Jaki koniec czeka Kosmiczny Teleskop Hubble’a?

Kosmiczny Teleskop Hubble’a to nasze okno na Wszechświat. Jest on na orbicie już 25 lat, a przez ten okres przesłał na Ziemię ogromną liczbę niezwykłych zdjęć. Niestety, jego czas powoli dobiega końca. Następca Kosmicznego Teleskopu Hubble’a jest już gotowy. Czy powtórzy jego sukces?

Kosmos jest pełen tajemnic, których prawdopodobnie nigdy nie uda się rozwiązać. Najważniejsza z nich – odpowiedź na pytanie: czy jesteśmy sami we Wszechświecie, spędza sen z powiek tysiącom naukowców na Ziemi. Dzięki nowoczesnym narzędziom coraz dokładniej spoglądamy w czeluść kosmosu. Pomagają w tym teleskopy te umieszczone w przestrzeni kosmicznej, jak i na Ziemi. Ale współczesna astronomia prawdopodobnie żadnemu z nich nie zawdzięcza tyle, co Kosmicznemu Teleskopowi Hubble’a.

Ćwierć wieku na orbicie

Tak, to prawda. Kosmiczny Teleskop Hubble’a (HST) działa nieprzerwanie od 24 kwietnia 1990 r. Kiedy wynoszono go na orbitę, nie było ani smartfonów, ani rozdzielczości 4K, ani tym bardziej powszechnego dostępu do Internetu. HST zaczynał pracę w świecie o zupełnie innym zapleczu technologicznym, a do dziś dostarcza informacje, których żaden ziemski teleskop prawdopodobnie nigdy nie zdobędzie. Kosmiczny staruszek wciąż potrafi zadziwić astronomów. Nie byłoby to możliwe, gdyby nie aż 5 gruntownych wymian aparatury badawczej, z których ostatnia miała miejsce w 2009 r. Kolejnej prawdopodobnie już nie doczeka, bo następca HST już pali się do pracy.

Tzw. pierwsze światło Kosmicznego Teleskopu Hubble’a zaobserwowano 20 maja 1990 r. Na zdjęciu uwieczniono gromadę otwartą NGC 3532 składającą się z 400 gwiazd. Od tego czasu HST dokonał ponad 1,2 mln obserwacji. Jednym z najsłynniejszych obiektów uchwyconych przez HST jest Głębokie Pole Hubble’a.

Jest to obraz niewielkiego, z pozoru pustego, obszaru w gwiazdozbiorze Wielkiej Niedźwiedzicy. Głębokie Pole Hubble’a to w istocie złożenie 342 osobnych fotografii wykonanych przez kamerę Wide Field and Planetary 2. Urządzenie przez 10 kolejnych dni dokonywało pomiarów. Co ciekawe, sfotografowany obszar ma rozmiary kątowe zaledwie 144” – to tyle, ile średnica piłki tenisowej widziana z odległości 100 m.

Teleskop skupił się na pozornie pustym gwiazdozbiorze Wielkiej Niedźwiedzicy, dzięki czemu udało mu się dostrzec najodleglejsze galaktyki. Obszar ten wybrano nieprzypadkowo. Musiał spełniać dwa warunki. Po pierwsze, powinien znajdować się w dużych szerokościach galaktycznych, gdyż im dalej od płaszczyzny dysku Drogi Mlecznej, tym mniej materii międzygwiezdnej pochłaniającej światło. Po drugie, wybrany obszar nie powinien zawierać żadnych znanych źródeł światła widzialnego oraz promieniowania o innych długościach fal, aby nie zakłócać pomiarów. Te kryteria znacznie ograniczyły wybór odpowiedniego fragmentu nieba, ale dzięki Kosmicznemu Teleskopowi Hubble’a ostatecznie się to udało.

Podobnych odkryć jest wiele, więc emerytura Kosmicznego Teleskopu Hubble’a będzie niepowetowaną stratą dla świata nauki. W 2011 r. w przestrzeń kosmiczną wystartował ostatni prom kosmiczny NASA, a w żaden inny sposób na ten moment nie da dotrzeć się do teleskopu. Oznacza to, ż Kosmiczny Teleskop Hubble’a będzie działał jeszcze przez kilka lat, ale w końcu dojdzie do awarii, która uniemożliwi jego działanie. Mało prawdopodobne, by do tego czasu został wznowiony program wahadłowców (a raczej ich następców). Następca Kosmicznego Teleskopu Hubble’a jest już gotowy. To Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba, który zostanie uruchomiony najprawdopodobniej w 2018 r. Pozwoli on zajrzeć w przestrzeń kosmiczną znacznie dalej niż wysłużony Hubble.

Co może pójść nie tak?

Operatorzy Kosmicznego Teleskopu Hubble’a przewidują, że urządzenie będzie sprawne co najmniej do 2020 r., a być może nawet dłużej. Ale nie jest to urządzenie nieśmiertelne. Ken Sembach, szef Hubble Mission Office tak to opisał:

Obserwatorium jest obecnie w doskonałym stanie. Tak naprawdę jest w znacznie lepszym stanie niż moglibyśmy oczekiwać po ostatniej misji serwisowej 5 lat temu.

Problemy z Hubblem moją pojawić się w dowolnym momencie. Tak naprawdę w każdej chwili może pójść coś nie tak. Nawet najdrobniejsza awaria może okazać się gwoździem do trumny tego kosmicznego teleskopu, bo tak naprawdę nie będzie miał kto jej usunąć. Sembach dobrze to wyjaśnił:

Możemy mieć kłopoty z systemem precyzyjnego naprowadzania na pokładzie. Mamy trzy czujniki odpowiadające za tę funkcję na pokładzie. Ich układy elektroniczne są oryginalne, więc są równie stare, co sam teleskop. Czujniki te pozostają w dobrym stanie, ale są uszkadzane przy stosunkowo wysokich poziomach promieniowania, których Hubble doświadcza na niskiej orbicie ziemskiej. Kolejnym problemem może być niewydolność układu komunikacyjnego w teleskopie. Mamy cztery koła reakcji na pokładzie, z których wszystkie działają dobrze. Ale do poprawnego działania urządzenia niezbędne są co najmniej trzy z nich. Jeżeli jeden z nich się zepsuje, będziemy tylko jedną awarię od definitywnego końca Hubble’a.

