Hubble 35 vuotta

Tasan 35 vuotta sitten käynnistettiin yksi avaruustutkimuksen merkittävimmistä menestystarinoista: Hubble-avaruusteleskooppi. NASA:n ja Euroopan avaruusjärjestö ESA:n yhteinen hanke on ollut paitsi tieteellinen voimannäyte myös visuaalisesti huikea ikkuna avaruuden syvyyksiin.

Hubble sijoitettiin Maan kiertoradalle 24. huhtikuuta 1990 sukkula Discoveryn (STS-31) kyydissä. Alun perin 15 vuoden toiminta-ajalle suunniteltu teleskooppi ei ole vain ylittänyt odotukset – se on mullistanut ymmärryksemme maailmankaikkeudesta.

Hubble avaruudessa. Kuva NASA/ESA.

Näkyjä valon tuolla puolen

Hubble on tuottanut ennennäkemättömän tarkkoja kuvia galakseista, tähtisumuista, eksoplaneettajärjestelmistä sekä tähtien ja planeettakuntien syntyalueista. Sen ikonisiin saavutuksiin kuuluvat muun muassa Hubble Deep Field ja Ultra Deep Field -kuvat, jotka paljastivat tuhansia galakseja taivaan mitättömältä kaistaleelta.

Tieteellisesti teleskooppi on ollut avainroolissa universumin laajenemisnopeuden mittauksissa, pimeän energian hahmottamisessa ja eksoplaneettojen ilmakehien tutkimuksessa. Hubble on kuvannut supernovia, galaksien törmäyksiä ja tähtien syntyalueita tavalla, jota ei aiemmin pidetty mahdollisena.

Hubblen kameran tarkkuutta on parannettu kahdella huoltolennolla asennetuilla lisälaitteella ja uudella kameralla. Vasemmalla korjaamaton kuva, heti Hubblen kiertoradalle asettamisen jälkeen. Keskellä on samasta kohteesta vuoden 1993 tehdyn ensimmäisen huoltolennon jälkeen vuonna 1994 otettu kuva, joka osoittaa erotuskyvyn korjaantuneen merkittävästi. Kuva oikealla on otettu vuoden 2009 huoltolennolla asennetulla Wide Field Camera 3 -kameralla, joka osoittaa vieläkin suurempaa erotuskykyä. Kuva Wikimedia Commons.

Epäonnesta täysosumaksi

Hubble ei kuitenkaan aloittanut uraansa ongelmitta. Pian laukaisun jälkeen huomattiin, että sen pääpeili oli hiottu väärin – tuloksena oli epätarkkoja kuvia, jotka hädin tuskin ylsivät maanpinnalta otettujen kuvien tarkkuuteen. Vuonna 1993 tehdyllä huoltolennolla astronautit asensivat COSTAR-korjausjärjestelmän, joka palautti kuvanlaadun suunnitellulle tasolle, noin 0,1 kaarisekuntiin. Tämä pelastusoperaatio oli yksi avaruussukkulaohjelman suurista onnistumisista.

Vuosien varrella Hubblea on huollettu viidesti. Viimeisin huoltolento vuonna 2009 toi mukanaan muun muassa uuden Wide Field Camera 3:n. Tämän jälkeen teleskooppi on toiminut ilman mekaanista huoltoa, mutta insinöörit ovat onnistuneet ratkaisemaan etäyhteydellä useita teknisiä ongelmia, kuten gyroskooppivikoja ja järjestelmävirheitä.

Hubble huollettavana ensimmäisellä huoltolennolla vuonna 1993. Kuva NASA.

Hubble & Webb – täydentävä kaksikko

Vuodesta 2021 lähtien Hubble on toiminut rinnakkain James Webb -avaruusteleskoopin kanssa. Siinä missä Webb katsoo infrapuna-aallonpituuksilla kauemmas ja ajallisesti syvemmälle menneisyyteen, Hubble täydentää havaintoja näkyvän valon ja ultraviolettialueen tarkkuudellaan.

