Alheimurinn
Hubble geimsjónaukinn

Hubble geimsjónaukinn

Hubblessjónaukinn (e. Hubble Space Telescope, HST)

  • Hubble, geimsjónauki, Hubblessjónaukinn
    Hubble geimsjónauki NASA og ESA

Hubble geimsjónaukinn (Hubble Space Telescope, HST), eða Hubblessjónaukinn, er geimsjónauki sem skotið var á loft með geimferjunni Discovery hinn 24. apríl árið 1990. Hann er spegilssjónauki en mælitæki hans geta numið vítt svið rafsegulrófsins: Nær-útfjólublátt ljós, sýnilegt ljós og nær-innrautt ljós. Sjónaukinn er samstarfsverkefni NASA og ESA og er hann nefndur eftir bandaríska stjörnufræðingnum Edwin Hubble sem gerði eina mestu vísindauppgötvun 20. aldar þegar hann uppgötvaði að alheimurinn er að þenjast út.

Helstu upplýsingar
Stofnanir: NASA og ESA
Skotið á loft:
24. apríl 1990
Eldflaug:
Geimferjan Discovery (STS-31)
Kenndur við:
Edwin Hubble
Massi:
11.100 kg (11,1 tonn)
Hæð yfir jörðinni:
555 km
Umferðartími: 96 mínútur
Brautarhraði:
7,2 km/s
Sjónaukategund:
Ritchey-Chrétien
Bylgjulengdir:
Sýnilegt, útfjólublátt, nær-innrautt
Þvermál safnspegils:
2,4 metrar

Saga Hubblesjónaukans er í senn saga glæstra sigra og vonbrigða. Skömmu eftir að Hubblesjónaukinn fór út í geim kom í ljós að safnspegillinn var ekki rétt slípaður sem þýddi að myndirnar frá honum voru óskýrar. Þrjú ár liðu þangað til geimfarar heimsóttu sjónaukann í fyrsta sinn og komu fyrir leiðréttingarbúnaði sem leysti vandamálið. Eftir þetta hafa geimfarar farið í fjóra viðhaldsleiðangra til Hubblesjónaukans og var haldið í síðasta viðhaldsleiðangurinn í maí 2009. Þá voru tvö ný mælitæki sett um borð í sjónaukann og gert við ýmiss konar búnað í sjónaukanum.

Hubblesjónaukinn skipar veglegan sess í huga stjörnufræðinga og áhugamanna um himingeiminn. Hann hefur gert stjörnufræðingum kleyft að rannsaka fjölmargt sem ekki hefur verið mögulegt að skoða í öðrum sjónaukum. Mikilvægi Hubblesjónaukans liggur ekki síður í því hvað hann hefur auðveldað kynningu á stjörnufræði. Myndir frá honum af geimþokum, fjarlægum vetrarbrautum, hnöttum sólkerfisins og alls konar fyrirbærum hafa átt mikinn þátt í stórauknum áhuga almennings á himingeimnum.

Arftaki Hubblesjónaukans er í smíðum en hann nefnist James Webb geimsjónaukinn. Ef allt gengur að óskum verður hann sendur út í geiminn um svipað leyti og Hubble gefur upp öndina.

Hinn 24. apríl var 25 ára afmæli sjónaukans í geimnum fagnað um víða veröld. Geimvísindastofnun Evrópu dreifði þá 25 ára afmælismynd Hubbles til tuttugu og tveggja Evrópulanda. Tvær myndir rötuðu til Íslands, önnur í Exploration Museum á Húsavík en hin í Vísindasmiðju Háskóla Íslands.

1. Saga sjónaukans

Lofthjúpur Jarðar er helsti óvinur stjörnufræðinga. Hann er á stöðugri hreyfingu sem veldur því að ljósgeislar frá fjarlægum fyrirbærum komast yfirleitt ekki beinustu leið í gegnum lofthjúpinn. Stjörnurnar tindra því á himninum og hreyfast til og frá á þeim stað sem þær eiga að vera. Frá Jörðu séð er sýn okkar á alheiminn fremur óskýr.

Atóm og sameindir lofthjúpsins koma líka í veg fyrir að geislun af ýmsum bylgjulengdum nái í gegnum hann. Lofthjúpurinn verndar lífverur fyrir skaðlegri geislun utan úr geimnum en kemur um leið í veg fyrir að stjörnufræðingar geti skoðað stóran hluta rafsegulrófsins sem innheldur bæði skaðlega geislun af stuttum bylgjulengdum og meinlausa langbylgjugeislun. Í geimnum er ekkert sem truflar sýn út í geiminn. Myndir sem teknar eru þaðan eru því hnífskarpar og hægt er að fylgjast með öllum gerðum ljóss.

Hugmyndin um geimsjónauka kom fram löngu fyrir upphaf geimaldar. Árið 1923 setti þýski eldflaugaverkfræðingurinn Hermann Oberth — einn af feðrum eldflaugatækninnar ásamt Robert Goddard og Konstantin Tsiolkovsky — fyrstur manna fram hugmyndir um geimsjónauka í bók sinni „Die Rakete zu den Planeträumen“.

Lyman Spitzer, einn af forvígismönnum Hubble geimsjónaukans
Lyman Spitzer, einn af forvígismönnum Hubble geimsjónaukans

Saga Hubble geimsjónaukans hefst þó árið 1946 þegar bandaríski stjörnufræðingurinn Lyman Spitzer skrifaði grein um kosti geimsjónauka. Spitzer reyndi að vinna hugmyndinni brautargengi næstu þrjá áratugi og uppskar árið 1962 laun erfiðisins þegar bandaríska vísindaakademían mælti með þróun geimsjónauka sem hluta af geimáætlun Bandaríkjanna.

Þremur árum síðar, árið 1965, var Spitzer settur yfir nefnd sem hafði það verkefni að skilgreina vísindaleg markmið 3 metra breiðs geimsjónauka. Sjónaukinn gekk þá undir nafninu Large Space Telescope (LST) og var markmiðið að skjóta honum á loft árið 1979. Áætlanirnar undirstrikuðu þörf á mönnuðum viðhaldsleiðöngrum til sjónaukans svo tryggja mætti að svo dýr sjónauki entist sem lengst. Geimferjuáætlunin var því lykillinn að stórum geimsjónauka.

Fjármögnun sjónaukans gekk ekki þrautalaust fyrir sig. Bandaríkjaþing efaðist kostnaðinn við verkefnið og skar niður allar fjárveitingar til sjónaukans árið 1974. Þrýstingur frá vísindasamfélaginu varð að lokum til þess að öldungadeildina samþykkti að veita fé í verkefnið, þó helmingi minna en þingið hafði samþykkt í upphafi.

Til að draga úr kostnaði við sjónaukann var spegill hans minnkaður úr 3 metrum í 2,4 metra. Samstarfi var einnig komið á við Geimvísindastofnun Evrópu (ESA) sem veitti fé til sjónaukans og lagði til eitt af fyrstu mælitækjum hans, sólarrafhlöður sem sáu honum fyrir rafmagni og starfsfólk til að vinna að smíði sjónaukans í Bandaríkjunum. Í staðinn fengu evrópskir stjörnufræðingar 15% af tíma sjónaukans.

Árið 1983 var sjónaukinn nefndur Hubble geimsjónaukinn eftir bandaríska stjörnufræðingnum Edwin Hubble sem gerði eina mestu vísindauppgötvun 20. aldar þegar hann uppgötvaði að alheimurinn er að þenjast út.

Vinna við smíði sjónaukans hófst á fullu þegar fjármögnun lá fyrir og var geimskot fyrirhugað árið 1983. Verkinu var skipt á milli ýmissa stofnana og fyrirtækja en Marshall geimferðamiðstöðin hafði umsjón með hönnun, þróun og smíði sjónaukans sjálfs en Goddard geimferðamiðstöðin sá um mælitæki og stjórnstöð sjónaukans, Geimsjónaukastofnunina. Sjóntækjafyrirtækið Perkin-Elmer var fengið til að hanna og pússa speglana en Lockheed sá um smíði grindarinnar utan um sjónaukann og geimfarsins sem hýsir hann.

