Hai mai fissato il cielo notturno chiedendoti come appare l'universo da vicino? Anche se sei abbastanza fortunato da avere accesso a un telescopio terrestre, la cui chiarezza dipende da fattori atmosferici come le nuvole, non otterrai la lucidità che questi splendidi oggetti celesti meritano. Nel 1946, un astrofisico di nome Dr. Lyman Spitzer Jr. propose di mettere un telescopio nello spazio per rivelare immagini più chiare.
Sembra logico, vero? Tuttavia, questo avvenne prima ancora che qualcuno avesse lanciato un razzo nello spazio. Facciamo un salto in avanti fino al 1990, quando viene lanciato il telescopio Hubble. E dov'è il telescopio Hubble? Spazio.
Poiché gli Stati Uniti programma spaziale maturato negli anni '60 e '70, Spitzer fece pressioni sulla NASA e sul Congresso per sviluppare un telescopio spaziale. Nel 1975, l'Agenzia spaziale europea (ESA) e la NASA iniziarono a redigere i piani iniziali e nel 1977 il Congresso approvò i fondi necessari. La NASA ha nominato Lockheed Missiles (ora Lockheed Martin) come l'appaltatore che avrebbe costruito il telescopio e i suoi sistemi di supporto, oltre ad assemblarlo e testarlo.
Il famoso telescopio prende il nome dall'astronomo statunitense Edwin Hubble, le cui osservazioni di stelle variabili in galassie lontane confermarono che l'universo si stava espandendo e supportarono la teoria del Big Bang.
Contenuto
Dopo un lungo ritardo dovuto al disastro del Challenger nel 1986, il telescopio spaziale Hubble entrò in orbita il 24 aprile 1990, trasportato a bordo della navetta spaziale Discovery. Dal suo lancio, Hubble ha rimodellato la nostra visione dello spazio, con gli scienziati che hanno scritto migliaia di articoli basati sulle scoperte del telescopio su cose importanti come l'età dell'universo, i giganteschi buchi neri e l'aspetto delle stelle in preda alla morte.
In questo articolo parleremo di come Hubble ha documentato lo spazio e degli strumenti che gli hanno permesso di farlo. Parleremo anche di alcuni dei problemi che il venerabile telescopio/veicolo spaziale ha incontrato lungo il percorso.
Quasi immediatamente dopo la sua messa in funzione nel 1990, gli astronomi scoprirono un problema con il loro amato telescopio da 1,5 miliardi di dollari e da 13,3 m. Il loro nuovo occhio nel cielo, grande quanto un rimorchio, non riusciva a mettere a fuoco correttamente. Si sono resi conto che lo specchio primario del telescopio era stato rettificato sulla dimensione sbagliata. Anche se il difetto nello specchio – pari all’incirca a un cinquantesimo dello spessore di un capello umano – sembrerebbe ridicolmente minuto alla maggior parte di noi, ha causato l’aberrazione sferica del telescopio spaziale Hubble e la produzione di immagini sfocate. Sicuramente gli astronomi non hanno passato anni a lavorare sul telescopio solo per accontentarsi di istantanee insignificanti dello spazio esterno.
Gli scienziati hanno ideato una lente "a contatto" sostitutiva chiamata COSTAR (Corrective Optics Space Telescope Axial Sostituzione) per riparare il difetto nell'HST. COSTAR era costituito da diversi piccoli specchi che intercettavano il raggio dello specchio difettoso, riparavano il difetto e trasmettevano il raggio corretto agli strumenti scientifici al centro dello specchio.
Gli astronauti e il personale della NASA hanno trascorso 11 mesi a prepararsi per quella che sarebbe stata una delle missioni spaziali più impegnative mai tentate. Infine, nel dicembre 1993, sette uomini a bordo della navetta spaziale Endeavour volarono nello spazio per la prima missione di manutenzione dell'HST.
L'equipaggio ha impiegato una settimana per effettuare tutte le riparazioni necessarie e, quando il telescopio è stato testato dopo la missione di manutenzione, le immagini sono notevolmente migliorate. Oggi tutti gli strumenti collocati nell'HST sono dotati di ottica correttiva incorporata per il difetto dello specchio e COSTAR non è più necessario.
Tuttavia, Hubble non si limita a COSTAR e parleremo di alcune di queste parti critiche in seguito.
