Az űrkorszak kezdete után hamarosan felmerült annak igénye, hogy a világűrből is végezzünk csillagászati megfigyeléseket, akár úgy is, hogy (az akkori) nagy földi távcsövekkel összemérhető, tükörátmérőjű teleszkópokat állítunk Föld körüli pályára. A földfelszíni megfigyeléseket legnagyobb mértékben bolygónk légköre hátráltatja. Egyrészt elnyeli az elektromágneses sugárzás jelentős részét, így – a csillagásznak mint élőlénynek nagy szerencséjére, de mint kutatónak a legnagyobb bánatára – az nem jut le a felszínre a távcsövekig, másrészt jelentős torzító hatást gyakorol arra a részre is, amelyet átenged. A földi légkör csak az emberi szem számára is érzékelhető optikai tartományban, illetve a rádiótartomány egy részében átlátszó, és valamennyi sugárzást még a látható tartomány két szélének közvetlen közelében, a közeli infravörösben és a közeli ultraibolyában is átenged. Ha más hullámhossztartományokban, például röntgenben szeretnénk csillagászati megfigyeléseket végezni, azt csak a légkörön kívülről tehetjük meg. Ha az optikai tartományban működő távcsövet juttatunk a világűrbe, akkor annak teljesítménye (határfényesség, felbontás) jóval meghaladja a hasonló méretű felszíni optikai távcsövek megfelelő paramétereit.
A Hubble ultramélyvizsgálati képe. A felvételen csak néhány előtércsillag látszik, az összes forrás pedig távoli galaxis (NASA, ESA, S. Beckwith [STScI])
A Hubble-projekt a múlt század hatvanas éveinek közepén kezdett körvonalazódni. Akkor még három méter átmérőjű tükörben gondolkodtak, és az űrtávcső indítását 1979-re tervezték. Pénzügyi és technikai nehézségek miatt azonban a felbocsátás időpontja egyre inkább kitolódott, és a programot a Challenger űrrepülőgép 1986-os katasztrófája is visszavetette, így végül az akkor már „csak” 2,4 méteres tükörrel felszerelt tizenegy tonnás eszköz 1990. április 24-én emelkedett magasba a Discovery űrrepülőgép rakterében, ahonnan a legénység másnap helyezte nagyjából hatszáz kilométerrel a bolygónk felszíne felett húzódó pályájára.
A pályára állítás felett érzett örömbe azonban mindjárt üröm vegyült.
Kiderült ugyanis, hogy a távcső leképezése – bár jobb, mint a földi távcsöveké –, sokkal rosszabb, mint azt előzetesen várták, hiszen a légkör torzító hatása nélkül a felbontásának (így a képek élességének) el kellene érnie a főtükör elméletileg lehetséges felbontóképességét, de az első felvételek egyáltalán nem ezt mutatták. Az ok egészen megdöbbentő volt: a főtükröt nem a megfelelő alakúra csiszolták – ami egy viszonylag olcsó teszt elhagyása miatt ki sem derült a fellövés előtt –, így leképezését jelentős optikai hiba terhelte. A projektet tehát rögtön az elején meglegyintette a kudarc lehetőségének szele, a szakemberek azonban gyorsan megoldást találtak a problémára. Olyan optikai rendszert terveztek és építettek, amellyel korrigálni lehet a főtükör leképezési hibáját, és így a képalkotó rendszer elérheti az elvárható (és el is várt) teljesítőképességét. A „javítókészletet” már csak el kellett juttatni az űrtávcsőhöz, és beszerelni abba. Szerencsére a technikai avulásra is gondolva a Hubble-t eleve úgy tervezték, hogy a műszerei modulárisak és így könnyen cserélhetők legyenek. A korrekciós optika modulját az első szervizküldetés során, 1993 végén szerelték be az egyik műszermodul helyére az Endeavour űrrepülőgép asztronautái. (Az űrrepülőgép-flotta nyugdíjazásáig összesen öt szervizküldetést hajtottak végre, az utolsót 2009-ben.) A sikeres javítással az űrtávcsövet immár semmi nem akadályozta abban, hogy korszakalkotó megfigyelésekkel járuljon hozzá az Univerzumról alkotott képünk radikális kiteljesítéséhez.