1.1 Sjónaukinn

Hubblessjónaukinn í samanburði við strætisvagn. Mynd: Stjörnufræðivefurinn/Hermann Hafsteinsson
Hubblessjónaukinn í samanburði við strætisvagn. Mynd: Stjörnufræðivefurinn/ Hermann Hafsteinsson/ESA/Hubble

Hubblessjónaukinn er á stærð við strætisvagn. Hann er um 13 metrar að lengd, 4 metrar á breidd og vegur rúm 11 tonn. Safnspegillinn er 2,4 metrar á breidd, svo Hubble er mun minni en stærstu sjónaukar á Jörðinni. Hubblesjónaukinn er hins vegar í um 555 km hæð í ystu loftlögum Jarðarinnar þar sem lofthjúpurinn er svo þunnur að hann hefur engin áhrif á útsýni út í himingeiminn, öfugt við sjónauka á Jörðinni.

Hubble geimsjónaukinn er Cassegrain spegilsjónauki (tveir speglar) af Ritchey-Chrétien gerð, rétt eins og flestir stærstu stjörnusjónaukar heims. Í Ritchey-Chrétien sjónaukum eins og Hubble eru safnspegillinn og aukaspegillinn báðir breiðbogalaga (e. hyperbolic). Í þeim myndast hvorki hjúpskekkja (e. coma) né kúluvilla (spherical aberration) og þeir hafa vítt og vel leiðrétt sjónsvið. Helsti ókosturinn er hins vegar sá að erfitt er að smíða og prófa spegla af þessu tagi, auk þess sem þeir eru dýrir í framleiðslu.

Hubblessjónaukinn í samanburði við strætisvagn. Mynd: Stjörnufræðivefurinn/Hermann Hafsteinsson/ESA/Hubble
Hubblessjónaukinn í samanburði við strætisvagn. Mynd: Stjörnufræðivefurinn/ Hermann Hafsteinsson/ESA/Hubble

Perkin-Elmer hugðist byggja frá grunni háþróaðan tölvubúnað sem sæi um að slípa spegilinn í Hubble nákvæmlega. Ef svo færi að Perkin-Elmer lenti í vandræðum með þessa nýju tækni krafðist NASA að fyrirtækið fengi Kodak fyrirtækið til að slípa varaspegil með hefðbundnum hætti. Kodak og fyrirtækið Itek höfðu einnig boðið í smíði spegilsins vildu að bæði fyrirtæki færu yfir slípunina. Það hefði næsta örugglega leitt í ljós gallann í speglinum sem síðar kom í ljós.

Perkin-Elmer hóf að smíða spegilinn árið 1979 en gekk hægt og erfiðlega svo á endanum neyddist NASA til að fresta geimskoti fram í október árið 1984. Slípun spegilsins lauk árið 1981 og var hann þá húðaður með 65 nm þykku lagi af áli og 25 nm þykku magnesíum-flúoríðlagi.

Þótt spegillinn væri tilbúinn gekk hægt að ljúka smíði grindarinnar utan um sjónaukann og geimfarsins. Sjónaukinn þyrfti að þola miklar hitasveiflur þegar hann flygi inn í og út úr skugga Jarðar og vera um leið nógu stöðugur til þess að hægt væri að beina honum nákvæmlega í langan tíma að fyrirbæri. Neyddist NASA því til að fresta geimskoti aftur, fyrst fram í apríl 1985, síðan fram í mars 1986 og loks til september sama ár. Um leið hafði kostnaður við sjónaukann vaxið umtalsvert og smíði hans var langt á eftir áætlun.

1.2 Challenger slysið og geimskot

Geimferjan Discovery hefst á loft með Hubble geimsjónaukann innanborðs. Mynd: NASA
Geimferjan Discovery hefst á loft með Hubble innanborðs. Mynd: NASA

Í byrjun árs 1986 leit allt út fyrir að Hubble geimsjónaukanum yrði loks skotið á loft í október sama ár. Þegar geimferjan Challenger fórst hinn 28. janúar 1986, einungis 73 sekúndum eftir flugtak, var öllum frekari ferðum geimferjanna frestað um óákveðinn tíma.

Geimskoti Hubblessjónaukans var seinkað um nokkur ár. Á meðan var Hubble geymdur í hreinherbergi og haldið við þar til búið var að ákveða hvenær geimskot færi fram. Seinkunin reyndist mjög kostnaðarsöm en gerði verkfræðingum kleift að gera ítarlegar prófanir og lagfæringar á ýmsum búnaði.

Geimferjurnar hófu sig aftur á loft í árslok 1988, næstum þremur árum eftir Challenger slysið. Hubble geimsjónaukanum var loks skotið á loft með geimferjunni Discovery (STS-31) hinn 24. apríl árið 1990, klukkan 12:34 að íslenskum tíma.

Klukkan 19:38 að íslenskum tíma hinn 25. apríl var Hubble losaður frá geimferjunni og komið fyrir á braut um Jörðina.

2. Gallaður spegill

Safnspegill Hubble fyrir húðun
Verkfræðingar skoða safnspegil Hubble fyrir húðun. Mynd: NASA

Þegar Hubblessjónaukinn var prófaður í geimnnum kom í ljós að sjónaukinn náði ekki að skerpustilla eða fókusa rétt. Fyrstu myndirnar voru mun skarpari en myndir teknar frá jörðu niðri en engu að síður miklu óskýrari en búist var við.

Wide Field Planetary Camera og Faint Object Camera myndavélarnar sýndu báðar sömu sjónskekkju, kúluvillu (spherical aberration), sem hlaut að stafa af skekkju í safnspeglinum, aukaspeglinum eða báðum speglum. Myndir af stökum stjörnum (punktuppsprettum) voru meira en ein bogasekúnda á breidd í stað þess að vera innan við 0,1 bogasekúnda eins og gert var ráð fyrir.

NASA tilkynnti opinberlega um gallann 21. júní 1990. Tveimur vikum síðar var nefnd sett á laggirnar sem átti að finna út ástæðu skekkjunnar, hvernig hún hefði komið til og hvers vegna hennar varð ekki vart fyrir geimskot.

Forsíða Newsweek 9. júlí 1990
Forsíða Newsweek 9. júlí 1990

Frekari greining á myndum úr sjónaukanum leiddi í ljós að safnspegillinn var rót vandans. Þótt spegillinn væri best slípaði spegill sögunnar (ef Jörðin væri flött út og slípuð jafn vel væri hæsta bunga á henni, stærsta fjall Jarðar, aðeins 15 cm há), hafði hann verið slípaður á rangan hátt svo skeikaði aðeins 10 nanómetrum.

Spegillinn var örlítið of flatur til jaðranna sem nam 1/50 af breidd mannshárs. Þessi hárfína skekkja skipti öllu máli og orsakaði kúluvillu sem þýddi að ljósið endurvarpaðist ekki allt í einn og sama brennipunktinn, heldur dreifðist í stóran þokukenndan hjúp í kringum brennipunktinn.

NASA varð að aðhlátursefni og fékk yfir sig mikla gagnrýni. „Eins og hálf milljarðs dollara klúður NASA“ stóð á forsíðu Newsweek tímaritsins hinn 9. júlí 1990.

Kúluvillan hafði þó mismikil áhrif á getu sjónaukans. Hægt var að gera góðar mælingar á björtum fyrirbærum en skekkjan dró hins vegar verulega úr getu sjónaukans til að greina dauf fyrirbæri. Fyrir vikið voru næstum allar heimsfræðilegar athuganir svo til ómögulegar. Þrátt fyrir það gerði sjónaukinn margar mjög góðar mælingar fyrstu þrjú starfsár sín. Skekkjan var vel þekkt og stjörnufræðingar þróuðu myndgreiningartækni sem lagfærði myndir verulega.

Kjarni vetrarbrautarinnar Messier 100 fyrir og eftir viðgerð á Hubble
Kjarni vetrarbrautarinnar Messier 100 fyrir og eftir lagfæringu. Mynd: NASA/ESA

Rannsókn nefndarinnar sýndi að kúluvilluna mátti rekja til gallaðs ljósmælis sem notaður var til að mæla sveigju spegilsins. Ljósmælirinn, kallaður null corrector, samanstóð af tveimur litlum speglum og linsu og var smíðaður sérstaklega af Perkin-Elmer fyrirtækinu fyrir slípun spegilsins. Perkin-Elmer hafði varðveitt tækið nákvæmlega eins og það var þegar spegillinn var slípuður. Þegar rannsóknarnefndin skoðaði tækið kom í ljós að linsan var ekki á réttum stað í mælinum, svo skeikaði aðeins 1,3 millímetrum. Það dugði til þess að spegillinn var slípaður mjög nákvæmlega en á rangan hátt.