NASA on ilmoittanut jatkavansa Hubble-projektia niin kauan kuin se vain teknisesti on mahdollista. Teleskoopin merkitys tiedeyhteisölle ja suurelle yleisölle on valtava: sen kuvista on tullut ikoneita, ja sen löytämät ilmiöt ovat synnyttäneet kokonaisia tutkimusaloja.

NASA/ESA:n Hubble-avaruusteleskoopin 35-vuotispäivän kunniaksi Maan kiertoradalla on tänään julkaistu valikoima vakuuttavia kuvia, jotka Hubble on äskettäin ottanut:

Vasemmalla ylhäällä: Mars-planeetta nähtynä joulukuun 2024 lopulla. Hubblen ainutlaatuisen ultraviolettivalon paljastamat ohuet vesi-jääpilvet antavat punaiselle planeetalle huurteisen ulkonäön.

Ylhäällä oikealla: Planetaarinen sumu NGC 2899. Tämä sumu on muotoiltu säteilyn ja tähtituulten ulosvirtauksesta  valkoisesta kääpiöstä, joka on sumun keskellä.

Vasemmalla alhaalla: Rosette sumu. Tämä on pieni osa valtavaa tähtienmuodostusaluetta. Tummat vetykaasupilvet, joissa on pölyä, näkyvät kuvan poikki.

Alhaalla oikealla: Galaksi NGC 5335, joka on spiraaligalaksi, jonka kiekolla on hajanaisia ​​tähtienmuodostuksen virtoja. Merkittävä palkkirakenne on näkyvissä galaksin keskuksen poikki. Klikkaa kuvaa suuremmaksi! Kuvat NASA, ESA, STScI.

Hubblen tiede ja löydöt viime vuosina

Hubblen avulla tehdyt tutkimukset ja uudet löydöt eivät ole hidastuneet teleskoopin ikääntymisestä ja laiterikoista huolimatta. Eurooppalaiset tähtitieteilijät käyttävät teleskooppia intensiivisesti, ja eurooppalaisten johtamien ohjelmien osuus havainnointiajasta on jatkuvasti yli 15 %, jonka ESAn osallistuminen Hubble-operaatioon takaa heidän monien ehdotustensa, joilla on vahvat tieteelliset ansiot. Merkittävien tutkimusten ja niiden löytöihin, joiden havaintoihin on Hubblea käytetty, on aivan liian pitkä tähän listattavaksi. Tässä kuitenkin joitakin esimerkkejä:

Keskimassainen musta aukko Omega Centauri:ssa, joka on aikaisimpien supermassiivisten mustien aukkojen edeltäjä. Kaukana mistä tahansa isäntägalaksista peräisin olevan poikkeuksellisen kirkkaan valon välähdys, valkoisissa kääpiötähdissä fuusioituva vety ja populaatio III:n tähtien havaitseminen niin kaukaisesta maailmankaikkeudesta kuin Hubble vain pystyy havaitsemaan. Erityinen kohokohta ja osoitus Hubblen uskomattomista kyvyistä oli Earendelin löytö vuonna 2022, joka on kaukaisin koskaan nähty yksittäinen tähti 12,9 miljardin vuoden etäisyydellä menneisyydessä, kun maailmankaikkeus oli alle miljardi vuotta vanha.