Koła reakcyjne to typ kół zamachowych wykorzystywanych dla zachowania odpowiedniej orientacji w przestrzeni. Koła reakcyjne działają na zasadzie zachowania momentu pędu. Stosuje się je w sondach kosmicznych oraz w obserwatoriach kosmicznych, dla których to utrzymanie stałej orientacji jest kluczowe. Warto dodać, że awaria dwóch z czterech kół reakcyjnych Kosmicznego Teleskopu Kepler w 2013 r. uniemożliwiła obserwacje wybranego fragmentu nieba i wymusiła przeprojektowanie misji.

Dobra wiadomość jest taka, że naukowcy mają przygotowany plan awaryjny niemal na każdą ewentualność. Tak było ze wspomnianą awarią Kosmicznego Teleskopu Kepler. Podczas startu misji nie zakładano ewentualności jednoczesnego uszkodzenia dwóch z czterech kół reakcyjnych. Trafne decyzje i sprawna organizacja po wykryciu usterki sprawiły, że teleskop nazywany powszechnie „łowcą planet” przeprowadza dalsze obserwacje z wykorzystaniem zaledwie dwóch kół reakcyjnych. Być może podobnie byłoby w przypadku Kosmicznego Teleskopu Hubble’a, choć uczeni przyznają zgodnie, że nie chcą się o tym przekonać.

Astronomowie mają nadzieję, że przez krótką chwilę uda się jednocześnie wykorzystywać Kosmiczny Teleskop Hubble’a i Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba. Dlaczego? Otóż Hubble jest przystosowany do oglądania kosmosu w świetle widzialnym i ultrafiolecie, natomiast James Webb widzi więcej w podczerwieni. Użycie obu teleskopów kosmicznych w tandemie daje bardziej panchromatyczny widok Wszechświata niż podczas obserwacji albo jednym, albo drugim.

W górę czy w dół?

Kosmiczny Teleskop Hubble’a okrążą Ziemię na wysokości 568 km, ale traci orbitę w czasie z powodu oporu atmosferycznego. Niezależnie od tego jak długo urządzenie pozostanie jeszcze sprawne, NASA wkrótce będzie musiała podjąć jedną z najważniejszych decyzji w historii. Czy deorbitować Hubble’a w sposób kontrolowany, ze stylem, wysyłając jego szczątki nad Pacyfik, czy przenieść go na wyższą orbitę i tym samym bardziej wystawić na kolizje z kosmicznymi śmieciami. Do tej pory nie podjęto żadnej decyzji. NASA nie robi zupełnie nic. Nie służy to teleskopowi, który deorbituje w sposób niekontrolowany. Nie wiadomo tym samym czy podczas spalania się w ziemskiej atmosferze nie pozostaną szczątki zagrażające cywilom. John Grunsfeld, członek NASA Science Mission Directorate tak wypowiada się na ten temat:

Niekontrolowane wejście jest możliwe. Hubble wejdzie w ziemską atmosferę, część elementów się w niej nie spali i spadnie na powierzchnię Ziemi. Nie mamy pojęcia gdzie to będzie. Może nad Pacyfikiem, a może nad gęsto zaludnionym obszarem. Jeżeli ktoś przypadkowo zostanie trafiony fragmentem teleskopu i w konsekwencji straci życie, nie będzie to happy end pięknej historii Hubble’a.

Zarówno kontrolowana deorbitacja jak i przeniesienie teleskopu na wyższą orbitę, będą wymagać zorganizowania specjalnej misji. Najprawdopodobniej nie załogowej, bo na ten moment astronauci nie mieliby jak przedostać się w okolice urządzenia. Ale decyzja o podjęciu takich środków, które skutkowałyby fizycznym kontaktem z Kosmicznym Teleskopem Hubble’a czy astronautów, czy zdalnie sterowanych robotów implikuje jeszcze jedną możliwość. Skoro już jakaś misja zostanie wysłana na Hubble’a, to może najłatwiej będzie go wyremontować? Wbrew pozorom, przy teleskopie nie trzeba wcale dużo pracy, ot wymienić uszkodzone części i poprawić szwankujące aparaty. Naukowcy przyznają, że wysiłek włożony w misję kontrolowanej deorbitacji teleskopu bez udziału astronautów czy robotów byłby wyższy niż z ich wykorzystaniem. Może to dać do myślenia NASA, zwłaszcza jeżeli zdecyduje się na jedną z opcji.

Na podjęcie decyzji jest jeszcze czas. Najgorszy scenariusz przewiduje, że Kosmiczny Teleskop Hubble’a spadnie na Ziemię w 2028 r., choć większość modeli przewiduje, że nie będzie to wcześniej niż w połowie lat 30. obecnego wieku. Sembach znakomicie to podsumował:

Może w okolicach 2020 r. powinniśmy zacząć zastanawiać się, co zrobić z Kosmicznym Teleskopem Hubble’a. To prawdopodobnie będzie dobry moment. Na razie trzeba trzymać kciuki, by Hubble’owi nie stała się wielka krzywda. Bo kiedy na orbicie będzie i on, i Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba, będziemy w stanie spojrzeć na Wszechświat w sposób zupełnie inny od tego, jaki patrzymy dzisiaj.