25 anni insieme ad Hubble

In 25 anni il telescopio spaziale Hubble non ha smesso un giorno di stupirci, di regalarci meravigliose immagini dell’Universo e di emozionarci con sensazionali scoperte.  Ammassi globulari, regioni di formazione stellare, galassie vicine e lontane, nebulose planetarie, formazione stellare cosmica, fino alle galassie primitive quasi alle origini dell’Universo. Sono questi alcuni dei protagonisti delle centinaia di migliaia di immagini pubblicate in questi anni dal team di HST (così lo chiamano gli addetti ai lavori quando vanno di fretta). E oggi il telescopio festeggia il suo 25° compleanno.
Proprio il 24 aprile 1990 lo Shuttle Discovery (con la missione STS-31) partì dal Complesso di lancio 39, presso il John F. Kennedy Space Center (Florida), portando Hubble nello spazio e spingendosi fino a quasi 600 chilometri sulla superficie terrestre. Si tratta di una quota relativamente alta per uno Shuttle (la Stazione spaziale internazionale si trova a 400 chilometri di altezza), ma anche relativamente bassa tanto da poter consentire frequenti missioni di servizio per riparare guasti e per installare nuovi strumenti (ne sono state effettuate ben 5).
E’ proprio questo particolare punto di vista che lo ha reso speciale negli anni. A differenza dei telescopi costruiti a terra, i telescopi orbitanti (e Hubble non è da solo lassù!) riescono a sfuggire alle distorsioni della luce causate dall’atmosfera terrestre dall’inquinamento luminoso ed elettromagnetico. E anche per questo le immagini che vengono inviate a terra sono nitide ed estremamente suggestive.
UN PO’ DI STORIA – L’idea di costruire un telescopio orbitante risale alla fine degli anni ’40, quando l’astronomo Lyman Spitzer (a cui poi venne dedicato un telescopio cacciatore di pianeti) scrisse una relazione sui vantaggi di un osservatorio extra-terrestre. Nel 1977, Il congresso americano approvò il finanziamento per il Large Space Telescope, quello che, molti anni più tardi, divenne l’Hubble Space Telescope, chiamato così negli anni ’80 in onore di quello che per molti è il più grande astronomo del XX secolo Edwin Powell Hubble, il quale dimostrò l’esistenza di altre galassie oltre la nostra e enunciò la teoria sull’Universo in continua espansione (Legge di Hubble – 1929). In realtà HST, il cui costo al lancio è stato stimato attorno ai 1,5 miliardi di dollari, sarebbe dovuto partire per l’orbita bassa della Terra già nel 1986, ma la missione venne rimandata dopo il tragico disastro dello Shuttle Challenger, esploso 73 secondi dopo il lancio. Nessuno degli astronauti sopravvisse all’esplosione.
LO SPECCHIO È DIFETTOSO – I voli nello spazio con equipaggio non ripresero prima di due anni. La missione Hubble ricevette l’ok definitivo nel 1990, ma già a pochi giorni dal lancio il team di HST apprese la prima notizia negativa. Un macigno sulle teste dei ricercatori che per più di dieci anni avevano lavorato al progetto: lo specchio primario di 2,4 metri di diametro, che può spingere il suo sguardo lontanissimo fino ai primissimi anni dell’Universo, era difettoso. La società costruttrice calibrò male lo specchio, che riportò un’imperfezione di 1/50 dello spessore di un foglio di carta. Poco, sì, ma abbastanza da deviare la luce e da distorcere le immagini che venivano inviate a terra. Il che non era esattamente quello che gli esperti si aspettavano: le immagini avrebbero dovuto essere nitide più che mai.
Nel 1993, dopo 11 mesi di addestramento, un gruppo di astronauti partì a bordo dello Shuttle Endavour per la prima missione di servizio (STS-61) verso Hubble, portando in orbita il Corrective Optics Space Telescope Axial Replacement (COSTAR). La riparazione dello specchio primario in orbita (COSTAR introdusse un errore uguale ed opposto in modo da annullare il difetto) costò alla NASA circa 600 milioni di dollari. In ogni caso, grazie alla nuova ottica (come delle lenti a contatto messe sullo specchio primario) e alla Wide Field/Planetary Camera, WF/PC II, già nel 1994 HST mostrò diverse immagini nitide e dettagliate, come quella in cui si vede la cometa Shoemaker–Levy 9 schiantarsi contro Giove.
I PILASTRI CHE HANNO RESO CELEBRE HST – Dopo soli 5 anni in orbita, nel 1995, Hubble portò a casa una delle immagini che forse lo ha fatto conoscere più di tutte tra il grande pubblico. Parliamo dei famosi “Pilastri della creazione”, ovvero la Nebulosa dell’Aquila (M16), a 7000 anni luce da noi nella costellazione del Serpente e appartenente alla Via Lattea. Lo scorso primo aprile abbiamo festeggiato proprio i 20 anni di questa foto (il riquadro a sinistra nell’immagine accanto) quando il team di Hubble ha regalato al mondo una nuova versione dello scatto. Come la prima volta, si vedono nitide nel cielo tre torri imponenti – lunghe anni luce – di gas e ciuffi multicolore di polvere cosmica, ma la nuova foto (quella a destra) è ovviamente più nitida e profonda, grazie alla maggiore sensibilità dello strumento attuale WFC3 rispetto alla WFPC2 montata appunto 20 anni fa.