Hubblen pitkästä käyttöiästä hyötynyt OPAL-ohjelma juhli aurinkokunnan ulkoplaneettojen tutkimisen vuosikymmentä. Löydöt, kuten todisteet vesihöyryn esiintymisestä Jupiterin kuilla Europa ja Ganymede , Saturnuksen renkaiden "puolat", Jupiterin suuren punaisen täplän koko sekä Uranuksen ja Neptunuksen värit ovat vain joitain tuloksena syntyneitä. Hubble sai huomion myös aurinkokunnan pienemmät kappaleet – ei vähiten asteroidi Dimorphos, DART-asteroidien uudelleenohjaustestin kohteena. Hubble otti kuvia Dimorphoksesta ennen törmäystä ja sen jälkeen Webbin rinnalla, tuottaen myöhemmin elokuvan ”roskista” ja näki törmäyksessä sinkoutuneita lohkareita. Kansalaistieteellinen projekti löysi myös tuhansia asteroidien jälkiä yli kahden vuosikymmenen arkistoiduilla Hubble-tilannekuvilla.

Aurinkokunnan ulkopuolella Hubble on ollut merkityksellinen nopeasti kasvavalla eksoplaneettojen tutkimuksen alalla. Se havaitsi sääolosuhteita eksoplaneetan ilmakehässä, näki uuden ilmakehän muodostumisen Maan kaltaisen kivisen eksoplaneetalle ja löysi pienen eksoplaneetan, jonka ilmakehässä oli vesihöyryä. Vuonna 2021 valmistui myös kuvakokoelma supernova–isäntägalakseista 18 vuoden tutkimuksen ajalta, kuvia, joita käytettiin mittaamaan Hubble-vakiota tähän asti suurimmalla tarkkuudella. Myös tänä vuonna huipentui Andromedan galaksin kaikkien aikojen suurin fotomosaiikki, joka on luotu lähinaapurimme kymmenen vuoden Hubble-havainnoista.

Tässä siis vain muutamia tärkeimpiä havaintoja, joihin on käytetty Hubblea. Voit lukea lisää havainnoista NASA:n ja ESA:n sivuilta.

 

Faktoja Hubble-avaruusteleskoopista

• Nimi: Hubble Space Telescope (HST)
• Lähtö: 24. huhtikuuta 1990, sukkula Discovery (STS-31)
• Radan korkeus: noin 540 km Maan pinnasta
• Massa: noin 11 100 kg
• Pääpeilin halkaisija: 2,4 metriä (monoliitti)
• Aallonpituudet: näkyvä valo, ultravioletti, lähi- ja etäinfrapuna
• Kehittäjät: NASA ja ESA
• Huoltolentoja: viisi vuosina 1993, 1997, 1999, 2002 ja 2009.

 

Merkittäviä virstanpylväitä

• 1990: Laukaisu ja pääpeilivirheen havaitseminen
• 1993: Huoltolento STS-61 – COSTAR-korjauslaitteen asennus
• 1995: Ensimmäinen Hubble Deep Field -kuva julkaistaan
• 2004: Hubble Ultra Deep Field paljastaa galakseja ennennäkemättömällä syvyydellä
• 2009: Viimeinen huoltolento – uusia instrumentteja mukaan lukien Wide Field Camera 3
• 2012: Eksoplaneettojen kaasukehien vesihöyryhavaintoja
• 2021: James Webb avaruusteleskooppi lähetetään – Hubble saa uuden työparin
• 2024: Gyroskooppivika korjataan etäyhteydellä
• 2025: 35-vuotisjuhla ja yhä aktiivinen havaintotyö.

 

Mitä Hubble on opettanut?

• Maailmankaikkeus laajenee kiihtyen: Hubble’n havainnot vahvistivat, että universumin laajeneminen kiihtyy – pimeän energian käsite syntyi.
• Galaksit muuttuvat ajan myötä: Teleskooppi on kuvannut galaksien syntyä, yhdentymistä ja muodonmuutoksia.
• Supermassiivinen musta aukko on jokaisen suuren galaksin ytimessä: Ensimmäiset havainnot ilmiöstä tehtiin Hubblella.
• Tähtien ja planeettojen synty on visuaalisesti tutkittavissa: Teleskooppi kuvasi tähtien syntyalueita ja nuoria planeettakuntia ainutlaatuisella tarkkuudella.
• Eksoplaneettojen ilmakehiä voi analysoida: Hubble onnistui mittaamaan eksoplaneettojen kaasukehien koostumuksia.
• Maailmankaikkeuden ikä tarkentui: Hubble auttoi määrittämään universumin iäksi noin 13,8 miljardia vuotta.