Þegar slípun spegilsins hófst voru tveir hefðbundnir ljósmælar notaðir til að fylgjast með löguninni en skipt var yfir í sérsmíðaða mælinn þegar lokamótunin fór fram. Prófanir fyrir geimskot með fyrri mælunum tveimur sýndu kúluvilluna en ekki var tekið mark á því þar sem álitið var að sérsmíðaði mælirinn væri mun nákvæmari.

Í skýrslu rannsóknarnefndarinnar var Perkin-Elmer harðlega gagnrýnt fyrir ófullnægjandi vinnubrögð. NASA var einnig harðlega gagnrýnt fyrir að lélega gæðastjórnun og að allt traust var lagt á mælingar eins mælitækis.

Geimfarar koma COSTAR leiðréttingarbúnaðinum fyrir í Hubble í fyrsta viðhaldsleiðangrinum árið 1993
Geimfarar koma COSTAR leiðréttingarbúnaðinum fyrir í Hubble í fyrsta viðhaldsleiðangrinum árið 1993. Mynd: NASA/ESA

Þegar kúluvillan lá ljós fyrir hófu stjörnufræðingar og verkfræðingar að leita leiða til að leysa vandann fyrir fyrsta viðhaldsleiðangurinn árið 1993. Þótt Kodak hefði slípað varaspegil fyrir Hubble var ógerlegt að skipta um spegil á braut um Jörðina og of dýrt og tímafrekt að flytja sjónaukann til Jarðar og gera við hann. Þess í stað var ákveðið að útbúa nýtt tæki, Corrective Optics Space Telescope Axial Replacement (COSTAR), sem leiðrétti skekkjuna og var nokkurs konar „gleruaugu“ fyrir sjónaukann.

COSTAR búnaðurinn var hannaður til að leiðrétta kúluvilluna og beina ljósinu á réttan hátt í FOC, FOS og GHRS tækin. Til að koma honum fyrir í sjónaukanum varð að fjarlægja eitt tæki og ákváðu stjörnufræðingar að fórna High Speed Photometer ljósmælinum.

Árið 2002 voru öll tæki sjónauakns komin með innbyggðan leiðréttingarbúnað. Árið 2009 var COSTAR fjarlægt úr sjónaukanum og flutt til Jarðar þar sem tækið er nú til sýnis í Loft- og geimferðasafninu í Washington. Í stað COSTAR kom Cosmic Origins Spectrograph litrófsritinn.

2.1 Hubble og brjóstakrabbamein

Skimað eftir brjóstakrabbameini með myndgreiningartækni sem þróuð var vegna galla í Hubblessjónaukanum
Skimað eftir brjóstakrabbameini með myndgreiningartækni sem þróuð var vegna galla í Hubblessjónaukanum. Vinstra megin sést brjóstamynd fyrir myndgreiningu og hægra megin eftir myndgreiningu. Mynd: Bartron Medical Imaging

Þótt Hubblessjónaukinn nýttist stjörnufræðingnum ekki til fulls í byrjun dóu þeir ekki ráðalausir. Í Geimsjónaukastofnuninni í Baltimore hófust þeir handa við að þróa hugbúnað til að vinna myndirnar og gera þær skýrar og skarpar. Gallinn í speglinum gerði stjörnufræðingana að sérfræðingum í myndgreiningu, sem þeir hefðu annars ekki þurft að vera.

Vísindamenn sáu að það að finna stjörnur á óskýrum myndum Hubblessjónaukans líktist að mörgu leyti því að finna hnúta í brjóstum kvenna á röntgenmyndum snemma, áður en meinið næði að dreifa sér.

Læknar við Lombardi krabbameinsmiðstöð Georgetown-háskóla í Washington heimsóttu stjarneðlisfræðingana í Geimsjónaukamiðstöðinni og sáu að myndgreiningartæknin kæmi að góðum notum í brjóstamyndatökum. Læknarnir nýttu sér tæknina og í dag eru þúsundir kvenna á lífi vegna myndgreiningartækni sem fundin var upp vegna hönnunargalla í Hubble geimsjónaukanum.

3. Viðhaldsferðir

Hubble við geimferjuna Discovery í þriðja viðhaldsleiðangrinum árið 1999.
Hubble við geimferjuna Discovery í þriðja viðhaldsleiðangrinum árið 1999. Mynd: NASA/ESA

Þegar Hubblessjónaukinn var hannaður gerðu menn ráð fyrir að farið yrði í viðhaldsleiðangra til að lagfæra sjónaukann og skipta um mælitæki í honum.

Farnir voru fimm viðhaldsleiðangrar í heildina, sá fyrsti í desember 1993 en sá seinasti í maí 2009. Leiðangrarnir voru mjög vandasamir og hófust á stefnumóti við sjónaukann í geimnum og var hann „gripinn“ með armi geimferjunnar. Viðhaldinu var síðan sinnt í nokkrum þaulskipulögðum geimgöngum. Geimfarar gerðu við laskaða hluta hans og skiptu um búnað og mælitæki. Að viðgerð lokinni var sjónaukinn venjulega færður upp á hærri braut um Jörðina (til að sporna við lækkun sporbrautarinnar vegna núnings við lofthjúp Jarðar) og hann losaður frá geimferjunni.

3.1 Viðhaldsferð 1

Í júní árið 1990, tveimur mánuðum eftir að Hubble hafði verið komið á braut um Jörðina, höfðu vísindamenn áttað sig á hvað amaði að safnspegli sjónaukans og olli því að myndirnar frá sjónaukanum voru óskýrar.

Í fyrstu viðhaldsferðinni, sem farin var með geimferjunni Endeavour (STS-61) í desember 1993, þurftu geimfarar að koma fyrir nýju tæki — COSTAR (Corrective Optics Space Telescope Axial Replacement) — sem leiðrétti skekkjuna í speglinum. COSTAR samanstóð af fimm leiðréttingarspeglum sem settir voru fyrir framan Faint Object Camera, Faint Object Spectrograph og Goddard High Resolution Spectrograph. Segja má að Hubble hafi fengið gleraugu sem leiðréttu sjónskekkju hans.

Í leiðangrinum var Wide Field Planetary Camera (WFPC) skipt út fyrir Wide Field Planetary Camera 2 (WFPC2). Nýja myndavélin bætti mjög næmni sjónaukans fyrir útfjólubláu ljósi en var auk þess með innbyggt leiðréttingakerfi.

Hinn 13. janúar 1994 lýsti NASA því yfir að leiðangurinn hefði tekist fullkomlega og birti fyrstu myndirnar frá lagfærðum sjónaukanum.

3.2 Viðhaldsferð 2

Í febrúar árið 1997 fór geimferjan Discovery í annan viðhaldsleiðangur til Hubblessjónaukans. Goddard High Resolution Spectrograph (GHRS) og Faint Object Spectrograph litrófsritunum var skipt út fyrir tvo aðra og mun betri litrófsrita, Space Telescope Imaging Spectrograph (STIS) og Near Infrared Camera and Multi-Object Spectrometer (NICMOS). Bæði þessi mælitæki byggðu á tækni sem ekki var til þegar sjónaukanum var skotið á loft. Að auki skiptu geimfararnir um ýmsan tækjabúnað sem kominn var til ára sinna.

3.3 Viðhaldsferð 3A

Geimfararnir Steven Smith og John Grunsfeld í geimgöngu í þriðja viðhaldsleiðangrinum árið 1999.
Geimfararnir Steven Smith og John Grunsfeld í geimgöngu í þriðja viðhaldsleiðangrinum árið 1999. Mynd: NASA/ESA

Þriðja viðhaldsferðin var fyrirhuguð í júní árið 2000. Eftir að þrír af sex snúðum (gyroscopes) sjónaukans biluðu, sem stjórna afstöðu sjónaukans og halda honum stöðugum, ákvað NASA að flýta förinni og skipta þriðju viðhaldsferðinni í tvo hluta, viðhaldsferð 3A og viðhaldferð 3B. Fyrri viðhaldsferðin (3A) var því farin með geimferjunni Discovery í desember 1999 (STS-103). Steven L. Smith, and John M. Grunsfeld, appear as small figures in this wide scene photographed during extravehicular activity (EVA).