Come ogni telescopio, l'HST ha un lungo tubo aperto a un'estremità per far entrare la luce. Ha specchi per raccogliere e portare la luce al fuoco dove si trovano i suoi "occhi". L'HST ha diversi tipi di "occhi" sotto forma di vari strumenti. Proprio come gli insetti possono vedere la luce ultravioletta o noi esseri umani possiamo vedere la luce visibile, anche Hubble deve essere in grado di vedere i vari tipi di luce che piovono dal cielo.
Nello specifico, Hubble è un telescopio riflettore Cassegrain. Ciò significa semplicemente che la luce entra nel dispositivo attraverso l'apertura e rimbalza dallo specchio primario su uno specchio secondario. Lo specchio secondario a sua volta riflette la luce attraverso un foro al centro dello specchio primario verso un punto focale dietro lo specchio primario. Se disegnassi il percorso della luce in arrivo, assomiglierebbe alla lettera "W", tranne che con tre gobbe verso il basso invece di due.
Nel punto focale, specchi più piccoli, per metà riflettenti e per metà trasparenti, distribuiscono la luce in entrata ai vari strumenti scientifici. (Parleremo di più di questi strumenti nella prossima sezione.) Come avrai intuito, questi non sono solo normali specchi in cui potresti guardare per ammirare il tuo riflesso.
Gli specchi dell'HST sono realizzati in vetro e rivestiti con strati di alluminio puro (tre milionesimi di pollice di spessore) e fluoruro di magnesio (un milionesimo di pollice di spessore) per farli riflettere la luce visibile, infrarossa e ultravioletta. Lo specchio primario ha un diametro di 2,4 metri (7,9 piedi), mentre lo specchio secondario ha un diametro di 0,3 metri (1 piede).
Successivamente parleremo di cosa fa Hubble con tutta quella luce dopo che ha colpito gli specchi del telescopio.
Osservando le diverse lunghezze d'onda, o lo spettro della luce, di un oggetto celeste, puoi discernere molte delle sue proprietà. Per fare questo, HST è dotato di diversi strumenti scientifici. Ciascuno strumento utilizza dispositivi ad accoppiamento di carica (CCD) anziché pellicole fotografiche per catturare la luce. La luce rilevata dai CCD viene trasformata in segnali digitali, che vengono archiviati nei computer di bordo e trasmessi alla Terra. I dati digitali vengono poi trasformati in foto straordinarie. Diamo un'occhiata a come ogni strumento contribuisce a quelle immagini.
La Wide Field Camera 3 (WFC3) è uno dei principali strumenti di imaging di Hubble. Dotato di due canali, WFC3 cattura sia la luce ultravioletta che quella infrarossa, estendendo la portata osservativa di Hubble. Utilizza due chip rettangolari distinti per i canali ultravioletto/visibile e infrarosso. Insieme a una vasta gamma di filtri, WFC3 consente agli astronomi di raccogliere dettagli complessi sugli oggetti celesti, rendendolo un aggiornamento fondamentale della Wide Field and Planetary Camera 2 (WFPC2) nella missione di lunga data di Hubble.
Spesso il gas e la polvere interstellari possono bloccare la nostra visione della luce visibile proveniente da vari oggetti celesti. Nessun problema:Hubble può vedere la luce infrarossa, o il calore, proveniente dagli oggetti nascosti nella polvere e nel gas. Per vedere questa luce infrarossa, l'HST dispone di tre fotocamere sensibili che compongono la Near Infrared Camera e il Multi-Object Spectrometer (NICMOS).
Oltre a illuminare un oggetto celeste, la luce emanata da quell'oggetto può anche rivelare di cosa è fatto. I colori specifici ci dicono quali elementi sono presenti e l'intensità di ciascun colore ci dice quanto di quell'elemento è presente. Lo spettrografo di imaging del telescopio spaziale (STIS) separa i colori della luce in entrata proprio come un prisma crea un arcobaleno.
Oltre a descrivere la composizione chimica, lo spettro può trasmettere la temperatura, la densità e il movimento di un oggetto celeste. Se l'oggetto si muove, l'impronta chimica può spostarsi verso l'estremità blu (muovendosi verso di noi) o verso l'estremità rossa (allontanandosi da noi) dello spettro. Sfortunatamente, lo STIS ha perso potenza nel 2004. È stato riparato nel 2009.
Durante una missione di manutenzione nel febbraio 2002, gli astronauti aggiunsero la Advanced Camera for Surveys (ACS), raddoppiando il campo visivo dell'Hubble e sostituendo la Faint Object Camera, che fungeva da teleobiettivo dell'HST.
