TEMA BROJA

Dr Vladica Božić

Nova osmatranja svemira – Teleskop „Habl”

Naglo u beskraj

Čovečanstvo je proučavanje tela i pojava u svemiru u početku izvodilo posmatranjima golim okom, a od početka 17. veka i pomoću optičkih teleskopa koji su omogućili proučavanje udaljenih nebeskih tela. Nebeska tela zrače na različitim talasnim dužinama (učestalostima), ali većinu ovog zračenja apsorbuje atmosfera Zemlje. Optički prozor obuhvata vidljivu svetlost (od 400 nm do 700 nm), infracrveno zračenje kraćih talasnih dužina (do 20 μm) kao i ultraljubičasto zračenje blisko optičkom dijapazonu (od 300 nm) dok radio-prozor obuhvata zračenja od 3 mm do 30 m. Zbog toga teleskopi mogu biti opremljeni i dodatnim instrumentima kao što su fotometar, interferometer i spektroskop, pa se prema opsegu elektromagnetskih talasa koje proučavaju dele na optičke, radio, rendgenske, gama teleskope, kao i teleskope za infracrveno i ultraljubičasto zračenje, i drugo. Zahvaljujući tim instrumentima dobijaju se informacije koje nikada ne bi bile dostupne putem klasičnih optičkih posmatranja.

Da bi se umanjili uticaji vremenskih prilika i svetlosnog zagađenja na astronomska posmatranja, opservatorije u kojima se nalaze ovi instrumenti se grade na pustim mestima koji imaju mnogo vedrih dana u godini. I pored toga, posmatranja iz opservatorija na Zemlji ograničeno je filtriranjem i atmosferskim efektima koji izazivaju izobličenje elektromagnetskog zračenja (scintilacija ili treperenje), iako se to može smanjiti pomoću prilagodljive optike. Kada je potrebno izvesti precizna posmatranja astronomskih objekata bez ikakvih atmosferskih uticaja, filtriranja i izobličenja elektromagnetskog zračenja ili kada se za istraživanja koriste elektromagnetski talasi za koje je Zemljina atmosfera slabo propusna ili nepropusna, teleskopi se mogu postaviti na veštačke satelite koji se lansiraju u svemir.
Svemirska astronomija je naročito važna za frekventne opsege koji su izvan optičkog prozora i radio prozora, jedina dva opsega talasnih dužina elektromagnetskog spektra koji nisu ozbiljno prigušeni atmosferom. Infracrveno i ultraljubičasto zračenje su u velikoj meri ograničeni Zemljinom atmosferom koja upija veliki deo njihovog spektra koji dolazi iz svemira, pa je ova astronomija moguća samo pomoću odgovarajućih teleskopa postavljenih u svemiru.

Ideja o korišćenju teleskopa u orbiti oko Zemlje se pojavila 1923. godine, kada je nemački naučnik Herman Obert (Hermann Oberth, 1894-1989), koji se smatra jednim od osnivača astronautike i moderne raketne tehnike, prvi predložio postavljanje satelitske stanice sa teleskopom u svemiru. Iako ovo nije bilo izvodljivo zbog tadašnjih tehnoloških mogućnosti za izradu raketa, ideja je naišla na veliko interesovanje onih koji su shvatili prednosti i mogućnosti takvog teleskopa. Među njima je bio i američki teorijski fizičar i astronom Liman Spicer (Lyman Spitzer, 1914-1997) koji je 1946. godine dodatno razvio ideju o postavljanju teleskopa koji bi radio u svemiru, ne bi bio ograničen Zemljinom atmosferom i ne bi pokrivao samo mali deo elektromagnetnog spektra. Predložio je da to bude reflektorski teleskop, koji bi imao najveći mogući objektiv koji se mogao napraviti u to vreme. Međutim, kako su do sredine 1960-ih godina uspesi Sovjetskog Saveza u svemiru daleko nadmašivali ono što su uradile Sjedinjene Američke Države, tamo je 1965. godine lansiran i prvi satelit sa gama teleskopom i scintilatorom “proton 1” namenjen za proučavanje visokoenergetskih čestica i kosmičkog zračenja.

Dug put do lansiranja

Prva američka orbitalna astronomska opservatorija “OAO-2 Proučavalac zvezda” (“Stargazer”) lansirana 1968. godine bila je prvi uspešan ultraljubičasti svemirski teleskop. Ohrabren ovim, Spicer je nastavio da se zalaže za lansiranje optičkog teleskopa u svemir da bi, krajem šezdestih, dobio podršku američke Nacionalne aeronautičke i svemirske administracije (National Aeronautics and Space Administration- NASA) a u drugoj polovini sedamdesetih im se pridružila i Evropska svemirska agencija (European Space Agency - ESA). Američka administracija je odobrila projekat “Svemirskog teleskopa” (kako se tada zvao) 1977. godine i bilo je predviđeno da bude lansiran krajem 1983. godine. Po američkom astronomu Edvinu Hablu (Edwin Hubble, 1889-1953) nazvan je svemirski teleskop “Habl” (na engleskom: Hubble Space Telescope - HST).