Í nóvember 1999 bilaði fjórði snúðurinn af sex sem varð til þess að Hubble var nánast ónothæfur. Sjónaukinn lá því í dvala til 19. desember sama ár þegar geimfararnir komu til bjargar og skiptu um alla sex snúðana. Að auki var skipt um tölvu í sjónaukanum og Fine Guidance Sensor (FGS) nema, sem einnig stýra sjónaukanum.

Þegar prófanir höfðu sýnt að öll kerfi virkuðu sem skildi var Hubble losaður frá geimferjunni í 609 km hæð yfir Jörðu. Engin geimferja flaug hærra. Discovery sneri loks heim til Jarðar hinn 27. desember 1999.

3.4 Viðhaldsferð 3B

Geimfarinn John Grunsfeld skiptir um útvarpssendi í Hubble
Geimfarinn John Grunsfeld skiptir um útvarpssendi í Hubble. Mynd: NASA/ESA

Hinn 1. mars 2002 fór geimferjan Kólumbía (STS-103) í fjórðu viðhaldsferðina (SM3B). Faint Object Camera, seinasta upprunalega tækinu í sjónaukanum, var skipt út fyrir Advanced Camera for Surveys (ACS) myndavélina sem síðar var notuð til að taka Hubble Deep Field myndina. Það þýddi að ekki var lengur þörf á COSTAR leiðréttingakerfinu, því öll nýju tækin höfðu innbyggðan leiðréttingarbúnað.

Að auki var skipt um sólarrafhlöður í annað sinn og gáfu þær ásamt nýju rafdreifikerfi samanlegt 30% meira afl. Skipt var um kælibúnað í NICMOS litrófsritanum sem hafði þá verið óstarfhæfur frá árinu 1999. Með því öðlaðist Hubble innrauða sýn á ný.

Kólumbía lenti aftur á Jörðinni 12. mars og það í seinasta sinn. Ári síðar fórust sjö geimfarar með Kólumbíu þegar geimferjan splundraðist á leið sinni í gegnum lofthjúp Jarðar.

3.5 Viðhaldsferð 4

Áætlanir gerðu ráð fyrir að lagt yrði upp í fimmta viðhaldsleiðangurinn árið 2004. Eftir að geimferjan Kólumbía fórst í ársbyrjun 2003 var honum þó frestað. Hann var síðan endanlega sleginn af þrátt fyrir hávær mótmæli frá vísindamönnum og almenningi.

Geimferjan Atlantis tekst á loft 11. maí 2009
Geimferjan Atlantis tekst á loft 11. maí 2009 í seinasta viðhaldsleiðangurinn til Hubblessjónaukans. Mynd: NASA/ESA

Geimferjunum var lagt eftir Kólumbíu-slysið en eftir að þær flugu á ný komu engin stórvægileg vandamál upp. Árið 200X, eftir mikinn þrýsting frá vísindasamfélaginu, almenningi og stjórnmálamönnum, gaf NASA loks grænt ljós á nýjan viðhaldsleiðangur. Gera átti við Hubble haustið 2008 en því var frestað þegar bilun varð í stjórnkerfi sjónaukans og fimmti viðhaldsleiðangurinn fyrirhugaður í maí 2009.

Klukkan 18:01 að íslenskum tíma hinn 11. maí 2009, hóf geimferjan Atlantis sig á loft frá Flórída með sjö geimfara um borð. Þeim var skipt upp í þrjú tveggja manna teymi sem fóru í geimgöngur á meðan sjöundi geimfarinn stýrði geimferjunni.

Um tvo daga tók að stilla braut geimferjunnar af þannig að hún gæti nálgast Hubblessjónaukann í tæplega 600 km hæð yfir Jörðinni og gripið hann.

Farnar voru fimm geimgöngur í leiðangrinum og tók hver 6-7 klukkustundir. Sett voru upp tvö ný mælitæki: Wide FIeld Camera 3 (WFC3) myndavélin leysti Wide FIeld Planetary Camera 2 af hólmi og Cosmic Origins Spectrograph litrófsritinn kom í stað COSTAR kerfisins. Rafkerfi sjónaukans var einnig lagfært sem og stjórn- og miðunarbúnaður hans. Loks settu geimfararnir upp nýjar hlífar til þess að verja sjónaukann fyrir ryki sem rekst á hann í geimnum..

Hubble geimsjónaukinn eftir seinasta viðhaldsleiðangurinn hinn 19. maí 2009
Hubble geimsjónaukinn eftir seinasta viðhaldsleiðangurinn hinn 19. maí 2009. Mynd: NASA/ESA

Vandasamasti hluti leiðangursins var þó viðgerð á Space Telescope Imaging Spectrograph (STIS) og Advanced Camera for Surveys (ACS) myndavélinni sem þá var óvirk. Hvorugt þessara tækja var hannað til viðgerðar í geimnum, svo þróa þurfti ný tæki og tól og aðferðir sérstaklega til verksins. Til að lagfæra ACS myndavélina varð að losa 111 skrúfur en til þess að þær svifu ekki um í þyngdarleysi og yllu skemmdum á sjónaukanum hönnuðu verkfræðingar NASA sérstakar plötur sem þær voru festar á.

Atlantis lenti heilu og höldnu á Edwards herflugvellinum í Kaliforníu klukkan hálffjögur að íslenskum tíma hinn 24. maí. Þar með lauk fimmta og síðasta viðhaldsleiðangrinum til Hubblessjónaukans sem heppnaðist fullkomlega. Eftir hann voru geimferjurnar eingöngu sendar til Alþjóðlegu geimstöðvarinnar uns þeim var endanlega lagt tveimur árum síðar.

Segja má að Hubble hafi verið í stífri endurhæfingu hjá vísindamönnum og verkfræðingum Geimsjónaukastofnunarinnar og Goddard geimferðamiðstöðvarinnar í Maryland í Bandaríkjunum mánuðina eftir viðhaldsleiðangurinn. Þar var unnið að prófunum og stillingu nýju mælitækjanna. Þann 19. júlí síðastliðinn voru prófanirnar stöðvaðar í stutta stund þegar Hubble var beint að Júpíter sem þá hafði nýorðið fyrir árekstri smástirnis eða halastjörnu.

Hinn 9. september 2009 birtu stjörnufræðingar fyrstu myndirnar frá Hubblessjónaukanum eftir viðhaldsleiðangurinn.

4. Mælitæki

Hubble er búinn ýmsum tækjum sem gera stjörnufræðingum kleift að taka myndir og afla upplýsinga um fyrirbærin sem verið er að rannsaka. Mælitækjunum má í grunninn skipta í tvennt: Í myndavélar og litrófsrita. Myndavélarnar taka hnífskarpar myndir af fyrirbærunum en litrófsritar skoða ljósið sem þau senda frá sér sem geymir upplýsingar um fjarlægð, efnasamsetningu, snúningshraða, burthraða frá Jörðinni og margt fleira.

Þar sem plássið í Hubble er takmarkað var gert ráð fyrir því við hönnun hans að gömlum mælitækjum yrði skipt út fyrir ný í viðhaldsleiðöngrunum. Tækninni fleygir stöðugt fram og myndavélarnar sem nú eru um borð í Hubble eru margfalt fullkomnari en upprunalegu myndavélarnar. Sama má segja um litrófsritana sem hafa þróast mjög hratt síðustu áratugi.

4.1 Núverandi mælitæki

Advanced Camera for Surveys í hreinherberginu í Goddard Space Flight Center
Advanced Camera for Surveys í hreinherberginu í Goddard Space Flight Center. Mynd: NASA/ESA

Advanced Camera for Surveys (ACS) er myndavél með mikla upplausn sem vinnur á breiðu sviði rafsegulrófsins, allt frá útfjólubláu ljósi yfir í nær-innrautt ljós. ACS leysti Faint Object Camera af hólmi og var komið fyrir í sjónaukanum í fjórða viðhaldsleiðangrinum (3B) hinn 7. mars 2002. Hún bilaði fjórum árum síðar en geimförum tókst að gera við hana í fimmta viðhaldsleiðangrinum árið 2009. Myndavélin hefur verið notuð í mjög fjöbreytt verkefni, allt frá Hubble Ultra Deep Field myndatökunni til ljósmyndunar á halastjörnum og reikistjörnum í sólkerfinu okkar. (Sjá allar myndir frá ACS)

Cosmic Origins Spectrograph (COS) er litrófsriti fyrir útfjólublátt ljós sem notaður er til að rannsaka efnasamsetningu fyrirbæra í alheiminum, stórgerð alheimsins, myndun og þróun vetrarbrauta og uppruna stjarna og sólkerfa. COS var komið fyrir í Hubblessjónaukanum í fimmta viðhaldsleiðangrinum árið 2009.

