Hubbleův teleskop objevil v naprosté temnotě miliardy skrytých galaxií
Dnes uplynulo 35 let od chvíle, kdy byl na oběžnou dráhu vypuštěn Hubbleův teleskop. Mezinárodní vědecký projekt nám tehdy otevřel nový pohled do hlubin vesmíru a od základů přepsal představy, co se ve zdánlivě prázdném prostoru skrývá.
Hubbleův teleskop byl na oběžnou dráhu vypuštěn v roce 1990. Jeho jmenovec Edwin se narodil ještě o sto a jeden rok dříve. Pohled do jeho životopisu nám rychle odhalí, že jsme po něm první orbitální dalekohled pojmenovali právem. Edwin Hubble byl už od mládí zdatný a respektovaný akademik. Mezi svými současníky však vynikal i excentrickou osobností a obrovským sebevědomím. Věřil si natolik, že občas činil závěry, které by si jeho kolegové ani nedovolili vyslovit. V době, kdy se začal věnovat astronomii, byli vědci přesvědčeni, že ve vesmíru existuje jediná galaxie – Mléčná dráha. Hubbleovy ambice ho však přiměly zaměřit pohled za její hranice. Ve 20. letech pak přišel s hypotézou, že skvrnky na pořízených snímcích nejsou prachová zrnka, ale další galaxie, kterých je vesmír plný.
Během následující dekády své šokující tvrzení experimentálně prokázal. Nadto se mu podařilo zjistit, že se od sebe galaxie vzdalují, a dokázal i změřit rychlost jejich pohybu. Jeho práce tak dala našemu vesmíru nejenom nové rozměry, ale i věk. Fakt, že se galaxie od sebe vzdalují, dokazuje, že kdysi dávno byla hmota shromážděna v jednom malém prostoru. Měřitelná rychlost jejich pohybu dala vědcům možnost vypočítat, že se od sebe rozlétly zhruba před 13,7 miliardami let. Dnes tomu okamžiku říkáme Velký třesk.
Edwinovi následovníci a „Hubbleova matka“
Obor astronomie dostal díky Edwinu Hubbleovi doslova nekonečný prostor pro bádání. K jeho průzkumu však neměli jeho kolegové dostatečně výkonné nástroje. I ty největší teleskopy umístěné v temných horách odlehlých ostrovů naráží na limity dané vlastnostmi zemské atmosféry. Už v roce 1946 proto vyslovil astronom Lyman Spitzer myšlenku, že daleko lepší náhled do hlubin vesmíru by nám poskytl dalekohled umístěný na oběžné dráze. Spitzer věnoval lobbingu za vytvoření orbitálního teleskopu většinu své kariéry. Štafetu po něm přebrala Nancy Grace Romanová. Dokázala stavbu prosadit jako oficiální projekt agentury NASA, v kongresu USA vyjednala jeho financování a vytvořila pro teleskop program počítající se zapojením vědců z celého světa. Dodnes je proto v komunitě astronomů láskyplně přezdívána „Hubbleova matka“.
Vesmírné zrcadlo a kosmické brýle
Mezinárodní spolupráce NASA a Evropské vesmírné agentury pomohla vytvořit skutečně monumentální nástroj. Hubbleův teleskop měří 16 metrů a váží 11 tun. Hlavní zrcadlo, které soustřeďuje do snímacího čipu světlo z nejzazších koutů vesmíru, má v průměru 2,4 metru. Původně bylo zamýšleno zrcadlo třímetrové, ke zmenšení došlo kvůli úspoře peněz. I tak se rozpočet vyšplhal na více než 2 miliardy dolarů a původně schválenou částku překročil více než čtyřnásobně.
Rozhodování o velikosti zrcadla bylo pro rozpočet zásadní. Je totiž nejdražší součástí celého zařízení a také nejnáročnější na výrobu. Pozemské zrcadlové dalekohledy mají povrch hyperbolické čočky vybroušený podle rozměrů vlnové délky viditelného světla. Hlavní výhodou orbitálního teleskopu je schopnost sledovat i infračervené a ultrafialové záření, které jinak z velké části pohlcuje zemská atmosféra. Zrcadlo kvůli nim muselo být vybroušeno daleko přesněji. Maximální odchylka od dokonalé křivky směla činit pouze 10 nanometrů – jednu stotisícinu průměru lidského vlasu. Práce zabraly plné dva roky.
Kvůli náročné výrobě a rostoucímu rozpočtu byl odložen plánovaný start v roce 1984 a další termín v roce 1986 překazila tragická havárie raketoplánu Challenger. Na oběžné dráze se proto mezinárodní vědecký projekt octnul až 25. dubna 1990. Vzápětí se ukázalo, že přes veškerou snahu není zrcadlo dostatečně přesné. Odchylka v řádech setin nanometru způsobila, že snímky byly rozostřené. Závada byla odstraněna až o tři roky později, kdy se k teleskopu vypravila sedmičlenná posádka raketoplánu Endeavour a nasadila zrcadlu korekční optické zařízení – tedy jakési kosmické brýle.
