Alle 6:28 EDT del 21 agosto 1972, il satellite Copernicus della NASA, il telescopio spaziale più pesante e complesso del suo tempo, illuminò il cielo mentre saliva in orbita dal Launch Complex 36B in quella che oggi è la Cape Canaveral Space Force Station , Florida.

Inizialmente noto come Orbiting Astronomical Observatory (OAO) C, divenne OAO 3 una volta in orbita alla moda del tempo. Ma fu anche ribattezzato per onorare il 500° anniversario della nascita di Nicolaus Copernico (1473–1543). L'astronomo polacco ha formulato un modello del sistema solare con il Sole in posizione centrale al posto della Terra, rompendo con 1.300 anni di tradizione e innescando una rivoluzione scientifica.

Dotato del più grande telescopio ultravioletto mai orbitato all'epoca e di quattro strumenti a raggi X co-allineati, Copernicus è stato probabilmente il primo osservatorio astronomico a lunghezza d'onda dedicato della NASA. Questo lo rende un antenato di satelliti operativi come il Neil Gehrels Swift Observatory della NASA, che osserva il cielo alla luce visibile, ultravioletta e ai raggi X.

"I due veicoli spaziali condividono anche connessioni istituzionali", osserva S. Bradley Cenko, investigatore principale di Swift, presso il Goddard Space Flight Center della NASA a Greenbelt, nel Maryland. "Goddard ha gestito entrambe le missioni e l'esperimento a raggi X su Copernicus è stato fornito dal Mullard Space Science Laboratory dell'University College London, che ha anche contribuito con il telescopio ottico/ultravioletto di Swift."

Imparare a puntare e tenere un telescopio in orbita su una stella abbastanza a lungo da consentire ai rivelatori di catturarne la luce si è rivelato molto più difficile del previsto. I satelliti progettati per studiare il Sole all'epoca avevano un vantaggio intrinseco:miravano all'oggetto più luminoso del sistema solare. Copernicus ha volato con una nuova unità di riferimento inerziale (IRU) sviluppata dal Massachusetts Institute of Technology. I giroscopi nell'IRU hanno accelerato il processo di acquisizione dei bersagli, mentre altri sistemi hanno mantenuto il satellite bloccato. In uno studio sui primi 500 giorni della missione, un ingegnere ha riassunto il tutto osservando che l'IRU aveva reso il volo di Copernicus "un'operazione noiosa".

All'inizio della NASA, gli astronomi hanno sottolineato la necessità di studi sull'ultravioletto (UV), che non potevano essere effettuati da terra, e questo è diventato l'obiettivo principale del programma OAO. Dei quattro satelliti lanciati, uno si è guastato dopo tre giorni nello spazio e un altro non è riuscito a raggiungere l'orbita. OAO 2, lanciato nel 1968 e chiamato Stargazer, ha fornito anni di osservazioni, inclusi spettri stellari a bassa risoluzione, che diffondono lunghezze d'onda proprio come un arcobaleno per rivelare le impronte UV di molecole e atomi specifici. Copernico è andato ancora più in profondità, catturando spettri con dettagli fino a 200 volte migliori in alcune lunghezze d'onda.

"Questa missione ha ottenuto spettri ad alta risoluzione di molte stelle nell'UV e ha fornito informazioni alle lunghezze d'onda più corte raggiunte per molti anni", ha scritto Nancy Grace Roman, il primo capo di astronomia presso l'Office of Space Science presso la sede della NASA, Washington, e lo scienziato del programma per Copernico. Durante la missione, Roman è diventato una delle forze trainanti del progetto del Large Space Telescope, ora noto come Hubble Space Telescope della NASA. È anche l'omonimo del telescopio spaziale romano della NASA, che dovrebbe prendere il volo tra qualche anno.

Lo strumento principale a bordo di Copernicus era il Princeton Experiment Package, che catturava la luce UV utilizzando uno specchio da 32 pollici (0,8 metri) circa un terzo delle dimensioni di Hubble. Guidato da Lyman Spitzer Jr. presso la Princeton University nel New Jersey, lo strumento ha prodotto un tesoro di informazioni sul gas interstellare e sui deflussi ionizzati delle stelle calde. Il suo primo obiettivo, una stella chiamata Zeta Ophiuchi che è parzialmente velata da una nuvola interstellare, ha mostrato un forte assorbimento dalle molecole di idrogeno. Le misurazioni di dozzine di altre stelle hanno confermato una teoria secondo cui la maggior parte dell'idrogeno nelle nubi di gas esisteva in questa forma.

Nel 1946, Spitzer iniziò a speculare sui tipi di scienza che potrebbero essere possibili con un grande telescopio orbitante, diventando in seguito il catalizzatore per lo sviluppo di Hubble. Lo Spitzer Space Telescope della NASA, che ha operato dal 2003 al 2020 ed ha esplorato, tra le altre fonti, le nubi fredde dove nascono le stelle, è stato chiamato in suo onore.