ARRIVANO I RINFORZI –   Dopo quella del 1993, come detto, ci sono state altre 4 missioni di servizio con cui gli astronauti hanno riparato e aggiunto di volta in volta nuovi strumenti ad Hubble, portando il suo peso iniziale di 11 mila a oltre 12 mila chilogrammi (800 kg sono dovuti al solo specchio). Nel 1997, con la missione STS-82, l’equipaggio dello Shuttle Discovery portò in orbita gli strumenti STIS (Space Telescope Imaging Spectrograph) e NICMOS (Near Infrared Camera and Multi-Object Spectrograph). La terza missione del 1999 (STS-103) servì per la riparazione dei sei giroscopi del telescopio, aggiungendo anche un computer di bordo. Nel 2002, l’equipaggio della missione STS-109 installò l’ACS (Advanced Camera for Surveys), il NICMOS Cooling System (NCS) e nuovi pannelli solari.
GALILEO SALUTA HUBBLE – L’ultima missione di servizio è la STS-125 e venne compiuta a bordo dello Shuttle Atlantis. Originariamente prevista per il 2005, il lancio venne rimandato a causa del disastro dello Space Shuttle Columbia, esploso sui cieli del Texas, al rientro di una missione, causando la morte dei sette astronauti a bordo. Nel 2006 la NASA diede il via libera per una nuova missione, che partì l’11 maggio 2009. Gli astronauti dell’Atlantis portarono in orbita nuovi strumenti, quelli che ancora oggi sono pienamente funzionanti: la celebre WFC3 (Wide Field Camera 3) e il COS (Cosmic Origins Spectrograph), che hanno reso Hubble 100 volte più potente rispetto a quando venne lanciato. Gli astronauti installarono anche il Soft Capture Mechanism e i NBLs (New Outer Blanket Layers). L’equipaggio del 2009, una volta nello spazio, celebrò anche il quarto centenario delle scoperte celesti di Galileo Galileo, puntando verso le stelle una replica del telescopio che permise a Galileo di scoprire le lune medicee, messa a disposizione dal Museo di Storia della Scienza di Firenze, dove è conservato lo strumento originale.
Il coinvolgimento della comunità scientifica italiana ed europea è stato importante fin dall’inizio, soprattuto con la partecipazione alla costruzione della Faint Object Camera dell’ESA. Molti sono i ricercatori coinvolti che ricoprono ruoli chiave presso lo Space Telescope Science Institute di Baltimora (USA) che gestisce le attività scientifiche di HST.
OLTRE UN MILIONE DI OSSERVAZIONI – Nell’estate del 2011 il team di Hubble ha festeggiato la milionesima osservazione (un’analisi spettroscopica dell’esopianeta HAT-P-7b) riuscendo a “riempire” ben 60 terabyte di archivio in totale. Ad oggi si contano oltre 1,2 milioni di analisi. Nel 2011 è stato anche pubblicato il paper numero 10 mila. Hubble è, infatti, uno degli strumenti più produttivi mai costruiti: ad oggi sono stati pubblicati quasi 13 mila studi scientifici sulle riviste di tutto il mondo.
UNO SGUARDO ALLE ORIGINI DELL’UNIVERSO – Tra i diversi studi pubblicati negli ultimi anni ce n’è uno che ha reso Hubble ancora più famoso e importante: nel 2012 HST ha fotografato sette galassie primordiali appartenenti a una lontanissima popolazione che si formò ben 13 miliardi di anni fa. Si tratta di galassie fotografate quando avevano “solo” il 4% dell’età attuale. Qualche mese dopo, Hubble ha infranto il suo stesso record osservando un oggetto risalente a soli 470 milioni di anni dopo il Big Bang (quando l’Universo aveva il 3% della sua età attuale).
IL FUTURO SI CHIAMA JWST – Gli esperti affermano che Hubble, ancora in perfetta “salute”, continuerà a funzionare almeno fino al 2020, sovrapponendosi – almeno per qualche anno – al suo atteso successore, il James Webb Space Telescope (di NASA, ESA e CSA). Il JWST è in fase di costruzione avanzata e il lancio in orbita è previsto per il 2018: avrà uno specchio primario di 6.5 metri di diametro e opererà nell’infrarosso con gli strumenti NIRCam, NIRSpec, MIRI e FGS/NIRISS. I principali obiettivi scientifici di JWST, che potrebbe essere 100 volte più potente di Hubble, riguardano lo studio della Prima luce e dell’epoca di reionizzazione dell’universo, la formazione delle galassie, la nascita delle stelle e dei sistemi protoplanetari, dei sistemi planetari e l’origine della vita.
Dopo il 2020, le componenti di Hubble cominceranno presto a smettere di lavorare, in maniera graduale, fino al completo spegnimento dell’intera macchina. Cosa succederà? Hubble continuerà ad volare attorno alla Terra fino a quando non potrà più rimanere in orbita: precipiterà inesorabilmente a spirale verso la Terra.Inizialmente la NASA ipotizzava di poter riportare Hubble sulla Terra con uno Shuttle, in modo da poterlo esporre al pubblico, ma oggi ovviamente non è più possibile (l’era degli Shuttle si chiuse nel 2011 con l’ultimo volo dell’Atlantis dopo 30 anni di missioni). La fase di deorbita sarà operata da una futura missione robotica (almeno così dicono dalla NASA, ma il tutto è ancora in fase embrionale). Insomma, ci vorrà ancora qualche anno, ma un giorno dovremo dire addio ad Hubble.
CURIOSITÀ