Kiváló tulajdonságai miatt a Hubble-t nagyon sok kutató szeretné használni, sokkal többen, mint amennyit a távcső ki tud szolgálni. Ezért ebből a szempontból éppen úgy működik, mint a nagy földi távcsövek: az úgynevezett távcsőidő elnyerésére pályázatot kell benyújtani, amelyben alaposan meg kell indokolni – korábbi munkákkal is alátámasztva –, hogy egy kutató(csoport) mire szeretné használni az űrtávcsövet, és a megfigyelésektől milyen eredményt vár. Az amúgy is szűk időkeret csaknem 10 százalékát ráadásul váratlan eseményekre (például új üstökös megjelenésére, szupernóva-robbanásra) tartják fenn, és a Hubble-intézet (Space Telescope Science Institute, STScI) igazgatója rendelkezik felette. Sőt a működés első időszakában a távcső kivételes lehetőségeire alapozva három kulcsprojektet definiáltak, amelyek előnyt élveztek minden más megfigyelési programmal szemben. Ezek olyan, akkoriban fontos kérdések megválaszolását célozták, amelyek tisztázásához a Hubble képességei kellettek.
A Hubble felvétele az M57 katalógusjelű planetáris ködről. A Lyra-gyűrűsködként is ismert objektum központi csillagát Gothard Jenő fényképezte le először 1886-ban (NASA, ESA, Hubble Heritage (STScI/AURA)
Az egyik ilyen kulcsprojekt kvazárok, nagyon távoli galaxisok aktív magjai színképének a vizsgálata volt. Ennek alapján nemcsak azok tulajdonságait lehetett pontosítani, de a látóirányban elhelyezkedő galaxisközi anyag mennyiségét és térbeli eloszlását is meg lehetett határozni. A második projekt során
több alkalommal is az Univerzum mélyére pillantottak, mindig egyre távolabb és távolabb hatolva
(Hubble Deep Field és folytatásai). E vizsgálatok során megállapították, hogy a nagyon távoli galaxisok között sokkal több a furcsa alakú, mint a közelebbiek között, illetve azt is, hogy Univerzumunk megfigyelhető részének szélén egymással átellenes irányokban is ugyanez a helyzet, pedig ezek a területek olyan messze vannak egymástól, hogy a Világegyetem születése óta fizikai információ még nem juthatott el egyikről a másikra, azaz „nem tudhatnak egymásról”. A harmadik kulcsprojekt az Univerzum tágulását jellemző Hubble-állandó (ma már Hubble‒Lemaître-állandó) minél pontosabb, lehetőleg tíz százaléknál kisebb hibával történő meghatározása volt. A kulcsprogramok sikeres befejezése után is zajlottak még nagyobb, a normál észlelési programok kereteit meghaladó vizsgálatok, ezek száma ma már a százötvenet is meghaladja.
Három évtized kutatási eredményeit aligha lehet itt összefoglalni, így csak néhány érdekességet említünk az űrtávcsőhöz kapcsolható eredményekből. Kezdjük egy kis statisztikával: az űrtávcső eddigi működése során mintegy ötvenezer csillagászati objektumról csaknem 1,3 millió felvételt és színképet készített, miközben sok millió csillag és távoli, halvány, pontszerűnek tűnő galaxis fényességmérését is elvégezte. A rengeteg adat túlnyomó része csak a szakemberek számára érdekes, de a belőlük leszűrhető új tudományos eredmények köre, főleg azok vizuális része természetesen már mindenki érdeklődésére számot tart. A nagyközönséget érdekli is ez a „színes” rész: a Hubble-intézetben egész részleg foglalkozik azzal, hogy az űrtávcső megfigyeléseiből látványos képeket állítsanak elő a publikum legnagyobb örömére.
Az első években lenyűgöző képek születtek a Naprendszer objektumairól, eseményeiről, például az előző évben szétszakadt Shoemaker–Levy 9 üstökös darabjainak Jupiterbe csapódásáról 1994 júliusában. A megfigyelésekből a Jupiter légkörének jellemzőiről lehetett pontosabb információkat szerezni. A Hubble felvételei alapján derült ki az is, hogy a Jupiter legismertebb légköri alakzatának, a Nagy Vörös Foltnak a mérete folyamatosan csökken.
