Už osmnáct let krouží asi 600 kilometrů nad Zemí, a přesto stále proniká do větších a větších hlubin mezihvězdného prostoru. Vlastně cestujeme jeho prostřednictvím proti času, protože nám dovoluje nahlédnout málem až k počátkům vzniku vesmíru. A pak to přijde – blik a tma, to fantastické okno do vesmíru jménem Hubble Space Telescope přestává fungovat. 
Bohužel, Hubbleův kosmický dalekohled se – nikoliv poprvé – potýká s vážnými technickými problémy. V neděli 28. září loňského roku kolem 2. hodiny ranní našeho času došlo na dalekohledu k výpadku komunikačního (nikoliv řídicího – jak uváděly zprávy ČTK a tisku) systému pro vysílání vědeckých dat do řídicího střediska. Tedy – k trvalému výpadku. Což v zásadě znamená, že nejdražší kosmická observatoř prostě není schopna získaná data odesílat na Zemi. A tak museli vědci veškerá pozorování zastavit.
Stalo se to jako naschvál ve dnech, kdy americký Národní úřad pro letectví a kosmický prostor NASA slavil padesátiny a to se vždycky vzpomíná spíše na úspěchy než průšvihy. Ale jak se říká, náhoda je…
Jedna mise, dva raketoplány
V té době se už na Cape Canaveralu připravovaly ke startu dva raketoplány. Atlantis, který měl po několika odkladech (nakonec – zaplať pánbůh za ně!) startovat 15. října se záchrannou výpravou ke kosmickému dalekohledu pod velením kapitána Scotta D. Altmana, a Endeavour s velitelem Dominicem Gorie. Endeavour měl startovat pouze v případě potřeby ze slavné rampy 39B, odkud už vzlétaly lunární expedice pomocí obří rakety Saturn 5 a která je v rekonstrukci – připravuje se totiž pro lety zcela nové superrakety Ares I, která má raketoplány nahradit. Proč v případě potřeby? Endeavour se čtyřčlennou posádkou měl letět na pomoc astronautům z Atlantisu, kdyby na jeho palubě došlo k problémům nebo k poškození tepelného štítu raketoplánu, což je, jak známo, ošemetná věc a doplatila na to v lednu roku 2003 osádka Columbie.
NASA si prostě další ztráty na lidech nemůže dovolit a bohužel, pokud by problémy na Atlantisu skutečně vznikly a posádka by – vzhledem k vysoké oběžné dráze a jejímu zcela jinému sklonu k rovníku – nemohla využít pohostinství kosmické stanice ISS, byla by záchranná mise Endeavouru zřejmě posledním startem raketoplánu vůbec.
Kdy odstartuje Atlantis?
Samozřejmě poté, co na kosmickém dalekohledu zkolaboval komunikační systém, odborníci se nemohli shodnout, zda zapojit rezervní, který nebyl od r. 1990 vůbec vyzkoušen (o morálně zastaralé technice vyvíjené v osmdesátých létech minulého století nemluvě). Nezbývalo tedy nic jiného, než start Atlantisu odložit na neurčito – nejprve na první třetinu letošního roku (2009*).
Strašákem zůstává i fakt, že pokud by v nejbližší době skutečně došlo k poruše řídicího systému (např. řada gyroskopů je mimo provoz), byl by nejdražší astronomický dalekohled v historii definitivně ztracen.
Další zvažovanou šancí, která posléze dostala zelenou, bylo vyměnit celé propojení systému přenosu dat, a pokud na to bude dost času, i hardware. S tím se ovšem v původních plánech nepočítalo, letoví specialisté, byť už téměř všichni dalekohled opravovali v minulosti, na tento úkol nebyli vůbec připravováni, což je pro montážní operace v beztížném stavu volného vesmíru zcela nutné. A tak byly mise odloženy a raketoplány se stěhovaly – Atlantis se vrátil do montážní budovy VAB, Endeavour na rampu 39A jako STS-126.
Přes snahy, aby montážní parta odletěla k HST co nejdříve, se zdá, že Atlantis (STS-125) s ní odstartuje nikoliv v únoru, ale až v půli května. NASA má co řešit, pokud skutečně chce, aby HST měl prodlouženou životnost do r. 2013.