  • Hubble non viaggia verso stelle, pianeti o galassie, ma resta ancorato alla sua orbita
  • HST non riesce a osservare il Sole, perché troppo luminoso, né Mercurio, perché troppo vicino alla nostra stella madre
  • Ad oggi Hubble ha percorso oltre 4,8 miliardi di chilometri lungo l’orbita bassa terrestre a circa 550 chilometri di altitudine
  • Hubble non ha dei propulsori e per cambiare gli angoli di puntamento utilizza i principi della terza legge di Newton facendo ruotare i giroscopi (che nel corso degli anni hanno subito diverse operazioni di manutenzione) in direzione opposta. Per ruotare di 90 gradi Hubble impiega 15 minuti
  • Hubble ha una precisione di puntamento di 0,007 secondi d’arco, che è come essere in grado di puntare un raggio laser su una monetina a 320 chilometri di distanza.
  • Libero dalle interferenze della nostra atmosfera, HST riesce a fotografare oggetti con una dimensione angolare di 0,05 secondi d’arco
  • L’archivio Hubble contiene più di 100 terabyte di dati e l’elaborazione delle nuove osservazioni genera circa 10 terabyte di nuovi dati ogni anno. Ogni giorno, invece, il telescopio invia a terra 120 gigabyte di dati (circa 26 DVD)
  • Hubble misura 13,3 metri, la lunghezza di una grande autobus. Nonostante le mastodontiche dimensioni bastano 2800 W per farlo funzionare. Un bollitore per il the ne richiede 2200 W

TANTI STRUMENTI, TANTE LUNGHEZZE D’ONDA – Hubble è un telescopio ottico e con il suo specchio cattura la luce a diverse lunghezze d’onda usando camere e strumenti all’avanguardia. Attualmente a bordo ci sono:

  • la Wide Field Camera 3 (WFC3), che percepisce tre tipi di luce: ultravioletto vicino, visibile e vicino infrarosso
  • il Cosmic Origins Spectrograph (COS), che percepisce solo la luce ultravioletta
  • l’Advanced Camera for Surveys (ACS) in luce visibile
  • lo Space Telescope Imaging Spectrograph (STIS), uno spettrografo che lavora nell’ultravioletto, visibile e vicino infrarosso
  • la Near Infrared Camera and Multi-Object Spectrometer (NICMOS), che è il sensore di calore di Hubble (sensibile alla luce infrarossa quindi necessario per scrutare oggetti nascosti dalla polvere interstellare
  • Fine Guidance Sensors (FGS), sensori che aiutano Hubble a puntare nella giusta direzione

Per saperne di più:

di Eleonora Ferroni (INAF)

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