Fine Guidance Sensors (FGS) eru þrír ljósnemar sem notaðir eru til að beina sjónaukanum að þeim fyrirbærum sem á að rannsaka. Nemarnir eru því nokkurs konar leiðsagnakerfi sjónaukans en eru líka notaðir til stjarnmælinga.

Wide Field Camera 3
Wide Field Camera 3. Mynd: NASA/ESA

Near Infrared Camera and Multi Object Spectrometer (NICMOS) er myndavél fyrir nær-innrautt ljós (800-2600 nm bylgjulengdir) og litrófsriti. Tækið getur því séð innrauða geislun sem berst í gegnum rykský sem stöðva sýnilegt ljós. Tækið átti sinn þátt í gerð Hubble Ultra Deep Field ásamt ACS myndavélinni árin 2003-2004. NICMOS var sett upp í öðrum viðhaldsleiðangrinum árið 1997 en kælivökvinn í henni kláraðist árið 1999. Árið 2002 settu geimfarar upp kælikerfi í fjórða viðhaldsleiðangrinum. Myndavélin bilaði aftur haustið 2008 og hefur ekki nýst til rannsókna eftir það. Wide Field Camera 3 hefur að miklu leyti tekið við hlutverki NICMOS.

Space Telescope Imaging Spectrograph (STIS) er myndavél og litrófsriti sem nær yfir vítt svið, frá nær-innrauðu ljósi yfir í útfjólublátt. Með STIS er hægt að afla upplýsinga um efnasamsetningu, hitastig, snúningshraða, segulsvið og sjónstefnnuhraða. STIS var settur upp í Hubble í öðrum viðhaldsleiðangrinum árið 1997. Hann bilaði árið 2004 en geimförum tókst að gera við hann í fimmta viðhaldsleiðangrinum árið 2009.

Wide Field Camera 3 (WFC3) er nýjasta myndavélin í Hubblessjónaukanum. Hún er notuð til að taka myndir í sýnilegu ljósi en líka útfjólubláu og nær-innrauðu. Myndavélin var sett upp í fimmta viðhaldsleiðangrinum árið 2009 og leysti þá af hólmi WFPC2 myndavélina. WFC3 hefur bæði mun víðara sjónsvið og meiri upplausn en forveri hennar. (Sjá myndir frá WFC3)

4.2 Eldri mælitæki

FOC myndavélinni skipt út fyrir ACS myndavélina árið 2002.
FOC myndavélinni skipt út fyrir ACS myndavélina árið 2002. Mynd: NASA/ESA

Faint Object Camera (FOC) var myndavél fyrir útfjólublátt og sýnilegt ljós frá Geimvísindastofnun Evrópu (ESA) og eitt fimm mælitækja sem voru í Hubblessjónaukanum í upphafi. Hún hafði gríðarmikla upplausn og var einstaklega ljósnæm. Myndavélinni var skipt út fyrir Advanced Camera for Surveys í fjórða viðhaldsleiðangrinum árið 2002 og er nú til sýnis í Dornier safninu í Friedrichshafen í Þýskalandi.

Faint Object Spectrograph (FOS) var litrófsriti fyrir mjög dauf fyrirbæri og eitt af upphaflegu tækjunum í Hubble. Tækinu var skipt út fyrir Space Telescope Imaging Spectrograph (STIS) í öðrum viðhaldsleiðangrinum árið 1997.

Goddard High Resolution Spectrograph (GHRS) var litrófsriti fyrir útfjólublátt ljós með háa upplausn og eitt af upphaflegu tækjunum í Hubble. Tækinu var skipt út fyrir NICMOS myndavélina og litrófsritann í öðrum viðhaldsleiðangrinum árið 1997.

High Speed Photometer var ljósmælir og eitt af upphaflegu mælitækjunum í Hubble. Í honum voru fimm ljósnemar sem gátu gert allt að 100.000 mælingar á sekúndu á ýmsum fyrirbærum í útfjólubláu og sýnilegu ljósi. Tækið var fjarlægt úr Hubble í fyrsta viðhaldsleiðangrinum í desember 1993.

Geimfarinn Jeffrey Hoffman fjarlægir WFPC1 myndavélina úr Hubble í fyrsta viðhaldsleiðangrinum árið 1993
Geimfarinn Jeffrey Hoffman fjarlægir WFPC1 myndavélina úr Hubble í fyrsta viðhaldsleiðangrinum árið 1993. Mynd: NASA/ESA

Wide Field Planetary Camera 1 (WFPC1) var aðalmyndavél Hubblessjónaukans í byrjun. Myndavélin virkaði fullkomlega en gallinn í speglinum kom í veg fyrir að hún nýttist til fulls. Áður en Hubble var skotið út í geiminn var vinna þegar hafin við næstu kynslóð myndavélarinnar og var henni því skipt út fyrir WFP2 í fyrsta viðhaldsleiðangrinum.

Wide Field Planetary Camera 2 (WFPC2) var aðalmyndavél Hubbles um árabil en hún leysti af hólmi Wide Field Planetary Camera 1 (WFPC1) í fyrsta viðhaldsleiðangrinum. Myndavélin nam fjarútfjólublátt ljós, sýnilegt ljós og nær-innrautt ljós og hafði auk þess 48 litsíur. Í henni var einnig búnaður til að leiðrétta skekkjuna í safnspeglinum. WFPC2 tók margar af glæsilegustu myndum Hubbles en hún var mest notaða tæki sjónaukans fyrstu 13 starfsárin. WFPC2 var skipt út fyrir Wide Field Camera 3 í fjórða viðhaldsleiðangrinum árið 2009. Hún er nú til sýnis í Smithsonian Loft- og geimferðasafninu í Washington í Bandaríkjunum ásamt forvera sínum, WFPC1.

5. Helstu uppgötvanir

Hubblessjónaukinn hefur gjörbreytt hugmyndum manna um alheiminn. Með sjónaukanum hafa verið gerðar margar af merkilegustu og mikilvægustu uppgötvunum í stjarnvísindum á 20. öld.

5.1 Djúpmyndir

Hubble Deep Field North. Mynd: Robert Williams og Hubble Deep Field Team (STScI) og NASA/ESA
Hubble Deep Field North. Mynd: Robert Williams og Hubble Deep Field Team (STScI) og NASA/ESA

Ein helsta vísindalega réttlætingin fyrir smíði Hubblessjónaukans var að mæla stærð og aldur alheimsins og prófa kenningar um uppruna hans. Myndir af daufum vetrarbrautum í órafjarlægð gefa vísbendingar um hvernig alheimurinn leit út í fjarlægri fortíð og hvernig hann hefur þróast með tímanum.

Fyrsta djúpmynd Hubbles — Hubble Deep Field North — var tekin á tíu dögum jólin 1995. Heildarlýsingartími nam meira en 100 klukkustundum og samanstóð lokaútgáfa myndarinnar af 342 ljósmyndum. Svæði á himninum í stjörnumerkinu Stórabirni varð fyrir valinu vegna þess að það virtist svo til tómt. Á myndinni sáust næstum 3000 vetrabrautir aftur til þess tíma í sögu alheimsins þegar fyrstu vetrarbrautirnar voru að myndast.

Ári síðar var ákveðið að endurtaka leikinn og taka Hubble Deep Field South djúpmyndina til að meta hvort svæðið í Hubble Deep Field North væri á einhvern hátt sérstakt og ekki lýsandi fyrir alheiminn í heild sinni. Djúpmyndirnar gáfu stjörnufræðingum nasasjón af árdögum alheims í fyrsta sinn og bylti nútíma stjarnvísindum. Þær voru fyrstu skýru myndirnar af alheimi í mótun.

Seinni hluta árs 2003 og í ársbyrjun 2004 starði Hubblessjónaukinn á lítið svæði í stjörnumerkinu Ofninum. Afraksturinn var Hubble Ultra Deep Field — mynd sem inniheldur um það bil 10.000 vetrarbrautir og sjást þær fjarlægustu innan við 500 milljón árum eftir Miklahvell.