 

Webb ja Hubble tallensivat yksityiskohtaisia näkymiä DARTin törmäyksestä

Kaksi suurta observatoriota, NASA/ESA/CSA James Webb-avaruusteleskooppi ja NASA/ESA Hubble-avaruusteleskooppi, ovat ottaneet kuvia ainutlaatuisesta kokeesta, jolla avaruusalus murskattiin pieneen asteroidiin. NASAn Double Asteroid Redirection Test (DART) – luotaimen törmäys on ensimmäinen kerta, kun Webbia ja Hubblea käytettiin tarkkailemaan samanaikaisesti samaa kohdetta.

Nämä kuvat, Hubblen vasemmalla ja Webbin oikealla, jotka otettiin Dimorphosista useita tunteja sen jälkeen, kun DART osui asteroidikuuhun. Kuvat NASA, ESA, CSA ja STScI.

DART törmäsi tarkoituksella Dimorphosiin 26. syyskuuta 2022 klo 14.15 EEST. Asteroidi on Didymosin kaksoisasteroidijärjestelmän kuun. Se oli maailman ensimmäinen kineettisen törmäystekniikan testi, jossa avaruusaluksella ohjattiin asteroidia muuttamaan kohteen kiertorataa. DART on testi maapallon puolustamiseksi mahdollisia asteroideja tai komeettoja vastaan.

Havainnot ovat enemmän kuin vain toiminnallinen virstanpylväs kummallekin teleskoopille – on olemassa myös keskeisiä tieteellisiä kysymyksiä, jotka liittyvät aurinkokuntamme rakenteeseen ja historiaan, joita tutkijat voivat tutkia yhdistäessään näiden observatorioiden ominaisuuksia.

Nämä NASA/ESA:n Hubble-avaruusteleskoopin ottamat kuvat on otettu 22 minuuttia, 5 tuntia ja 8,2 tuntia DART törmäyksen jälkeen. Kuvissa näkyy laajenevia heitepilviä asteroidista. Kuvat NASA, ESA, CSA ja STScI.

Webbin ja Hubblen yhdessä tekemät havainnot antavat tutkijoille mahdollisuuden saada tietoa Dimorphoksen pinnan rakenteesta ja siitä, kuinka paljon materiaalia törmäyksessä sinkoutui ja kuinka nopeasti se tapahtui. Lisäksi Webbin ja Hubblen välisen suuren aallonpituuksien vaikutuksen tarkkaileminen paljastaa hiukkaskokojen jakautumisen laajentuvassa pölypilvessä, mikä auttaa määrittämään, heittikö se pois paljon suuria kappaleita vai enimmäkseen hienoa pölyä. Näiden tietojen yhdistäminen auttaa tutkijoita ymmärtämään, kuinka tehokkaasti kineettinen isku voi muuttaa asteroidin kiertorataa.

Webb teki yhden havainnon törmäyspaikasta ennen törmäystä ja sitten useita havaintoja seuraavien muutaman tunnin aikana. Webbin Near-Infrared Camera (NIRCam) -kameran kuvissa näkyy tiukka, kompakti ydin, jossa materiaalisävyt näkyvät sirpaleina, jotka virtaavat pois iskukohdan keskustasta.

Vaikutusten havainnointi Webbillä toi lentotoiminnan, suunnittelun ja tiederyhmille erittäin ainutlaatuisia haasteita. Koska asteroidi etenee taivaalla, tiimit työskentelivät törmäystä edeltäneiden viikkojen aikana mahdollistaakseen ja testatakseen menetelmää, jolla seurataan asteroideja, jotka liikkuvat yli 3 kertaa nopeammin kuin Webbille asetettu alkuperäinen seurannan nopeusrajoitus.