L'ACS, che vede la luce visibile, è stato installato per aiutare a mappare la distribuzione della materia oscura, rilevare gli oggetti più distanti dell'universo, cercare pianeti massicci ed esaminare l'evoluzione degli ammassi di galassie. Gli scienziati stimarono che sarebbe durata cinque anni e, proprio al momento giusto, nel gennaio 2007 una carenza di energia elettrica disabilitò due delle sue tre telecamere.
L'ultimo strumento a bordo dell'HST sono i Fine Guidance Sensors (FGS), che puntano il telescopio e misurano con precisione le posizioni e i diametri delle stelle, nonché la separazione delle stelle binarie. L'Hubble ha complessivamente tre di questi sensori; due per puntare il telescopio e mantenerlo fisso sul bersaglio, cercando stelle "guida" nel campo HST vicino al bersaglio. Quando ciascun FGS trova una stella guida, la aggancia e restituisce le informazioni al sistema di sterzo HST per mantenere quella stella guida nel suo campo. Mentre due sensori guidano il telescopio, uno è libero di effettuare misurazioni astrometriche (posizioni delle stelle). Le misurazioni astrometriche sono importanti per rilevare i pianeti perché i pianeti in orbita fanno oscillare le stelle madri mentre si muovono nel cielo.
Ora sai come Hubble scatta tutte quelle foto. Successivamente conosceremo l'altra vita di Hubble come veicolo spaziale.
Hubble non è solo un telescopio con strumenti scientifici altamente specializzati. È anche un veicolo spaziale. Come tale, deve avere potere, comunicare con il suolo ed essere in grado di cambiare il suo atteggiamento (orientamento).
Tutti gli strumenti e i computer a bordo dell'HST richiedono energia elettrica. Due grandi pannelli solari soddisfano questa responsabilità. Ogni pannello a forma di ala può convertire l'energia solare in 2.800 watt di elettricità. Quando l'HST è all'ombra della Terra, l'energia immagazzinata nelle batterie di bordo può sostenere il telescopio per 7,5 ore.
Oltre a generare energia, l’HST deve essere in grado di parlare con i controllori a terra per trasmettere dati e ricevere comandi per i suoi prossimi obiettivi. Per comunicare, l'HST utilizza una serie di satelliti relè chiamati sistema Tracking and Data Relay Satellite (TDRS). Attualmente ci sono cinque satelliti TDRS in varie posizioni nel cielo.
Il processo di comunicazione di Hubble è aiutato anche dai due computer principali che si inseriscono attorno al tubo del telescopio sopra gli alloggiamenti degli strumenti scientifici. Un computer comunica con la terra per trasmettere dati e ricevere comandi. L'altro computer è responsabile della gestione dell'HST e di varie funzioni di pulizia. Hubble dispone anche di computer di backup in caso di emergenza.
Ma cosa viene utilizzato per recuperare i dati? E cosa succede a tali informazioni dopo che sono state raccolte? Quattro antenne posizionate sul telescopio trasmettono e ricevono informazioni tra Hubble e il Flight Operations Team presso il Goddard Space Flight Center a Greenbelt, MD. Dopo aver ricevuto le informazioni, Goddard le invia allo Space Telescope Science Institute (STScI) nel Maryland, dove vengono tradotte in unità scientifiche come lunghezza d'onda o luminosità.
Scopri come naviga Hubble in seguito.
Hubble effettua uno zoom attorno alla Terra ogni 97 minuti, quindi concentrarsi su un bersaglio può essere difficile. Tre sistemi a bordo consentono al telescopio di rimanere fisso su un oggetto:giroscopi, sensori di guida fine di cui abbiamo parlato nella sezione precedente e ruote di reazione.
I giroscopi tengono traccia dei movimenti grossolani di Hubble. Come le bussole, ne percepiscono il movimento, comunicando al computer di volo che Hubble si è allontanato dal bersaglio. Il computer di volo calcola quindi quanto e in quale direzione Hubble deve muoversi per rimanere sul bersaglio. Il computer di volo dirige quindi le ruote di reazione per spostare il telescopio.
I sensori di guida fine di Hubble aiutano a mantenere il telescopio fisso sul suo bersaglio puntando le stelle guida. Due dei tre sensori trovano le stelle guida attorno al bersaglio nei rispettivi campi visivi. Una volta trovate, agganciano le stelle guida e inviano informazioni al computer di volo per mantenere le stelle guida nel loro campo visivo. I sensori sono più sensibili dei giroscopi, ma la combinazione di giroscopi e sensori può mantenere l'HST fisso su un bersaglio per ore, nonostante il movimento orbitale del telescopio.