Hubble Extreme Deep Field, djúpmynd Hubbles, vetrarbrautir
Hubble eXtreme Deep Field. Mynd: NASA, ESA, G. Illingworth, D. Magee og P. Oesch (University of California, Santa Cruz), R. Bouwens (Leiden University) og HUDF09 Team

Hubble Ultra Deep Field myndin er dýpsta mynd sem tekin hefur verið af alheiminum í sýnilegu ljósi. Á henni sjást enda fjarlægustu vetrarbrautir sem unnt er að sjá í sýnilegu ljósi. Þegar alheimurinn þenst út, teygist á ljósgeislunum á langri leið þeirra til okkar. Því fjarlægari sem fyrirbærin eru, þeim mun meira hefur teygst á ljósinu og því rauðara sýnist það. Ljós frá fjarlægustu fyrirbærunum, sem í upphafi var sýnilegt eða jafnvel útfjólublátt, hefur færst yfir í innrauða hluta rafsegulrófsins vegna útþenslunnar svo nota þarf innrauðar myndavélar til að greina það.

Í ágúst og september árið 2009, skömmu eftir seinasta viðhaldsleiðangurinn, var Hubble Ultra Deep Field myndin endurbætt með innrauðum myndum frá Wide Field Camera 3. Afraksturinn var dýpsta mynd sem tekin hefur verið af alheiminum til þessa. Sú mynd verður að öllum líkindum ekki betrumbætt fyrr en James Webb geimsjónaukinn verður tekinn í notkun upp úr 2018.

Árið 2012 var Hubble eXtreme Deep Field myndin birt. Hún byggir ekki á nýjum mælingum, heldur er hún samsett úr meira en 2000 eldri mælingum. Búið er að bæta útfjólubláum mælingum við myndina sem gerir stjörnufræðingum kleift að rannsaka myndun stjarna í 5-10 milljarða ljósára fjarlægð frá okkur.

5.2 Aldur og stærð alheimsins

Sprengistjarnan 1994D í vetrarbrautinni NGC 4526
Sprengistjarnan 1994D í vetrarbrautinni NGC 4526. Mynd: NASA/ESA, The Hubble Key Project Team og The High-Z Supernova Search Team

Eitt helsta markmið Hubblessjónaukans var að meta stærð og aldur alheimsins með því setja mörk á gildi Hubblesfastans, sem segir til um útþensluhraða hans. Þetta markmið var svo mikilvægt að það setti skorður á stærð safnspegilsins.

Áður en Hubble var skotið á loft var allt að 50% óvissa á Hubblesfastanum. Mælingar Hubbles á sefítum, tiltekinni tegund sveiflustjarna sem breyta birtu sinni lotubundið, í Meyjarþyrpingunni og öðrum vetrarbrautaþyrpingum, færði óvissuna á mældu gildi Hubblesfastans niður í ±10%. Þökk sé meðal annars mælingum Hubbles vitum við aldur alheimsins með meiri nákvæmni en nokkru sinni fyrr. Alheimurinn er í kringum 13,8 milljarða ára gamall.

Hubble lék lykilhlutverk í einni helstu uppgötvun stjarnvísinda síðustu áratugi. Um árabil álitu flestir að hægja myndi á útþenslu alheimsins með tíð og tíma. Niðurstöður rannsókna með Hubble og fleiri sjónaukum sýndu hins vegar fram á að útþenslan er að hraða á sér vegna hulduorku. Uppgötvunin leiddi til þess að þrír stjörnufræðingar, Saul Perlmutter, Adam Riess og Brian Schmidt hlutu Nóbelsverðlaunin í eðlisfræði árið 2011.

5.3 Myndun og ævi stjarna

Stólpar sköpunarinnar í Arnarþokunni (Messier 16). Mynd: NASA/ESA og Hubble
Stöplar sköpunarinnar árið 2015 (vinstri) og 1995 (hægri). Mynd: NASA/ESA

Frægustu myndir Hubble geimsjónaukans eru af fæðingarstöðum stjarna.

Stjörnur verða til innan í gas- og rykskýjum í geimnum. Þegar þær að lokum deyja, dreifast efnin úr þeim aftur út í geiminn og geta nýjar stjörnur risið úr öskustónni. Hubble hefur kennt okkur ótalmargt um þessa merkilegu hringrás.

Arnarþokan, stjörnumyndunarský í um 7000 ljósára fjarlægð frá Jörðinni, er eitt þekktasta rannsóknarefni Hubblessjónaukans. Árið 1995 birtist mynd af þessu þétta sameindaskýi sem vakti mikla athygli og hlaut hún viðurnefnið Stöplar sköpunarinnar. Innan í skýinu eru um það bil 100 nýjar stjörnur sem gefa frá sér orkuríkt útfjólublátt ljós og öfluga stjörnuvinda. Þegar útfjólubláa ljósið rekst á sameindir í skýinu hitnar að og byrjar að gufa upp, svo stjörnurnar sjálfar eru smám saman að eyða skýinu — brjótast úr egginu ef svo má segja.

Í Sverðþokunni í Óríon kom Hubble auga á gas- og rykskífur í kringum nýfæddar stjörnurr. Í skífunum eru ný sólkerfi að verða til.

Hve lengi stjörnurnar lifa ræðst af massa þeirra. Massamestu stjörnurnar lifa skemmst og deyja sem sprengistjörnur. Fljótlega eftir að Hubble var skotið á loft var honum beint að leifum sprengistjörnunnar 1987A í Stóra Magellansskýinu og hefur sjónaukinn fylgst grannt með leifunum þróast og breytast í tæplega þrjá áratugi.

5.4 Sólkerfið okkar

Rykstormur á Mars í september 2001
Rykstormur á Mars í september 2001. Mynd: NASA/ESA, James Bell (Cornell Univ.), Michael Wolff (Space Science Inst.) og Hubble Heritage Team STScI/AURA)

Hubblessjónaukinn hefur veitt okkur betri myndir en nokkur sjónauki á Jörðu niðri af reikistjörnunum, tunglum, hringum, smástirnum og halastjörnum í sólkerfinu okkar. Mælingar Hubbles eru fyrsta flokks — aðeins geimför sem heimsækja hnettina sjálfa ná betri myndum og mælingum.

Hubble hefur tekið myndir af öllum reikistjörnum sólkerfisins fyrir utan Jörðina og Merkúríus. Vegna nálægðar við sól getur Hubble ekki beint sjónum sínum að Merkúríusi því birta sólar eyðilegði mælitækin. Önnur gervitungl sjá vitaskuld um að fylgjast með Jörðinni.

Hubble hefur þann kost umfram gervitungl að geta fylgst reglubundið með reikistjörnum og tunglum og yfir mun lengri tímabil. Þannig hefur Hubble verið notaður til að fylgjast með hnattrænum rykstormum á Mars og breytingum á lofthjúpi hans og annarra reikistjarna.

Hubble hefur líka verið notaður til að fylgjast með eldgosum á Íó og segulljósum (norðurljósum) á Júpíter og Satúrnusi. Mælingar á segulljósum á gasrisunum eru gerðar í útfjólubláu ljósi og því hefði enginn sjónauki á jörðu niðri getað greint þau. Mælingar Hubbles á segulljósum við Júpítertunglið Ganýmedes leiddu í ljós haf undir 100 km þykkum ís.

Árekstur halastjörnunnar Shoemaker-Levy 9 við Júpíter
Árekstur halastjörnunnar Shoemaker-Levy 9 við Júpíter. Mynd: Hubble Space Telescope Comet Team og NASA/ESA

Athuganir Hubbles á reikistjörnunum styðja sömuleiðis við heimsóknir gervihnatta. Í aðdraganda ferðalags Dawn geimfarsins til smástirnanna Vestu og Ceresar beindu stjörnufræðingar Wide Field Camera 2 að hnöttunum tveimur. Myndir Hubbles gerðu vísindamönnum kleift að kortleggja báða hnetti og undirbúa þannig rannsóknir geimfarsins. Á suðurhveli Vestu kom í ljós gríðarstór árekstragígur, 456 km í þvermál, sem tortímdi næstum smástirninu.

Myndir Hubbles af Ceresi, sem teknar voru með Advanced Camera for Surveys árið 2004, sýndu ljós- og dökkleitt landslag þar sem landslagsgerðin er augljóslega ólík. Á Ceresi fannst stór ljósleitur blettur en þeir reyndust tveir þegar Dawn komst loks á áfangastað hinn 6. mars árið 2015.