Tämä Webbin NIRCam -instrumentin ottama kuva näyttää Dimorphosin noin 4 tuntia törmäyksen jälkeen.  Kuvassa näkyy tiivis, kompakti ydin ja materiaalisäteet, jotka virtaavat pois iskukohdan keskustasta. Terävät piikit ovat Webbin kahdeksan diffraktiosäteitä, jotka aiheutuvat teleskoopin rakenteista. Kuva NASA, ESA, CSA ja STScI.

Tutkijat aikovat myös tarkkailla asteroidia tulevina kuukausina käyttämällä Webbin keski-infrapunainstrumenttia (MIRI) ja Webbin lähi-infrapunaspektrografia (NIRSpec). Spektroskooppiset tiedot antavat tutkijoille käsityksen asteroidin kemiallisesta koostumuksesta.

Webb havaitsi törmäyksen vaikutuksia yhteensä viiden tunnin aikana ja otti 10 kuvaa. Tiedot kerättiin osana Webbin Cycle 1 Guaranteed Time Observation Program 1245 -ohjelmaa, jota johti Heidi Hammel Astronomy-yliopistojen liitosta (AURA).

Hubble onnistui myös tallentamaan havaintoja kuusta ennen törmäystä, sitten taas 15 minuuttia sen jälkeen, kun DART törmäsi Dimorphosin pintaan. Hubblen laajakuvakameran kolme kuvaa näyttävät törmäyksen näkyvässä valossa. Iskusta poistuva heitteet näyttävät säteiltä, ​​jotka lähtevät asteroidin pinnasta.

Jotkut säteistä näyttävät olevan hieman kaarevia, mutta tähtitieteilijöiden on tarkasteltava tarkemmin, mitä tämä voisi tarkoittaa. Hubble-kuvissa tähtitieteilijät arvioivat, että Didymosin kirkkaus kasvoi kolmin kertaiseksi törmäyksen jälkeen, ja he ovat myös erityisen kiinnostuneita siitä, kuinka kirkkaus pysyi vakaana jopa kahdeksan tuntia törmäyksen jälkeen.

Hubble tarkkailee Dimorphosta vielä kymmenen kertaa seuraavan kolmen viikon aikana. Nämä säännölliset, suhteellisen pitkän aikavälin havainnot, kun heitepilvi laajenee ja himmenee ajan myötä, maalaavat täydellisemmän kuvan pilven laajenemisesta ulostyöntymisestä sen katoamiseen.

Hubble otti 45 kuvaa juuri ennen DARTin Dimorphos-iskua ja sen jälkeen. Hubble-tiedot kerättiin osana Cycle 29 General Observers Program 16674 -ohjelmaa.

Lokakuussa 2024 lähtevä ESAn Hera-luotain suorittaa yksityiskohtaisia iskun jälkeisiä havaintoja kohteena olevasta asteroidista Dimorphosista. Hera muuttaa suuren mittakaavan kokeilun hyvin ymmärrettäväksi ja toistettavaksi planeettapuolustustekniikaksi. Hera esittelee uusia tekniikoita autonomisesta navigoinnista asteroidin kiertoradalla matalassa gravitaatiossa tapahtuviin operaatioihin. Hera on ihmiskunnan ensimmäinen luotain, joka kohtaa binaarisen asteroidijärjestelmän ja Euroopan lippulaivan Planetary Defenderin.

NASAn DART- ja ESAn Hera-luotaimet tukevat samat kansainväliset tiedemiesten ja tähtitieteilijöiden ryhmät, ja se tapahtuu kansainvälisen yhteistyön kautta nimeltä AIDA – Asteroid Impact and Deflection Assessment. Planeetan puolustuksella ei ole rajoja, ja se on loistava esimerkki siitä, mitä kansainvälisellä yhteistyöllä voidaan saavuttaa.