Okno do vesmíru dokořán
Hubbleův kosmický dalekohled se dostal na oběžnou dráhu kolem Země zhruba pět let po původně udávaném termínu – 24. dubna 1990 při misi STS-31 raketoplánu Discovery. Dnes už jsme si na jeho existenci zvykli jako na něco samozřejmého, ale jeho počítačově upravené snímky hlubin naší galaxie neustále fascinují nejen astronomy, ale i obyčejné smrtelníky. Takové obrazce, jaké nám například převádí pohled na kosmickou „krajinu“ označovanou NGC 3324, jsou často ohromující. V tomto konkrétním případě jde o řez blízkou oblastí zrodu nových hvězd, kde na snímku v mimořádných detailech vidíme „hory a údolí“ plynu a prachu. Nad horizontem vidíme modrou zář, což jsou tenké proudy plynu, stejně jako tmavé prachové oblasti, jejichž výška představuje několik světelných let! *
Astronomové o něčem podobném snili už dávno, protože i velké dalekohledy o průměru primárního zrcadla 5 nebo 6 metrů jsou limitovány, když ne počasím, tak zemskou atmosférou. S rozvojem kosmonautiky se do vesmíru dostávaly i první astronomické dalekohledy a přístroje, pracující v pásmech rentgenového, infračerveného či ultrafialového pásma, ale i tzv. gama-teleskopy. Ovšem byly to přístroje, které bylo možné umístnit na, z dnešního hlediska, nevelkých družicích, později orbitálních stanicích (viz aparatura ATM na Skylabu či modulu Kvant na stanici MIR).
Faktem ale je, že realizace takového projektu, jakým je HST, je svým způsobem dodnes výjimečná a je znamením vítězství vědy nad byrokracií. Málo se ví, že první náčrty optického kosmického dalekohledu se rodily záhy po prvních letech do vesmíru snad už kolem r. 1962. Leč nikdo tyto snahy nebral vážně.
Argument pro raketoplán
Teprve v éře lunárních expedic Apollo, když NASA hledala nové projekty, které by udržely její prestiž, padl zrak určitých lobbistů na projekt kosmického dalekohledu. Tedy ne že by to byli zrovna fandové astronomie, ale v pozadí stála mimo jiné snaha prosadit vývoj kosmického kluzáku – Space Shuttle. Protože co jiného by mohlo do kosmu vynést tubus s třímetrovým zrcadlem o délce více než třináct metrů, nežli raketoplán? Pro veřejnost i pro vědce argument jako hrom. Že by podobné rozměry mohla mít i laserová bitevní stanice, to se jen šeptalo…
Tak se zrodil projekt LST – Large Space Telescope (Velký kosmický dalekohled) o původně plánovaném průměru hlavního zrcadla tři metry.
Jenomže pak se začalo šetřit – rozpočet 300 milionů dolarů už v druhé polovině sedmdesátých let nebyl nic moc. Nejprve byl průměr čočky primárního zrcadla zmenšen na 2,4 m. Navíc s přiblížením finalizace nosiče, jako byl raketoplán, ztrácely jisté kruhy v NASA o dalekohled zájem. Teprve v roce 1977, byl díky lobbingu tří významných amerických astronomů – fyzika Lymana Spitzera, Johna N. Bahcalla a Jessyho L. Greensteina – projekt schválen s tím, že start byl přesunut (až!) na rok 1985. Posléze dostal název Hubble Space Teleskop po vynikajícím americkém astronomu Edwinu P. Hubbleovi, který mj. jako první objevil a zkoumal galaxie a konstatoval, že se vesmír rozpíná.
Peníze a zase peníze
Jenomže finanční nároky narůstaly přímo úměrně vzrůstajícím technickým a dalším potížím konstrukce teleskopu. Vždyť jen vybrousit s mikronovou přesností čočku o průměru téměř dva a půl metru byl i pro takovou firmu, jako byl Perkin Elmer Co. (dnes Hughes Danbury Optical Systems. Inc.), gigantický úkol. Všichni totiž věděli, že jakákoliv chyba se ve vesmíru vymstí a půjde jen těžko opravit. A ještě si astronomové prosadili, že údaje s HST se budou přijímat na jejich specializovaném pracovišti Space Telescope Science Institute (STScI) na John Hopkins University v Baltimore. To si vyžádalo další investice, což NASA jen nerada zkousla.
Aristokrat na orbitě
Než byla konstrukce a výroba HST dotažena do konce, vzrostla jeho hodnota na 1,5 miliardy dolarů. Přesto málem neodstartoval, protože v r. 1986, kdy byl konečně hotov, havaroval při startu raketoplán Challenger a lety byly na dva roky přerušeny. Pro Hubble Telescope to znamenalo čtyřleté „uzemění“.