Okna vesmíru dokořán
Hubbleův teleskop funguje v podstatě jako obří digitální kamera schopná zachytit široké spektrum elektromagnetického záření (snímky jsou černobílé, barevné kompozitní snímky vznikají přiřazováním barev různým odstínům šedé a vlnovým délkám, které lidské oko nevidí). Jakmile na snímací čip začalo dopadat přesně zaostřené záření, otevřely se nám „okna vesmíru dokořán“. Mohli jsme najednou podrobně zkoumat Sluneční soustavu, vidět v přímém přenosu srážku komety s Jupiterem, nahlížet do hlubin Kuiperova pásu asteroidů a učinit smutné rozhodnutí, že Pluto není planeta. Největší objev ale přišel v okamžiku, kdy se teleskop zaměřil na část vesmíru, kde zdánlivě nic nebylo. Přesně tak, jak učinil vědec nesoucí stejné jméno.
Pohled do hlubokého pole
„Fotoaparát“ v nitru Hubbleova teleskopu dokáže pořizovat snímky v různých expozičních časech. Nejkratší je 0,1 sekundy, typicky však expozice trvá 1000–2000 sekund, a je proto schopna zachytit i extrémně slabé světlo velmi vzdálených objektů. Delší expozice jsou zřídkavé, protože čas je na teleskopu velmi vzácný a o každou sekundu neustále soutěží vědecké týmy z celého světa. Nechat zrcadlo zírat dlouhé minuty „naslepo“ do naprosté temnoty proto vypadá jako mrhání prostředky. Řada vědců se navíc domnívala, že orbitální teleskop nebude schopen zachytit nic, co by nedokázaly dalekohledy pozemské. Jeden astronom měl naštěstí jiný názor a byl v pozici, kdy mohl čas na nejistý pokus získat.
Vědcem byl sám ředitel Institutu vesmírného teleskopu Robert Williams. Jeho pozice ho opravňovala udělit 10 % pozorovacího času projektům čistě podle vlastního uvážení. V roce 1994 se rozhodl využít jeho část pro pozorování zdánlivé prázdné části oblohy v souhvězdí Velké medvědice poblíž oje Velkého vozu. Místo, kam teleskop zaměřil, bylo velké asi jako hlavička špendlíku drženého v natažené ruce. Mezi 18. a 28. prosincem 1995 z něj Williamsův tým pořídil 342 snímků a následujících několik týdnů z nich skládali kompozitní fotografii, která vešla do dějin jako Deep Field – Hluboké pole.
Snímek odhalil, že zdánlivě prázdná temnota ve skutečnosti skrývá tisíce galaxií. Pohled do hlubin vesmíru nám také odhalil pohled do hlubin času. Světlo z nejvzdálenějších galaxií k čočce Hubbleova teleskopu putovalo miliardy let, a snímek tedy zachytil vesmírné objekty ve stavu, v jakém se nacházely nedlouho po Velkém třesku. Senzační objev inspiroval další pokus v roce 2012, kdy teleskop prošel několika úpravami a jeho snímací schopnosti se mnohonásobně zvýšily. Snímek Extreme Deep Field dokázal zachytit světlo galaxií 10 miliardkrát slabší než to, které vnímá lidské oko. Nejvzdálenější galaxie byly vyfoceny ve stavu vzdáleného od Velkého třesku pouhých 470 milionů let.
Orbitální laboratoř
Série snímků Deep Field pomohly znovu přepsat naše představy o okolním vesmíru. Zjistili jsme, že počet galaxií je mnohonásobně vyšší, než jsme kdy předpokládali, a pohybuje se v řádech stovek miliard. Zároveň s tím přišel objev, že i planety se kolem nás vyskytují daleko častěji, než uváděly i ty nejoptimističtější odhady. Jen v naší domácí galaxii Mléčná dráha jich kolem hvězd obíhají miliardy, mnohé z nich navíc v zónách, kde se dá předpovídat existence vody, a tím pádem i života. Přístroje Hubbleova teleskopu poprvé umožnily „exoplanety“ nejenom vyfotit, ale i získat informace o složení jejich atmosféry.
Hubbleův teleskop krouží po oběžné dráze dodnes. V orbitální laboratoři už ale nepracuje sám. Snímky gama záření pořizuje specializovaná Compton Gamma Ray Observatory, rentgenové paprsky sleduje Chandra X-ray Observatory a infračervené spektrum Spitzer Space Telescope. Velkou část úkolů Hubblea přebral v roce 2022 jeho následovník James Webb Space Telescope a za dva roky k němu má přibýt teleskop pojmenovaný po „Hubbleově matce“ Nancy Grace Romanové. Vědci předpokládají, že se první orbitální dalekohled někdy v budoucí dekádě dostane přirozeným brzděním do atmosféry, kde shoří. Je ale možné, že bude pomocí přídavných motorů vyslán hlouběji do vesmíru, jehož tajemství a krásu nám pomohl odhalit.