Hubble hefur að sama skapi verið notaður til að fylgjast með Plútó í aðdraganda heimsóknar New Horizons geimfarsins til dvergreikistjörnunnar í júlí 2015. Árið 1994 náði Hubble fyrstur sjónauka að greina í sundur Plútó og tunglið Karon úr 4,4 milljarða km fjarlægð. Með Hubble hafa stjörnufræðingar fundið ný tungl á sveimi um Plútó, útbúið kort af yfirborðinu og fundið hnetti fyrir utan Plútó, í Kuipersbeltinu, sem New Horizons getur heimsótt á leið sinni út úr sólkerfinu.

Milli 16.-22. júlí 1994 fylgdist Hubble grannt með einstökum atburði þegar halastjarnan Shoemaker-Levy 9 rakst á Júpíter. Halastjarnan hafði sundrast skömmu fyrir áreksturinn og sá Hubble því hvernig hvert brotið á fætur öðru féll inn í lofthjúpinn.

5.5 Vetrarbrautir og svarthol

Loftnetið, vetrarbrautir, árekstur vetrarbrauta, NGC 4038, NGC 4039
Loftnetið, samruni vetrarbrauta. Mynd: NASA/ESA

Hubble hefur haft mikil áhrif á kenningar um myndun og þróun vetrarbrauta, hvort sem þær eru stakar, í hópum eða stórum þyrpingum.

Mælingar Hubbles hafa sýnt fram á tilvist risasvarthola í kjörnum flestra, ef ekki allra, stórra vetrarbrauta. Athuganir hans og fleiri sjónauka sýna að því stærri sem vetrarbrautirnar eru, þeim mun stærri eru svartholin í miðju þeirra. Tengsl eru því á mill myndunar vetrarbrautar og svartholsins í miðjunni og öfugt.

Áður en Hubble var skotið á loft var ekki vitað hvers eðlis dulstirni voru. Hubble varpaði ljósi á ráðgátuna og sýndi fram á að dulstirni voru virkir kjarnar í fjarlægum vetrarbrautum, knúnir áfram af mjög virkum risasvartholum í miðjunni.

Samruni vetrarbrauta er enn annað viðfangsefni Hubbles. Mælingar sýndu að við samruna vetrarbrauta hefst stjörnumyndunarhrina sem getur af sér gríðarstórar og ægibjartar stjörnuþyrpingar. Uppgötvanir Hubbles hafa þannig sýnt að árekstrar vetrarbrauta leika stórt hlutverk í þróun þeirra.

Hubble var ennfremur fyrsti sjónaukinn sem notaður var til að sýna fram á örlög Vetrarbrautarinnar. Stjörnufræðingar höfðu lengi vitað að Andrómeduvetrarbrautin er að nálgast okkur en ekki var vitað hvort árekstur væri yfirvofandi. Hubble var notaður til að mæla hreyfingu stjarna í Andrómedu og í ljós kom að árekstur verður eftir um 4 milljarða ára. Eftir um 6 milljarða ára munu Andrómeduvetrarbrautin og Vetrarbrautin okkar hafa runnið saman í eina stóra sporvöluvetrarbraut.

6. Sporbraut

Hubble er á næstum því hringlaga braut umhverfis Jörðina í um 555 km hæð. Sjónaukinn ferðast umhverfis Jörðina á um það bil 28.000 kílómetra hraða á klukkustund og tekur hringferðin 96 mínútur en þar af er hann 48 mínútur í skugga Jarðar. Það reynir á þol sjónaukans gagnvart hitasveiflum. Sjónaukinn er búinn rafhlöðum sem safna í sig orku yfir daghlið jarðarinnar en gefa frá sér orku þegar hann þeysist í gegnum náttmyrkrið. Braut Hubblesjónaukans er um 28,5 gráður á skjön við miðbaug. Það stemmir við þá staðreynd að hann var sendur á loft með Discovery geimferjunni frá Canaveralhöfða í Flórída sem er á 28,5° norðlægrar breiddar. 

Hubblesjónaukinn sést ekki frá Íslandi en ef ferðast er sunnar á hnöttinn þá er hægt að sjá hann silast yfir himininn frá vestri til austurs eins og hvern annan gervihnött. Hægt er að afla sér upplýsinga um hvenær hann sést á vefsíðunni Heavens-above.com.

7. Endalok

Sporbraut Hubble geimsjónaukans lækkar með tímanum vegna örlítillar loftmótstöðu. Ef braut sjónaukans er ekki hækkuð fellur hann í gegnum lofthjúpinn og brennur upp. Ófyrirséðar sveiflur í þéttleika lofthjúpsins vegna breytileika í hitastigi og fleiri atriða valda breytingum á sporbraut hans umhverfis Jörðina.

Nýlega hafa birst vísindagreinar um þátt gróðurhúsaáhrifa í breytingum efst í lofthjúpnum. Þótt hlýni í neðri lögum lofthjúpsins þá kólnar í efri lögunum. Þegar það gerist þá lækkar þéttleikinn í hitahvolfinu sem minnkar hamlandi áhrif lofthjúpsins á Hubblesjónaukinn og Alþjóðlegu geimstöðina.

Hubble gæti enst fram yfir 2020 ef engar alvarlegar bilanir koma upp. Þegar sjónaukinn var sendur á loft með geimferjunni Discovery árið 1990 var ætlunin að ein af geimferjunum næði einnig í hann þegar hann yrði ónothæfur og flytti hann aftur til Jarðar. Fimmti viðhaldsleiðangurinn til Hubble var hins vegar sá síðasti. Þá var settur upp sérstakur búnaður (Soft Capture Mechanism), málmhringur með tæplega tveggja metra þvermál, smellt undir botn sjónaukans til að auðvelda tengingu hans við geimför framtíðarinnar (mönnuð eða ómönnuð).

Þegar Hubble lýkur ævi sinni ætlar NASA að senda geimfar sem mun tengjast Hubble og stýra honum inn í lofthjúpinn þannig að hann rati rétta leið og skapi ekki hættu fyrir önnur geimför. Ef ekkert verður gert fellur sjónaukinn í gegnum lofthjúpinn einhvern tímann milli 2030 og 2040.

7.1 Arftaki Hubbles

Sjá nánar: James Webb geimsjónaukinn

James Webb Space Telescope, James Webb geimsjónaukinn, arftaki Hubbles
Teikning af James Webb geimsjónaukanum.

James Webb geimsjónaukinn er formlegur arftaki Hubblessjónaukans, þótt hann sé gerólíkur Hubble. Spegill James Webb geimsjónaukans er 6,5 metri í þvermál, en til samanburðar er spegill Hubbles „aðeins” 2,4 metrar. Þetta þýðir að James Webb getur grein 10 til 100 sinnum daufari fyrirbæri en Hubble. Honum er því ætlað að skyggnast inn í fjarlægustu víðáttur alheims og kanna fyrstu stjörnurnar og vetrarbrautirnar sem mynduðust í alheiminum, auk þess að varpa ljósi á myndunar- og þróunarferli sólkerfa og reikistjarna. Af þeim sökum nemur James Webb geimsjónaukinn innrautt ljós, á meðan Hubble nemur útfjólublátt og sýnilegt ljós líka.

James Webb geimsjónaukinn verður ekki á braut um Jörðina eins og Hubble, heldur mun lengra í burtu, á öðrum Lagrange punkti í um 1,5 milljón km fjarlægð frá Jörðinni. Geimfarar geta því ekki þjónustað hann eins og Hubblessjónaukann.

8. Tímaás

  • 1923: Eldflaugaverkfræðingurinn Hermann Oberth birtir grein þar sem hann varpar fram hugmynd um sjónauka á braut um Jörðu.

  • 1946: Stjörnufræðingurinn Lyman Spitzer skrifar skýrslu um kosti geimsjónauka.

  • 1977: Bandaríkjaþing samþykkir að fjármagna stóran geimsjónauka.

  • 1978: Geimfarar hefja þjálfun fyrir ferðir til geimsjónaukans.

  • 1979: Vinna hefst við smíði 2,4 metra breiðs safnspegils fyrir geimsjónaukann.

  • 1981: Geimsjónaukastofnunin (Space Telescope Science Institute, STScI) sett á laggirnar á háskólasvæði Johns Hopkins háskólans í Baltimore í Bandaríkjunum.

  • 1983: Stóri geimsjónaukinn nefndur Hubble geimsjónaukinn eftir stjörnufræðingnum Edwin Powell Hubble sem sýndi fram á tilvist annarra vetrarbrauta og uppgötvaði útþenslu alheimsins.

