Trent'anni fa, il 24 aprile 1990, il Telescopio Spaziale Hubble veniva lanciato a bordo dello Space Shuttle Discovery. Il giorno successivo venne rilasciato regolarmente in orbita ma, quando, si iniziò a ricevere le prime immagini degli oggetti celesti, gli scienziati NASA rimasero scioccati. Infatti le immagini erano come sfuocate!
Con uno specchio dal diametro di 2,4 metri, i 5 strumenti principali di Hubble osservano nel vicino ultravioletto, nel visibile e nel vicino infrarosso. L'orbita del telescopio, a circa 550 km di quota, gli avrebbe permesso di ottenere immagini ad alta risoluzione, su lunghezze d'onda impossibili da Terra. La realizzazione del telescopio spaziale iniziò nella seconda metà degli anni '70, ma a causa di ritardi tecnici, il disastro della navetta Challenger nel 1986 e problemi di finanziamenti, soltanto nel 1990 fu possibile arrivare finalmente al lancio. La costruzione di Hubble, venne finanziata dalla NASA con la collaborazione dell'Agenzia Spaziale Europea e, fino al momento del lancio, il costo stimato era di circa 4,7 miliardi di dollari. Il nome scelto, 'Hubble' era un omaggio al famoso astronomo Edwin Hubble. Fin dall'inizio il telescopio venne pensato con la possibilità di essere manutenuto ed aggiornato utilizzando le missioni della navetta spaziale NASA.
Nella foto lo specchio primario di HST durante la levigazione, 1979. Credit: NASA - Processing: Marco Di Lorenzo
Questa scelta si rivelò vincente quando si presentò il problema con lo specchio primario. Infatti, due settimane dopo il lancio venne scoperto che le immagini non erano buone come avrebbero dovuto. Le foto erano si, migliori di quelle ottenute da Terra, ma non avevano una perfetta messa a fuoco. Il problema venne individuato nello specchio primario che era stato levigato in maniera errata. In pratica una differenza di appena 2,2 micrometri sul perimetro dello specchio introduceva una serie di aberrazioni sferiche, difetti nei quali la luce viene riflessa all'esterno del margine dello specchio, focalizzandola in un punto differente.
L'effetto dell'imprecisione colpiva soprattutto le riprese di oggetti deboli o ad elevato contrasto, ovvero su tutti i programmi cosmologici che diventavano, di fatto, impossibili. Nei primi tre anni di missione Hubble venne comunque utilizzato su obiettivi meno richiesti e nei quali il problema ottico non comprometteva eccessivamente l'osservazione. Inoltre l'errore era ben definito e questo permise agli astronomi di compensare parzialmente utilizzando avanzate tecniche di elaborazione grafica.
Dato che Hubble era pensato, fin dall'inizio, per ricevere missioni di servizio, venne subito avviato un processo per definire una soluzione al problema. La prima missione di servizio era già stata fissata per il 1993 e, mentre era impossibile pensare a sostituire il grande specchio primario, venne deciso di progettare nuovi componenti ottici con esattamente lo stesso errore ma nel senso opposto, in modo da annullare l'aberrazione sferica.
Al momento del lancio HST (Hubble Space Telescope) era fornito di cinque strumenti scientifici: la Wide Field and Planetary Camera (WF/PC), il Goddard High Resolution Spectrograph (GHRS), l'High Speed Photometer (HSP), la Faint Object Camera (FOC) e il Faint Object Spectrograph (FOS). La WF/PC era un dispositivo fotografico ad alta risoluzione per le osservazioni ottiche dotato di 8 sensori CCD suddivisi in due fotocamere. La WFC copriva un grande campo angolare a spese della risoluzione, mentre la PC riprendeva immagini con una lunghezza focale maggiore permettendo una maggiore risoluzione. Il GHRS era uno spettrometro nell'ultravioletto. La FOC e la FOS erano anch'essi ottimizzati per l'ultravioletto ed invece di utilizzare i CCD sfruttavano DigiCon a contatori di fotoni. La FOC era inoltre stata realizzata da ESA. L'HSP era invece ottimizzato per osservazioni sia nel visibile che nell'ultravioletto per le stelle variabili ed altri oggetti astronomici che variano di luminosità.