Az űrtávcső egyik fontos eredménye az exobolygókhoz kapcsolódik. Ma már ötezernél is több más csillag körül keringő bolygót ismerünk, de ezek detektálása közvetett hatásokon alapul, a bolygókat magukat csak nagyon ritkán sikerül távcsővégre kapni, és ekkor is a legnagyobb műszerek, illetve kifinomult matematikai és számítógépes módszerek szükségesek láthatóvá tételükhöz. A Hubble tükre ugyan nem túl nagy, de az űrben keringve a kisebb méret is elég lehet: a műszernek sikerült lefényképeznie egy eredetileg bolygónak gondolt képződményt a Fomalhaut nevű csillag körül. Az objektum ma már nem látszik a képeken, így valószínűleg mégsem bolygó, hanem csak bolygókezdemény volt, amely hasonló társával ütközve szétporladt, mielőtt valódi bolygóvá válhatott volna.
A légkörön kívüli működés jótékony hatása abban is megmutatkozott, hogy
a Hubble részletesen vizsgálhatta a Tejútrendszer központjának szűk környezetét.
Földi optikai távcsövekkel ez a régió nem tanulmányozható, mivel abban az irányban rengeteg por van, ami a látható fény túlnyomó részét elnyeli, drasztikusan lecsökkentve az objektumok látszó fényességét az optikai tartományban. Infravörösben azonban a por sokkal átlátszóbb, így az űrben keringő távcső ebben a hullámhossztartományban a por mögé nézhet. Fel is fedezett két olyan fiatal, mindössze néhány millió éves csillaghalmazt a Tejútrendszer centrumát uraló szupernagy tömegű fekete lyuktól (Sagittarius A*, röviden Sgr A*) alig száz fényévre, amelyekben szokatlanul nagy számban vannak nagy, 80-100 naptömegű csillagok. Egyébként annak megállapításában is jelentős szerepe volt a Hubble-nak, hogy nagy valószínűséggel minden galaxis középpontjában találhatók szupernagy tömegű fekete lyukak. A Tejútrendszerben ennek tömege mintegy 3,7 millió naptömeg, de például az M87 galaxis centrumában egy 6,5 milliárd naptömegű szörnyeteg rejtőzködik, amelynek környezetéről három évvel ezelőtt (nem a Hubble-lal, hanem rádiótávcsövek összehangolt mérései alapján) képet is alkottak, míg néhány héttel ezelőtt ugyanez megtörtént a Sgr A* esetében is.
A csillagok gáz- és porfelhőkből jönnek létre. Fejlődésük közben, a belsejükben zajló termonukleáris reakciók során felszabaduló energia elektromágneses sugárzás formájában hagyja el a felszínüket, emellett azonban több-kevesebb anyagot is veszítenek. Ez a legtöbb csillagnál kisebb ütemű, de folyamatos anyagkiáramlást jelent, előfordulnak azonban drámaibb események is, nóva- vagy szupernóva-robbanások, amikor egyszerre nagy mennyiségű anyag hagyja el a közben akár el is pusztuló csillagot. Az így ledobott anyag aztán utolérheti a korábban csillagszél formájában távozott anyagot, és kölcsönhatásba lép azzal. A nóvarobbanások eredményeként planetáris ködök keletkeznek, a Hubble talán legszebb felvételei is ilyen objektumokat örökítenek meg. De már-már ikonikusak az űrtávcsőnek a Nagy-Magellán-felhőben felrobbant SN 1987A szupernóva maradványáról készített felvételei is, amelyeken nagyon szépen láthatók a különböző fejlődési fázisaiban a szupernóva szülőcsillaga által ledobott anyaghéjak és a robbanás anyagának kölcsönhatási nyomai.
Hubble-felvételek kölcsönható galaxisokról (NASA, ESA)
1990-ben a NASA munkatársai valószínűleg álmukban sem gondolták, hogy az űrtávcső ilyen sokáig fog eredményesen működni, hiszen egy korlátozottan karbantartható műszer életében 32 év rendkívül hosszú idő. A Hubble esetében az utolsó, 2009-es szervizküldetés óta a szerencsének is újra nagy szerepe van abban, hogy meddig működik még az eszköz. 2021 végén indult el végre az utódjának tekintett James Webb-űrtávcső, amelynek beüzemelése lassan befejeződik. A tervek szerint nyáron megindulhatnak a rendszeres tudományos célú észlelések, így arra is van esély, hogy néhány évig még együtt dolgozzon az előd az utóddal, hogy közösen tárják fel az Univerzum újabb hihetetlen titkait.
A szerző csillagász
Nyitókép: A Hubble-űrtávcső eltávolodása az Atlantis űrrepülőgéptől a 2009-es ötödik, utolsó karbantartását követően (NASA)