  • 1984: Evrópska geimsjónaukastofnunin sett á laggirnar í Garching í Þýskalandi.

  • 1985: Smíði Hubble geimsjónaukans lokið.

  • 1986: Geimskoti Hubbles frestað í kjölfar Challenger slyssins.

  • 1990: Geimferjunni Discovery skotið á loft 24. apríl 1990 með Hubble geimsjónaukann um borð. Hubble komið á sporbraut um Jörðina 25. apríl. Fyrstu myndirnar sem teknar voru 25. júní sýna að safnspegillinn er gallaður (kúluvilla) sem veldur því að myndirnar eru óskýrar. Seinna sama ár er ráðist í smíði COSTAR kerfisins sem á að leiðrétta skekkjuna í safnspeglinum.

  • 1993: Fyrsti viðhaldsleiðangurinn hefst þegar geimferjunni Endeavour er skotið á loft 2. desember. COSTAR leiðréttingarkerfinu er komið fyrir í sjónaukanum í stað High Speed Photometer ljósmælisins. Wide Field and Planetary Camera 2 (WFPC2) myndavélin, sem hefur innbyggðan leiðréttingarbúnað, leysir Wide Field and Planetary Camera 1 (WFPC1) af hólmi.

  • 1994: Hubble fylgist grannt með þegar halastjarnan Shoemaker-Levy 9 rekst á Júpíter. Sama ár finnur Hubble sönnunargögn fyrir tilvist risasvarthola í miðjum vetrarbrauta eftir rannsóknir á vetrarbrautinni Messier 87.

  • 1995: Hubble tekur fræga mynd af Arnarþokunni sem kölluð er „Stöplar sköpunarinnar“.

  • 1996: Fyrsta Hubble Deep Field myndin birt sem gerir stjörnufræðingum kleift að rannsaka vetrarbrautir í árdaga alheimsins. Sama ár greinir Hubble hýsivetrarbrautir dulstirna.

  • 1997: Annar viðhaldsleiðangurinn hefst 11. febrúar þegar geimferjunni Discovery er skotið á loft. Geimfarar skipta Faint Object Spectrograph (FOS) út fyrir Space Telescope Imaging Spectrograph (STIS) og Goddard High Resolution Spectrograph (GHRS) víkur fyrir Near Infrared Camera and Multi-Object Spectrograph (NICMOS). Sama ár sér Hubble glæður gammablossa í fjarlægri vetrarbraut.

  • 1999: Þriðji viðhaldsleiðangurinn (SM3A) hefst 19. desember. Geimferar um borð í Discovery skipta um sex snúða sem sjá um miða sjónaukanum og halda honum stöðugum.

  • 2001: Hubble mælir efni í lofthjúpi fjarreikistjörnunnar HD 209458b.

  • 2002: Fjórði viðhaldsleiðangurinn (SM3B) hefst 1. mars. Nýtt kælikerfi sett upp í NICMOS mælitækið og Advanced Camera for Surveys komið fyrir í sjónaukanum auk nýrra sólarrafhlaða. Hubble finnur einnig fyrirbæri í Kuipersbeltinu sem er stærra en Plútó. Uppgötvunin leiðir til deilna um stöðu Plútós sem reikistjörnu.

  • 2004: Hubble Ultra Deep Field myndin er birt sem gerir stjörnufræðingum kleift að horfa enn lengra aftur á bak í tímann. Hætt við frekari viðhaldsleiðangra í kjölfar Kólumbíu slyssins.

  • 2005: Hubble finnur tvö áður óþekkt tungl við Plútó.

  • 2006: Ákveðið að ráðast í fimmta viðhaldsleiðangurinn (SM4).

  • 2007: Mælingar Hubbles benda til að dvergreikistjarnan Eris sé stærri en Plútó. Rafkerfi Advanced Camera for Surveys, helsta mælitækis Hubbles, bilar.

  • 2008: Hubble tekur fyrstu myndina af fjarreikistjörnu, Fomalhaut b. Sama ár finnur Hubble lífrænar sameindir á fjarreikistjörnu.

  • 2009: Fimmti viðhaldsleiðangurinn (SM4) hefst 11. maí. Geimfarar setja upp tvö ný mælitæki, Wide Field Camera 3 (WFC3) og Cosmic Origins Spectrograph (COS) sem gera Hubble hundrað sinnum öflugri en þegar honum var skotið á loft.

  • 2010: Hubble tekur mynd af árekstri smástirna.

  • 2012: Myndir teknar með Hubble sýna fyrirbæri aðeins um 470 milljón árum eftir Miklahvell. Sama ár finnur Hubble nýjan flokk fjarreikistjarna.

  • 2013: Hubble finnur merki um vatnsgufu stíga upp frá tunglinu Evrópu.

  • 2014: Hubble fylgist með smástirni leysast upp og er notaður til að útbúa veðurkort af fjarreikistjörnu.

  • 2015: Hubble sér, í fyrsta sinn, fjórar myndir af einni og sömu fjarlægu sprengistjörnunni fyrir tilverknað þyngdarlinsu.

9. Tengt efni

10. Fréttir frá Hubble á Stjörnufræðivefnum

03.06.14 - Hubble tekur litríka mynd af þróunarsögu alheimsins
23.04.10 - Hubble fagnar tuttugu ára afmæli

Tenglar

Heimildir

  1. About Hubble. SpaceTelescope.org 
  2. Fact Sheet. SpaceTelescope.org
  3. Hubble's Instruments. SpaceTelescope.org
  4. Hubble's Instruments: WFC3 - Wide Field Camera 3. SpaceTelescope.org
  5. Hubble's Instruments: ACS - Advanced Camera for Surveys. SpaceTelescope.org
  6. Hubble's Instruments: COS - Cosmic Origins Spectrograph. SpaceTelescope.org
  7. Hubble's Instruments: STIS - Space Telescope Imaging Spectrograph. SpaceTelescope.org
  8. Hubble's Instruments: NICMOS - Near-Infrared Camera and Multi-Object Spectrometer. SpaceTelescope.org
  9. Hubble's Instruments: FGS - Fine Guidance Sensors. SpaceTelescope.org
  10. Hubble's Instruments: WFPC2 - Wide Field and Planetary Camera 2. SpaceTelescope.org
  11. Hubble's Instruments: WFPC1 - Wide Field and Planetary Camera 1. SpaceTelescope.org
  12. Hubble's Instruments: COSTAR - Corrective Optics Space Telescope Axial Replacement. SpaceTelescope.org
  13. Hubble's Instruments: FOC - Faint Object Camera. SpaceTelescope.org
  14. Hubble's Instruments: FOS - Faint Object Spectrograph. SpaceTelescope.org
  15. Hubble's Instruments: GHRS - Goddard High Resolution Spectrograph. SpaceTelescope.org
  16. Hubble's Instruments: HSP - High Speed Photometer. SpaceTelescope.org
  17. History: How Hubble Came About. SpaceTelescope.org
  18. Timeline. SpaceTelescope.org
  19. Launch 1990. SpaceTelescope.org
  20. Servicing Mission 1. SpaceTelescope.org
  21. Servicing Mission 2. SpaceTelescope.org
  22. Servicing Mission 3A. SpaceTelescope.org
  23. Servicing Mission 3B. SpaceTelescope.org
  24. Servicing Mission 4. SpaceTelescope.org
  25. History: The Spherical Aberration Problem. SpaceTelescope.org
  26. The Hubble Space Telescope Optical System Failure Report. NASA.gov.
  27. Hubble Space Telescope. Wikipedia.org
  28. Technology Transfer: Hubble Fights Breast Cancer. NASA.gov
  29. The Science from the Hubble Space Telescope. SpaceTelescope.org
  30. Gunnlaugur Björnsson (1993). Hubble-sjónaukinn. Náttúrufræðingurinn, 3-4. Tölublað (01.10.1993).

Hvernig vitna skal í þessa grein

  • Sævar Helgi Bragason (2015). Hubble geimsjónaukinn Stjörnufræðivefurinn. http://www.stjornuskodun.is/alheimurinn/rannsoknir/hubble-geimsjonaukinn (sótt: DAGSETNING).




 

Póstlisti


Fleygar setningar

- Simone Weil, franskur heimspekingur

„Sönn skilgreining á vísindum hljóðar svona: Rannsóknir á fegurð heimsins.“