Per risolvere il problema venne così deciso di sostituire la WF/PC con la più moderna Wide Field and Planetary Camera 2, essendo questa già prevista prima della scoperta del problema, ed inserendo in essa già la correzione. Invece per gli altri strumenti era necessario inserire superfici intermedie che potessero risolvere il problema e venne così realizzato il COSTAR (Corrective Optics Space Telescope Axial Replacement) che avrebbe permesso di risolvere l'aberrazione sferica per FOC, FOS e GHRS. Questo strumento consisteva in due specchi che intercettavano il cammino della luce proveniente dallo specchio primario, correggendone l'aberrazione. Ma, per inserire COSTAR nel telescopio non vi era spazio addizionale e doveva essere sacrificato uno strumento originario, la scelta cadde su l'HSP.
Nella foto gli astronauti Musgrave ed Hoffman durante SM-1. Credit: NASA
Nel dicembre 1993 volò così la Missione di Servizio 1 (STS-61) con la navetta Endeavour e sette astronauti a bordo. Durante gli oltre 10 giorni di missione la navetta si avvicinò al telescopio e lo agganciò con il braccio robotico posandolo sull'apposita struttura posta nel vano di carico dello shuttle. Nel corso di 5 attività extra-veicolari, per una durata complessiva di oltre 29 ore, gli astronauti sostituirono l'HSP con il COSTAR e la WF/PC con la WFPC2. Inoltre vennero sostituiti i due pannelli solari, con relative elettroniche di guida, assieme ai 4 giroscopi del sistema di puntamento, 2 unità di controllo elettrico e 2 magnetometri. Anche i computer di bordo vennero aggiornati con coprocessori supplementari e l'orbita venne rialzata. Il 13 gennaio 1994 la NASA dichiarò la missione un pieno successo pubblicando le prime immagini ottenute dopo la riparazione. Finalmente tutto il potenziale di HST poteva essere sfruttato.
Nelle immagini il confronto della galassia M100 riprese prima (a sinistra) e dopo la correzione delle ottiche. Credit: NASA/STScI
Nel 1997 venne compiuta la seconda missione di servizio (SM-2), durante la quale la navetta Discovery (STS-82) sostituì il GHRS ed il FOS con lo Space Telescope Imaging Spectrograph (STIS) e il Near Infrared Camera and Multi-Object Spectrometer (NICMOS). Venne inoltre riparato un isolamento termico e sostituito un registratore scientifico a nastro con uno a stato solido.
La terza missione si sarebbe dovuta tenere nel 2000 ma la NASA fu costretta ad anticiparla, separandola in due missioni, a causa del guasto del terzo dei sei giroscopi di bordo che, di fatto, rendevano impossibili le osservazioni astronomiche. La SM-3A, eseguita nel dicembre 1999, dalla navetta Discovery con la missione STS-103, eseguì quindi la sostituzione di tutti i giroscopi, uno dei sensori di guida e il computer. Questo nuovo computer di bordo, venti volte più rapido del precedente e con una memoria 6 volte più capiente, aumentò la possibilità di calcolo sul veicolo risparmiando il trasferimento a Terra di alcuni compiti grazie anche all'utilizzo di linguaggi di programmazione più moderni.
La missione 3B, eseguita dal Columbia (STS-109) nel marzo 2002 vide l'installazione di un nuovo strumento, la ACS (Advanced Camera for Surveys) che andò a sostituire la FOC. A questo punto il COSTAR non era più necessario perchè tutti i nuovi strumenti installati integravano già al loro interno le ottiche correttive. Vennero infine sostituiti nuovamente i pannelli solari con un modello più prestazionale. La quinta missione di servizio era prevista per il febbraio 2005 ma il disastro della navetta Columbia nel febbraio 2003 costrinse la NASA a cancellarla per motivi di sicurezza. Infatti, con la ripresa dei voli delle navette, vi doveva essere la possibilità di raggiungere la Stazione Spaziale Internazionale (ISS) nel caso vi fossero problemi a bordo. L'orbita del telescopio non permetteva ad una navetta di raggiungere la ISS in caso di problemi e questo portò alla cancellazione di tutte le ulteriori missioni di servizio con equipaggio.