Zatím astronomický svět závodil o předplacení pozorovacích časů na dalekohledu, který neměl obdoby. Například Evropská vesmírná agentura ESA tím, že se podílela na projektu dodávkou solárních panelů a kamery pro sledování slabých objektů (Faint-Object Camera), zajistila evropské astronomii minimálně 15 % pozorovacího času. Pořízené snímky měly mít desetkrát lepší rozlišení, neměly uniknout ani objekty padesátkrát slabší a do hlubin vesmíru měl proniknout sedmkrát dále, než dokázaly nejvýkonnější pozemní dalekohledy té doby.
Co činí Hubbleův kosmický dalekohled mimořádným, je především možnost rozlišovat objekty s přesností 0,1 úhlové vteřiny, zatímco rozlišovací schopnost nejdokonalejších pozemských teleskopů je jedna úhlová vteřina. Tento významný rozdíl je dán zejména absencí rušivých vlivů atmosféry na oběžné dráze. Bohužel, v zemské atmosféře jsou absorbována široká spektrální pásma elektromagnetického záření, což 600 km nad zemí neplatí a Hubbleův dalekohled může zkoumat všechny vlnové délky elektromagnetického záření od 115 nm do 1 nm.
Chyby původního zrcadla
Krátce po vypuštění Hubbleova dalekohledu radost astronomů rapidně poklesla. Ukázalo se, že dalekohled trpí několika vážnými závadami. Anténu telemetrie se podařilo správně nasměrovat rychle, mnohem závažnějším se ukázal problém přesné stabilizace dalekohledu, která bránila dosáhnout plánované přesnosti zaměření HST. Tou úplně nejhorší ovšem byla tzv. sférická aberace hlavního zrcadla. Jedná se o optickou vadu, při které se paprsky světla, odražené od kraje, soustředí v jiném bodě než paprsky odražené od středu zrcadla. Příčina? Zrcadlo dalekohledu o průměru 2,4 metru bylo špatně vybroušeno. Odchylka sice jen nepatrná, ale dostačující k tomu, aby byl dalekohled v hodnotě 1,5 miliardy dolarů k ničemu.
Pravda, už při plánování životnosti Hubbleova dalekohledu se počítalo se servisními misemi raketoplánů, které by dalekohled modernizovaly a udržovaly ho v chodu po dobu minimálně 10–15 let. Nicméně, byť NASA s výrobcem optické soustavy horečně pracovala na nápravě, pár let to trvalo. Chyby původního zrcadla byly kompenzovány tzv. korekční deskou COSTAR (Corrective Optics Space Telescope Axial Replacement). Tzv. „brýle“ byly instalovány přímo na oběžné dráze v prosinci 1993 posádkou raketoplánu Endeavour (STS-61). Při stejné servisní misi byla na HST také namontována kamera WFPC2 (Wide Field Planetary Camera 2) s rozlišovací schopností 0.05″.
Údržba není jednoduchá
Další údržba byla provedena při druhé servisní misi k HST v roce 1997 posádkou raketoplánu Discovery. Během pěti výstupů do prostoru kosmonauti vyměnili některé součásti a nainstalovali nové, týkalo se to například spektrografů a kamer. Před uvolněním HST z nákladového prostoru byla ještě pomocí motorů raketoplánu zvýšena dráha teleskopu.
Servisní misi 3A k Hubbleovu dalekohledu uskutečnil raketoplán Discovery (STS-103) nečekaně už v prosinci 1999. Hlavním úkolem byla výměna pokažených gyroskopů, které pracovaly už jen dva – ke správné činnosti je potřeba alespoň 3 gyroskopů, a tak dalekohled přešel do tzv. bezpečnostního modu. Do plného provozu byl opět uveden v lednu 2000.
Dva roky na to byla opět na palubě raketoplánu Discovery realizována další část původní mise 3 – nyní označená 3B. Při ní byly vyměněny oba solární panely a řídicí energetické jednotky PCU (Power Control Unit), místo staré kamery FOC (Faint Object Camera) pak byla namontována dokonalejší kamera ACS (Advanced Camera for Surveys). Doplněn byl také chladicí systém NCS (NICMOS Cooling System).
Servisní mise 4 – mise za 5 minut 12
Popisovat vědecké úspěchy, dosažené pomoci kosmického dalekohledu, by zabralo více stran, než má tento časopis. Za 15 let operační aktivity (po opravě optiky v r. 1993) pořídil Hubble více než 750 000 fotografií planet, hvězd, kvazarů či pulzarů, mlhovin a galaxií. Sledoval a nafotil zrod či zánik hvězd, zaslal snímky, které mimo jiné poskytly důkazy o existenci takzvané temné hmoty a energie či tzv. supermasivních černých děr. Jedna z nich se například nachází v rentgenové dvojhvězdě GRO 1655-40, vzdálené 3200 parseků!