All'epoca in cui la NASA stava valutando le proposte di strumenti per Copernico, si sapeva che solo un oggetto celeste, il Sole, emetteva raggi X. La situazione cambiò nel 1962. Volando nuovi rivelatori di raggi X su un razzo suborbitale, un gruppo di ricerca guidato da Riccardo Giacconi dell'American Science and Engineering Inc., allora a Cambridge, Massachusetts, scoprì la prima sorgente di raggi X oltre il sistema solare, denominata Scorpione X-1. Ulteriori voli hanno scoperto altre sorgenti cosmiche, tra cui Cygnus X-1, sospettato da tempo e ora noto che ospita un buco nero di massa stellare.

Con questa svolta Giaconni ha proposto il primo satellite dedicato alla mappatura del cielo a raggi X. Lanciato nel 1970 e operativo per tre anni, il satellite Uhuru della NASA ha mappato più di 300 sorgenti, ha mostrato che molte sono stelle di neutroni o buchi neri alimentati dal flusso di gas proveniente dalle compagne stellari e ha scoperto i raggi X del gas caldo negli ammassi di galassie. Giaconni avrebbe continuato a proporre satelliti per raggi X più potenti:l'Osservatorio Einstein della NASA, che operò dal 1978 al 198, e l'attuale ammiraglia dei raggi X della NASA, il Chandra X-ray Observatory, lanciato nel 1999.

L'esperimento a raggi X a bordo di Copernicus è stato condotto da Robert Boyd all'University College di Londra e i tre telescopi a raggi X hanno affrontato sfide significative. I rivelatori a lunghezza d'onda più lunga sono stati sommersi da un livello inaspettatamente elevato di radiazione di fondo. Si è rivelato provenire da una vasta nuvola di atomi di idrogeno a forma di cometa che circonda la Terra, chiamata geocorona, che disperde la luce solare lontano ultravioletta. Successivamente gli strumenti hanno aggiunto un filtro sintonizzato per assorbire i raggi UV ma lasciare passare i raggi X.

Nel giugno 1973, gli scienziati di Goddard hanno notato un problema con un otturatore nei telescopi a raggi X. Il dispositivo è stato utilizzato per impedire periodicamente ai raggi X di raggiungere il rivelatore in modo che gli scienziati potessero tracciare la variazione della radiazione di fondo dalle particelle cariche in diverse parti dell'orbita. Ora il suo funzionamento era diventato esitante. Preoccupato che l'otturatore potesse rimanere permanentemente in posizione chiusa, il team dello strumento aveva deciso di smettere di usarlo. Ma un ultimo comando è riuscito e l'otturatore appiccicoso si è bloccato, accecando gli strumenti.

Un quarto rivelatore non collegato a un telescopio ha continuato a funzionare per tutta la durata della missione. Questo contatore di raggi X ha misurato la radiazione da 1 a 3 angstrom su un ampio campo visivo:2,5 per 3,5 gradi, circa 40 volte l'area apparente di una luna piena.

L'esperimento a raggi X ha scoperto diverse pulsar a lungo periodo, tra cui X Persei. Le pulsar, in genere stelle di neutroni rotanti, erano state scoperte cinque anni prima del lancio di Copernico. Questi oggetti fanno oscillare un raggio di radiazioni nella nostra direzione ogni volta che ruotano, di solito da decine a migliaia di volte al secondo. Stranamente, la pulsar X Persei impiega 14 minuti per giro.

Copernicus eseguì il monitoraggio a lungo termine delle pulsar e di altre sorgenti luminose e osservò Nova Cygni 1975, un'esplosione sulla nana bianca in un sistema binario stretto. L'esperimento ha scoperto curiosi cali nell'assorbimento dei raggi X al Cygnus X-1, probabilmente causati da grumi freddi e densi nel gas che scorre via dalla stella. E il satellite ha registrato diversi raggi X dalla galassia Centaurus A alimentata da un buco nero, situata a circa 12 milioni di anni luce di distanza.

Copernicus ha restituito osservazioni UV e raggi X per 8,5 anni prima del suo ritiro nel 1981, e ancora oggi orbita attorno alla Terra. Ha lasciato il centro della scena dell'astronomia spaziale quando sono apparsi osservatori più avanzati, in particolare Einstein e l'International Ultraviolet Explorer, lanciato nel 1978 e operativo per quasi 19 anni. Le osservazioni di Copernico compaiono in più di 650 articoli scientifici. I suoi strumenti hanno studiato circa 450 oggetti unici presi di mira da oltre 160 ricercatori negli Stati Uniti e in altri 13 paesi. + Esplora ulteriormente

Hubble osserva un cielo stellato