Prvobitnim projektom je trebalo da se u orbitu lansira reflektorski teleskop sa konkavnim primarnim ogledalom prečnika 3,05 m. Međutim, zbog dimenzija takvog ogledala, pojavio se problem dimenzija letelice koja bi mogla da ga lansira u orbitu. Za takvu misiju bio je predviđen raketoplan “spejs šatl” (Space Shuttle) koji se razvijao tokom sedamdesetih godina prošlog veka, čiji su prvobitne karakteristike pokazivale da će nosivost takve letelice biti dovoljna da se toliko ogledalo podigne u orbitu. Ali kako se projekat “spejs šatla” odužio usled tehničkih problema, a zatim i prevazišao početni predviđeni budžet od milijardu dolara, NASA je bila prinuđena da smanji troškove. To je dovelo do smanjivanja dimenzija same letelice, a time i njene nosivosti pa su prvobitno planirana lansiranja odložena. Konačna verzija “spejs šatla” nije više mogla da ponese 3,05-metarsko ogledalo, pa je na osnovu novih dimenzija prtljažnog dela šatla isprojektovan manji teleskop koji je imao konkavno primarno ogledalo prečnika 2,4 m, težine 828 kg, sa sekundarnim ogledalom prečnika 0,3 m i težine 12,4 kg. Ceo uređaj je bio dugačak 13,2 m, imao je najveći prečnik 4,3 m a težina na poletanju je iznosila 10.800 kg.

Teleskop je konačno završen 1985. godine ali je katastrofa šatla “Čelindžer” („Challenger”) 1986. godine na neko vreme odložila poletanja svih spejs-šatlova, pa je pauze nastala zbog čekanja na lansiranje iskorišćena za proveru svih sistema “Habla” i uklanjanje manjih i većih nedostataka.
Konačno je, posle dugog čekanja, spejs-šatl “Diskaveri” („Discoveri STS-31”) uspešno postavio teleskop “Habl” u nisku Zemljinu orbitu, 24. aprila 1990. godine. Od tada kruži oko Zemlje na visini od oko 515 km pod nagibom od 28,5°, pri brzini od 27.000 km/h. Napravi pun krug za prosečno 95 minuta, tako da u proseku Zemlju obiđe 14-15 puta dnevno.

Opravke u svemiru

Posle prvih snimaka, poslatih 20. maja 1990. Godine, bilo je jasno da sa teleskopom nešto nije u redu jer su slike bile mutne i nisu se mogle fokusirati. Posle analize je zaključeno da je njegovo glavno ogledalo bilo pogrešno postavljeno, što je rezultiralo sfernom aberacijom. Pošto je teleskop projektovan da sadrži mnogo posebnih modula koji se mogu lako zameniti i odvojiti, astronauti su mogli da ga poprave u svemiru bez potrebe vraćanja na Zemlju. To je urađeno sa novim letom šatla u decembru 1993. godine, kada je problem otklonjen tako što je ogledalo zamenjeno novim. Slike svemira koje su posle toga dobijene bile su bolje od svih do tada postojećih jer je njegova orbita spečavala distorziju usled Zemljine atmosfere, što mu je omogućilo snimanje slika ekstremno visoke rezolucije sa znatno nižim pozadinskim svetlom u odnosu na zemaljske teleskope.
Kasnije su usledile još četiri servisne misije koje su nadogradile i zamenile sisteme na teleskopu, uključujući svih pet glavnih instrumenata pa je danas ukupna težina celog uređaja 12.200 kg. Ove misije su produžile životni vek “Habla” i poboljšale njegove karakteristike, omogućavajući mu da nastavi sa prikupljanjem važnih naučnih podataka, pa se očekuje da će teleskop biti operativan bar do 2030-2040. godine.
Pored teleskopa prečnika 2,4 m koji mu omogućava da snima slike visoke rezolucije, teleskop danas ima i širokougaounu kameru (Wide Field Camera 3 -WFC3) koja snima u bliskom ultraljubičastom i vidljivom spektru. Ima i naprednu kameru za pregled (Advanced Camera for Surveys - ACS) koja se koristi za širokougaono posmatranje neba u vidljivom spektru sa visokom rezolucijom, što omogućava detaljno proučavaju velike površine svemira. Ova kamera koristi različite filtere kako bi se selektivno posmatrala svetlost u različitim delovima spektra, što omogućuje astronomima da proučavaju specifične emisijske linije i karakteristike objekata.

