

Zápas o poslední údržbu

Avšak začátkem roku 2003 se rozbil raketoplán Columbia. Proponovaná údržba se ocitla doslova ve hvězdách. Pravda, raketoplány začaly opět létat v létě 2005, ale zásada, kterou stanovila vedení NASA po havárii, byla nepříjemná. Jejich cílem musí být pokaždé Mezinárodní kosmická stanice (ISS), protože kdyby se něco přihodilo, mohla by jeho posádka zůstat na stanici tak dlouho, dokud pro ni nepřiletí záchranný stroj.

A protože Hubble krouží na dráze značně rozdílné od ISS, nemohla by další opravářská směna tuhle podmínku splnit. Až před dvěma roky vedení kosmické agentury rozhodlo, že se kosmonauti k dalekohledu přece jenom vypraví.

Atlantis: Pátá a poslední údržba

Půjde-li všechno podle plánu, odstartuje raketoplán Atlantis z rampy 39A Kennedyho kosmického střediska na Floridě v pondělí 11. května 2009 ve 20:01:40 našeho času do vesmíru. Tentokrát nezamíří k Mezinárodní kosmické stanici ISS, ale k Hubbleovu dalekohledu, aby tam kosmonauti uskutečnili jeho dlouho plánovanou údržbu a nahradili část vědeckých přístrojů novými, dokonalejšími a výkonnějšími.

Původně se měla tato pátá a poslední údržbářská výprava, označovaná jako STS-125/HST SM-4, uskutečnit už koncem léta loňského roku. Avšak nenadálá porucha jedné části komunikačního systému dalekohledu si vynutila odklad až na letošní květen.

Velitelem mise je zkušený Scott Altman, který poletí do vesmíru počtvrté, druhým pilotem bude kosmický nováček Gregory Johnson. Letovými specialisty, kteří zajistí údržbu HST, jsou Michael Good, Megan McArthurová, John Grunsfeld, Mike Massimino a Andrew Feustel.

Pět výstupů montérů

Cesta k dalekohledu potrvá přibližně dva dny. Po zachycení HST robotickým manipulátorem ji McArthurová uloží na montážní stůl v nákladovém prostoru raketoplánu. První dvojice montérů – Grunsfeld a Feustel – vymění 14. května širokoúhlou planetární kameru za novější model a pak nahradí selhanou komunikační elektroniku náhradním dílem.

Důležitým úkonem bude také instalace stykovacího mechanismu, který v budoucnosti umožní připojení buď nové pilotované kosmické lodě, nebo automatického raketového tahače, který zajistí bezpečnou likvidaci HST v atmosféře Země po ukončení jeho činnosti. O dva dny později nastoupí další dvojice.

Massimino a Good nahradí soupravu gyroskopů, které umožňují stanovit orientaci dalekohledu v prostoru a směrovat jej na zvolené vesmírné objekty také vymění první ze dvou souprav stárnoucích akumulátorových baterií, které na HST už pracují o 13 let déle, než se původně počítalo.

Během třetího výstupu Grunfeld a Feustel nahradí už nepotřebné brýle pro Hubblea“. Pokusí se také opravit systém dodávky elektřiny pro soubor tří přehledových kamer ACS. Pokud tuto práci nestihnou, budou v ní pokračovat Massimino a Good během čtvrté vycházky. Ovšem jejich hlavním úkolem bude oprava spektrografu STIS.

Poslední pátý plánovaný opravářský výstup Grunsfelda a Feustela 18. května se soustředí na výměnu druhého souboru akumulátorových baterií. Motory raketoplánu také mají vynést dalekohled o něco výše, než 19. května kosmonauti vypustí HST na samostatnou cestu vesmírem. Předpokládá se, že se raketoplán vrátí na Zemi 22. května kolem 17:41 našeho času.

Záchranná expedice

Pokud by průběhu letu posádka Atlantis zjistila, že tepelná ochrana jejího stroje je poškozena a nedá se opravit, vyrazí co nejdříve ze sousední rampy 39B raketoplán Endeavour STS-400 se čtyřmi kosmonauty na její záchranu. Přibližně 23 hodin od startu by se měly oba stroje na oběžné dráze vzájemně zachytit svými robotickými manipulátory.

Po natažení zajišťovacího lana podél spojených manipulátorů pak členové posádky havarovaného raketoplánu přestoupí během dvou dní na palubu Endeavour. Trosečníci na raketoplánu Atlantis budou mít zásoby celkem na 25 dní pobytu ve vesmíru. Jakmile budou v bezpečí v záchranném stroji, jejich původní raketoplán řídicí středisko dálkovými povely navede do jižního Pacifiku, kde jeho trosky neškodně zmizí v hlubinách oceánu.

( Antonín Vítek; autor je pracovníkem Akademie věd ČR )