L'HST non può utilizzare motori a razzo o propulsori a gas per virare come fanno la maggior parte dei satelliti, perché i gas di scarico si librerebbero vicino al telescopio e offuscherebbero il campo visivo circostante. Invece, l'HST ha ruote di reazione orientate nelle tre direzioni di movimento (x/y/z o beccheggio/rollio/imbardata). Le ruote di reazione sono volani, come quelli che si trovano in una frizione. Quando l'HST deve muoversi, il computer di volo indica a uno o più volani in quale direzione girare e quanto velocemente, il che fornisce la forza d'azione. Secondo la terza legge del moto di Newton (ad ogni azione corrisponde una reazione uguale e contraria), l'HST gira nella direzione opposta dei volani fino a raggiungere il suo bersaglio.
C'è qualcosa che Hubble non può fare?
Sebbene l'HST sia responsabile di innumerevoli immagini e scoperte incredibili, presenta alcune limitazioni.
Una di queste limitazioni è che l'HST non può osservare il sole perché la luce intensa e il calore friggerebbero i suoi sensibili strumenti. Per questo motivo l'HST è sempre puntato lontano dal sole. Ciò significa anche che Hubble non può osservare nemmeno Mercurio, Venere e alcune stelle vicine al Sole.
Oltre alla luminosità degli oggetti, l'orbita di Hubble limita anche ciò che può essere visto. A volte, gli obiettivi che gli astronomi vorrebbero che Hubble osservassero vengono ostacolati dalla Terra stessa mentre Hubble orbita. Ciò può limitare il tempo trascorso osservando un determinato oggetto.
Infine, l’HST attraversa una sezione delle cinture di radiazione di Van Allen, dove le particelle cariche provenienti dai venti solari vengono intrappolate dal campo magnetico terrestre. Questi incontri causano un'elevata radiazione di fondo, che interferisce con i rilevatori degli strumenti. È impossibile per il telescopio effettuare osservazioni in questi periodi.
Successivamente, scopri cosa riserva il futuro al grande osservatorio nel cielo.
Come con qualsiasi tecnologia, persistono domande sulla futura fattibilità di Hubble e sul suo ruolo nella ricerca spaziale. Originariamente previsto per una missione di 15 anni, è sopravvissuto alle aspettative, grazie in parte a diverse missioni di manutenzione da parte degli astronauti della NASA. Queste missioni non solo hanno riparato e sostituito apparecchiature obsolete, ma ne hanno anche aggiornato gli strumenti, consentendo a Hubble di rimanere in prima linea nella ricerca astronomica.
La NASA non ha fissato una data di pensionamento definitiva per Hubble. Si prevede invece che continuerà a funzionare finché i suoi strumenti rimarranno funzionali e forniranno dati preziosi. I suoi continui contributi, anche in mezzo alle incertezze, testimoniano l'impatto duraturo di missioni spaziali ben progettate e la resilienza dello spirito umano nell'esplorare e comprendere il nostro universo.
Il James Webb Space Telescope (JWST), dal nome dell'ex amministratore della NASA James Webb, studia ogni fase della storia dell'universo. Dalla sua orbita a circa 1 milione di miglia (1,6 milioni di km) dalla Terra, il telescopio scopre informazioni sulla nascita delle stelle, di altri sistemi solari e galassie e sull'evoluzione del nostro sistema solare.
Per fare queste affascinanti scoperte, il JWST si affida principalmente a quattro strumenti scientifici:una fotocamera nel vicino infrarosso (IR), uno spettrografo multi-oggetto nel vicino IR, uno strumento nel medio IR e un imager con filtro sintonizzabile.
Ma prima di passare al JWST e dimenticare Hubble, forse il laborioso telescopio merita un momento. Grazie alle impareggiabili scoperte di Hubble, immagini accattivanti di ciò che si trova oltre l'atmosfera terrestre sono state rese accessibili a tutti. Da un raro allineamento tra due galassie a spirale a una potente collisione tra ammassi di galassie, Hubble ha portato un piccolo pezzo di cielo più vicino a casa.
Questo articolo è stato aggiornato insieme alla tecnologia AI, quindi verificato e modificato da un editor di HowStuffWorks.