Za téměř sedmnáct let své práce na oběžné dráze přinesl vědcům na Zemi více informací o vesmíru než všichni jeho předchůdci dohromady. Např. pomohl zpřesnit údaje o stáří vesmíru na 13,7 miliardy let a ještě ke všemu objevil nejen planety u několika hvězd, ale také nejstarší galaxie, zrozené necelou miliardu let po vzniku kosmu.
Galerie snímků, které HST pořídil (např. pulsar v Krabí mlhovině), lze nalézt na internetu a patří mezi nejvíce fascinující obrazy vesmíru, jaké si jen lze vymyslet.
Přednost dostala Mezinárodní kosmická stanice
Přesto byla po zániku raketoplánu Columbia v únoru 2003 další servisní mise k Hubbleovu dalekohledu z bezpečnostních důvodů zrušena. Další mise raketoplánů měly směřovat výhradně k Mezinárodní kosmické stanici. V případě poškození tepelného štítu, podobného tomu, který způsobil nehodu Columbie, by se posádka mohla uchýlit na Mezinárodní kosmickou stanici a počkat na přílet záchranného raketoplánu. Při letu k Hubbleovu dalekohledu ale taková možnost neexistuje. Raketoplán by neměl dostatek paliva, aby se ke stanici dostal.
Díky novým opatřením, přijatým po nehodě Columbie, novému vedení NASA a nátlaku astronomické obce nakonec NASA své stanovisko přehodnotila a povolila pátou a poslední servisní expedici k Hubbleovu dalekohledu. Napomohl tomu i současný ředitel NASA Michael Griffin, který let k HST výrazně podpořil svojí autoritou.
Přežije rok 2013?
Start raketoplánu Atlantis k poslední údržbářské misi byl nyní stanoven na 15. května a opět má na něj dohlížet Discovery. Opraváři Hubbleova teleskopu stráví na oběžné dráze 11 dnů a během nich pětkrát vystoupí do volného kosmu.
Vymění dalekohledu baterie a gyroskopy pro orientaci přístroje v prostoru a pokusí se opravit jak komunikační systém, tak nefungující kamerový systém ACS. Na dalekohled také namontují nejmodernější širokoúhlou kameru a nový spektrometr, které umožní pozorovat velmi vzdálené objekty ve vesmíru. Odborníci tvrdí, že po opravě bude mnohonásobně výkonnější, než byla původní verze, vynesená na oběžnou dráhu v roce 1990.
Tato omlazovací kúra, má HST umožnit pracovat dalších cca 5 let, do r. 2013, kdy jej má na oběžné dráze vystřídat moderně koncipovaný tzv. Webbův teleskop. Jiné mise už k HST směřovat nemají. Ovšem člověk míní a … čas mění. Nicméně bylo by pěkné, kdyby si právě v květnu četl na palubě Atlantisu Nerudovy „Písně kosmické“ astronaut Andrew J. Neustel. Jeho manželka je z české krve a co by neudělal vzorný manžel pro tchyni, které se po Česku stýská!
Jak vypadá Hubbleův teleskop?
Abychom si učinili lepší představu o mohutnosti přístroje, který 24. dubna 1990 dopravil Discovery na téměř kruhovou dráhu 613–620 km nad Zemí, představme si válec o největším průměru 4,2 m, délce 13,2 m, tedy o rozměrech běžného autobusu, a hmotnosti 11,110 kg (účinnější by možná byla návštěva největšího českého dvoumetrového dalekohledu na observatoři v Ondřejově u Prahy). V tomto tělese je umístěno primární zrcadlo dalekohledu (2,4 m), sekundární zrcadlo dalekohledu a 5 hlavních optických přístrojů: širokoúhlá planetární kamera, vysokorychlostní fotometr, spektrograf slabých objektů, kamera slabých objektů a spektrograf s vysokým rozlišením. A také soustava optických čidel, s jejichž pomocí je dalekohled zaměřován a s pomocí soustavy setrvačníků (gyroskopů) je poloha dalekohledu udržována s přesností 0,007 úhlové vteřiny. Elektrickou energii dodávají dva svinovatelné panely slunečních baterií o rozměru 2,4 x 12,1 m a počáteční příkonu 4950 W).