Veoma složena oprema

Ugrađen je i spektrograf kosmičkog porekla (Cosmic Origins Spectrograph - COS) koji analizira ultraljubičasto svetlo iz udaljenih objekata kako bi proučio strukturu i formiranje svemira, spektrograf za snimanje svemira (Space Telescope Imaging Spectrograph - STIS) koji je kombinacija kamere i spektrografa koja omogućuje spektroskopiju visoke rezolucije i kameru u bliskom infracrvenom spektru sa višeobjektnim spretrometrom (Near Infrared Camera and Multi-Object Spectrometer - NICMOS) koja omogućuje istraživanje hladnih objekata kao što su protozvezde i udaljene galaksije. Na teleskopu se nalaze sistem za ispravljanje položaja koji čine 6 žiroskopa, pet Sunčevih senzora, dva magnetometra, tri zvezdana tragača sa fiksnom glavom i tri senzora finog navođenja (Fine Guidance Sensor - FGS), koji omogućavaju precizno pozicioniranje i praćenje objekata.
Dva galijum-aresnidna solarna panele dimenzija 2,44 x 7,54 m služe za dobijanje energije potrebne za rad svih instrumenata i uređaja na brodu. Deo energije se akumulira u 6 nikl-vodonikovih baterija koje mu daju energiju dok je u Zemljinoj senci. “Habl” ima i dve antene: jednu za slanje podataka na Zemlju u NASA Godardov centar za svemirske letove (Goddard Space Flight Center) koji kontroliše ovu svemirsku letelicu i drugu koja prima naredbi iz tog kontrolnog centra na Zemlje. Dobijeni podaci se šalju dalje u Naučni institut za svemirski teleskop (Space Telescope Science Institute - STScI) u Baltimoru koji obrađuje dobijene podatke i bira nove ciljeve za snimanje u svemiru. Teleskop je opremljen naprednom elektronikom koja upravlja detektorima, snima podatke i komunicira s “Hablovim” glavnim računarom i kontrolnim centrom na Zemlji šaljući podatke brzinom od 1 megabita u sekundi.

Glavna dostignuća

Svemirski teleskop “Habl” doveo je do mnogih značajna otkrića od svog lansiranja 1990. godine. Snimci Hablovog dubokog polja (Hubble Deep Field - HDF) i kasnije ultra dubokog polja (Hubble Ultra Deep Field - HUDF) pružili su najoštriji pogled na najudaljenije galaksije ikad snimljen, otkrivajući hiljade galaksija u različitim fazama evolucije što je astronomima omogućilo da proučavaju rane faze nastanka svemira. Zahvaljujući temeljnom posmatranju starijih zvezda i udaljenih galaksija, omogućena je precizna procena starosti svemira na oko 13,8 milijardi godina.
Teleskop je omogućio i preciziranje vrednosti Hablove konstante, koja meri brzinu širenja svemira, što je potvrdilo da svemir ubrzano širi i dovelo do otkrića tamne energije. Snimci sa “Habla” su pružili dokaze o postojanju supermasivnih crnih rupa u središtima galaksija, uključujući naš Mlečni put, i omogućili detaljno proučavanje maglina poput Orionove magline, oblasti u kojoj se formira veliki broj novih zvezda i planetarnih sistema uključujući detaljne slike protoplanetarnih diskova. Omogućeno je i proučavanje atmosfera egzoplaneta i otkrivanje sastojaka poput vode, ugljendioksida i metana u njihovim atmosferama, ali i posmatranje sudara delova kometa Šumejker-Livi (D/1993 F2 Shoemaker - Levy 9) sa Jupiterom i proučavanje efekta takvih sudara na atmosferu te planete. Teleskop je pružio dokaze o postojanje tamne materije u galaktičkim jatimapomoću gravitacionih sočiva, što je doprinelo razumevanju raspodele ove misteriozne materije u  svemiru. Teleskop je omogućio i precizna posmatranja promenjivih zvezda (cefeida) koja su ključna za određivanje udaljenosti u svemiru, i detaljne snimke Plutona i njegovog meseca Harona pre sonde “Novi horizonti” („New Horizons”), koja je pružile nove slike ovih tela u Sunčevom sistemu.

“Habl” je i stacionarna astronomska opservatorija sa koje su snimljene veoma kvalitetne slike svemirskih tela i pojava, i prikupljeno mnoštvo naučnih informacija. Ovaj teleskop je značajno unapredio sposobnost posmatranja i razumevanje pojava u svemiru i omogućio dubok pogled u svemir. “Habl” je na mnogo načine izmenio ljudsko razmišljanje o svemiru i doneo revoluciju u modernu astronomiju, ne samo kao kvalitetan instrument već i kao stalan podsticaj novim istraživanjima. Teleskop je odigrao ključnu ulogu u mnogim značajnim astronomskim otkrićima, uključujući proučavanje evolucije galaksija, istraživanje tamne materije i snimanje udaljenih objekata u svemiru. Mnoga “Hablova” posmatranja su dovela do proboja u astrofizici, poput određivanja brzine širenja svemira. Iako teleskop nastavlja da radi i pruža korisne podatke, njegov naslednik je Svemirski teleskop “Džejms Veb” (“James Webb Space Telescope” - JWST) koji je lansiran u martu 2021. godine. Projektovan je da posmatra svemir u infracrvenom spektru što će dopuniti podatke koji se dobijaju “Hablom”.

Dr Vladica Božić

Kompletni tekstove sa slikama i prilozima potražite u magazinu
"PLANETA" - štampano izdanje ili u ON LINE prodaji Elektronskog izdanja
"Novinarnica"