Immagine dei 'Pilastri della creazione', stelle nascenti nella Nebulosa dell'Aquila, fotografati nel 1995.- Credit: NASA/STScI
La comunità scientifica si ribellò a questa decisione, dato che il successore di Hubble, il James Webb Space Telescope non sarebbe stato pronto prima del 2018. Inoltre il JWST non si sarebbe trovato su un'orbita bassa e non sarebbe stato possibile raggiungerlo, in caso di problemi, per eseguire riparazioni. Nell'aprile 2005, dopo numerose proteste e studi da parte della NASA, venne deciso di eseguire un'ultima missione Shuttle, prima della chiusura del programma delle navette spaziali, previsto per il 2011. La missione di servizio n.4, tenuta dalla navetta Atlantis nel maggio 2009 (STS-125) divenne così l'ultima missione di manutenzione del telescopio spaziale Hubble. Vennero installate la WFPC3 ed il COS (Cosmic Origins Spectrograph), oltre a sostituire l'unità della gestione dati, riparare i sistemi di ACS e STS, installare nuove batterie al nichel-idrogeno. Venne anche installato il Soft Capture and Rendezvous System, che permetterà possibili future operazioni di cattura da parte di veicoli automatici o con equipaggio.
Dopo quest'ultima missione HST tornò pienamente operativo.
Indicare qui tutte le scoperte eseguite grazie ad Hubble non è fisicamente possibile. HST ha permesso misurazioni dell'espansione e rateo di accelerazione dell'universo, scoperto che i buchi neri sono comuni in tutte le galassie, caratterizzato le atmosfere di pianeti attorno ad altre stelle, monitorato i cambiamenti dei pianeti nel nostro Sistema Solare ed osservato circa il 97% dell'evoluzione dell'universo attraverso la cronaca della nascita e dell'evoluzione di stelle e galassie. Hubble ha eseguito, ad oggi, 1 milione e 400 mila osservazioni e fornito dati agli astronomi di tutto il mondo i quali hanno prodotto oltre 17.000 studi scientifici pubblicati, rendendolo il più prolifico osservatorio spaziale della storia. I suoi archivi dati terranno impegnati i ricercatori e gli astronomi per le generazioni a venire.
Immagine commemorativa scelta dalla NASA per i 30 anni di Hubble. Si tratta delle nebulose NGC2014 e NGC2020. - Credit: NASA/STScI - Processing: Marco Di Lorenzo
La longevità di HST, come abbiamo visto, si deve alle cinque missioni di manutenzione, ed ora dovrebbe rimanere operativo per tutti gli anni '20, lavorando in sinergia con il futuro James Webb Space Telescope, il cui lancio è ora fissato per il 2021.
Hubble ha rivoluzionato la moderna astronomia, non solo per gli scienziati ma anche per il pubblico con il suo viaggio di esplorazione e scoperta. Le immagini senza fine e mozzafiato di oggetti celesti forniscono una breve visuale delle sue scoperte scientifiche. La iconiche immagini di Hubble, hanno ridefinito la nostra visione dell'universo e del nostro posto nel tempo e nello spazio.
"Hubble ci ha fornito straordinarie intuizioni sull'universo, dai pianeti vicini alle galassie più lontane che abbiamo visto finora," ha dichiarato Thomas Zurbuchen, amministratore associato per la scienza presso la sede della NASA a Washington, DC "È stato rivoluzionario lanciare un telescopio così grande 30 anni fa, e questo strumento astronomico sta ancora offrendo ancor oggi scienza rivoluzionaria. Le sue immagini spettacolari hanno catturato l'immaginazione per decenni e continueranno a ispirare l'umanità per gli anni a venire."
Una galleria delle immagini più suggestive di Hubble riprese in questi 30 anni si possono trovare a questo indirizzo: www.spacetelescope.org/images/ .
Fonti:
NASA:https://www.nasa.gov/feature/goddard/2020/hubble-marks-30-years-in-space-with-tapestry-of-blazing-starbirth/ - https://www.nasa.gov/content/hubbles-mirror-flaw
SpaceflightNow: https://spaceflightnow.com/2020/04/24/hubble-still-going-strong-30-years-after-launch/
GOOGLENEWS