HST, určený pro astronomická pozorování ve viditelném a ultrafialovém oboru spektra, se tak stal nejvýkonnějším dalekohledem na světě, protože na oběžné dráze pracoval bez rušivých vlivů atmosféry. Postupně při tzv. opravářských misích přibývaly další přístroje, jako např. speciální kamera r. 1993 nebo spektrograf v r. 1997.
Následovníkem Hubblea bude JWST
Na základě shody řady odborníků se už několik let připravuje nástupce HST pod jménem James Webb Space Telescope (JWST).
Předpokládaný termín vypuštění nového teleskopu na oběžnou dráhu je stále odkládán, nyní se nachází někde kolem roku 2013, ale spíše to bude ještě nějaký rok na víc. JWST bude pozorovat především v infračervené části spektra, které je nejlepší pro pozorování raných fází vzniku vesmíru. Ano, astronomové doufají, že přes jeho 6,5 metru velké zrcadlo uvidíme na samotný počátek vesmíru, že dohlédneme až k „velkému třesku“.
JWST má navrhovaný průměr zrcadla 6,5 metru, ale na rozdíl od předchůdce se zrcadlo bude skládat z 36 segmentů. Přesto že zrcadlo je mnohem větší, bude lehčí než zrcadlo u HST. Rozlišovací schopnost by měla být 0,1´´ což je něco jako vidět ostrý obraz míče na vzdálenost 550 km. V porovnání s pozemskými dalekohledy by JWST měl vidět 400× slabší objekty než nejsilnější infračervené teleskopy umístěné na Zemi…
A to ještě není všechno! Má být umístněn na oběžné dráze asi 1,5 mil. km od Země v bodě L2. Bod L2 (Lagrange point) kde se vyrovnává přitažlivost Slunce a Země – tzn. že JWST bude držet krok se Zemí, která obíhá kolem Slunce. Má to ale jeden háček – vzdálenost je mnohem větší než současných 600 km a zřejmě znemožní servisní zásahy lidských posádek jako u HST. Kam až nový teleskop dohlédne, to nikdo netuší, ale jeho hlavními úkoly má být objasnění kosmologie a struktury vesmíru…
NGC 3324 leží v souhvězdí Carina, ve vzdálenosti 7200 sv. let od Země. Tento snímek je kompozicí dat, které pořídily dva přístroje na HST. Starší data pochází z přístroje Advanced Camera for Surveys (ACS) z r. 2006 (samotné světlo vyzařované vodíkem). Novější data pocházejí z r. 2008 a pořídil je přístroj Wide Field Planetary Camera 2 (WFPC2). Jedná se o záznam světla, vyzařovaného sírou a kyslíkem. V barevném kompozitním snímku představují červené barvy vyzařování síry, modrý je kyslík a zelený je záření procházející přes vodíkový filtr.
Hubble, Edwvin Powel (1889–1953)
Americký astronom, vedoucí osobnost astronomie 20. století. Hubble byl sportovně založený vysoký a urostlý muž, za studií na Univerzitě v Chicagu hrál aktivně basketbal. V roce 1919, pouhé tři roky po publikování Einsteinovy obecné teorie relativity, získal místo na observatoři Mount Wilson, kde byl tehdy největší dalekohled světa, dvouapůlmetrový Hookův dalekohled. V roce 1923 s ním zkoumal mlhovinu v Andromedě a ke svému překvapení zjistil, že je složena z mnoha hvězd. Nalezl zde i cefeidy, pomocí kterých odhadl vzdálenost. Nemohlo jít o hvězdokupu z naší Galaxie, ale o objekt daleko za hranicemi Mléčné dráhy. Edwin Hubble tak jako první objevil cizí galaxii a uvědomil si, že Mléčná dráha není celým vesmírem. V následujících letech objevil řadu dalších galaxií a naráz tak zvětšil svět, ve kterém žijeme.
Hubble se detailně zabýval objevenými galaxiemi a navrhl jejich klasifikaci. V roce 1929 zjistil při pozorování 46 vzdálených galaxií, že se od nás vesměs vzdalují a to úměrně jejich vzdálenosti (v = Hl, tzv. Hubbleův zákon). Hubble stanovil konstantu úměrnosti na 526 km s−1 Mpc−1 (?). Dnes se její hodnota odhaduje na 70 km s−1 Mpc−1 (?). Hubbleova měření byla založena na Dopplerově posuvu spektrálních čar a stala se prvním přímým experimentálním důkazem rozpínání vesmíru.
