O Telescópio Espacial Hubble

by Unknown 09:29 0 comentários Astronomia Interessante

Telescópio Hubble

 O Telescópio Espacial Hubble completou 25 anos em orbita desde que foi lançado em 24 de abril de 1990 a bordo do ônibus espacial Discovery,o nome Hubble lhe foi dado em homenagem a  Edwin Powell Hubble um astrônomo estadunidense que ficou famoso por ter descoberto que as até então chamadas nebulosas eram na verdade galáxias fora da Via Láctea.

Concepção e objetivos

 Imaginado nos anos 40, projetado e construído nos anos 70 e 80 a história do Telescópio Espacial Hubble pode ser rastreada até 1923, quando Hermann Oberth (considerado junto com Robert Goddard e Konstantin Tsiolkovsky os pais dos foguetes modernos) publicou (O Foguete no Espaço Planetário), onde mencionou como um telescópio poderia ser lançado em órbita da Terra por um foguete.
A astronomia baseada no espaço estava apenas no início nos anos seguintes à Segunda Guerra Mundial, período em que os cientistas utilizaram a tecnologia melhorada dos foguetes. Em 1946 o astrônomo Lyman Spitzer escreveu o artigo (Vantagens Astronômicas de um Observatório Extraterrestre), onde discutiu as duas principais vantagens que um observatório baseado no espaço teria a mais do que os telescópios terrestres: primeiro, a resolução óptica (distância mínima de separação entre objetos na qual eles permaneçam claramente distintos) estaria limitada apenas pela difração, em oposição aos efeitos da turbulência da atmosfera que provocam o fenômeno do seeing. Os telescópios terrestres estão tipicamente limitados a resoluções de 0,5–1,0 segundos de arco , comparativamente aos valores teóricos de resolução de difração, limitada de cerca de 0,1 arco para um telescópio com um espelho de 2,5 m em diâmetro. A segunda maior vantagem seria a possibilidade de observar luz infravermelha e ultravioleta, que são fortemente absorvidas pela atmosfera.No mesmo ano, foram obtidos os primeiros espectros ultravioleta do Sol.

Em 1968 a NASA iniciou a elaboração de planos para um telescópio espacial com um espelho de 3m de diâmetro, conhecido provisoriamente como Grande Telescópio Orbital ou Grande Telescópio Espacial (LST), com lançamento previsto para 1979. Os planos enfatizavam a necessidade de missões tripuladas para a manutenção do telescópio, de forma a justificar um investimento tão caro ao longo de um tempo de vida extenso, e os projetos de pesquisa da tecnologia reutilizável do ônibus espacial indicavam que isso seria possível em pouco tempo.

A dificuldade com o financiamento 

As dificuldades em obter o financiamento levaram à redução da escala do projeto, passando o diâmetro do espelho de 3m para 2,4m, quer para reduzir custos, quer para permitir uma configuração mais compacta do hardware do telescópico.Foi descartado um protótipo de menores dimensões (1,5m), que seria concebido para testar os sistemas a utilizar no satélite principal, e as preocupações com o orçamento despertaram a colaboração da Agência Espacial Europeia (ESA). A ESA concordou em fornecer alguns dos instrumentos para o telescópio, bem como as células solares que iriam fornecer-lhe energia, financiando também 15% dos custos, em troca da garantia de 15% do tempo de observação para astrônomos europeus.O Congresso aprovaria um financiamento de 36 milhões de dólares em 1978. O desenho do LST iniciou-se de imediato, agendando o lançamento para 1983. 

^{Construção,montagem e lançamento}

 Assim que foi dada luz verde ao projeto, os trabalhos da fase de construção foram divididos entre diversas instituições. O Marshall Space Flight Center ficou responsável pelo controle geral dos instrumentos científicos e controle terrestre durante a missão. O centro Marshall incumbiu a Perkin-Elmer, uma companhia do ramo da óptica, de conceber o mecanismo de montagem do telescópio (Optical Telescope Assembly - OTA) e os sensores de navegação (Fine Guidance Sensors). A Lockheed ficou responsável pela construção da nave espacial em que o telescópio ficaria alojado.

Primeiros estágios da construção do Hubble.

 

Polimento do espelho primário do Hubble feito pela Perkin-Elmer Corporation, Danbury, Connecticut, maio de 1979.

 A nave  

 A nave espacial na qual seriam alojados o telescópio e os instrumentos representava um grande desafio para a engenharia. Teria que suportar adequadamente mudanças frequentes entre a luz direta do Sol e a escuridão da sombra da Terra — que provocam mudanças bruscas na temperatura — enquanto devia permanecer estável o suficiente para permitir o direcionamento preciso do telescópio. Um manto de isolamento de várias camadas mantém a temperatura estável dentro do telescópio, e envolve um casco leve de alumínio dentro do qual o telescópio e os instrumentos são instalados.

  Dentro deste escudo, uma armação de grafite-epóxi mantém as peças firmemente alinhadas.Uma vez que os compostos de grafite são higroscópicos, havia um risco de que o vapor de água absorvido pela armação durante sua montagem viesse a ser liberado no vácuo do espaço; se isso ocorresse, os instrumentos ficariam cobertos de cristais de gelo. Para reduzir esse risco, foi realizada uma limpeza com gás nitrogênio antes do lançamento. 

Enquanto a construção da nave espacial andava bem, a Lockheed ainda experimentava dificuldades com o orçamento e o cronograma, e, no verão de 1985, a construção da nave havia ultrapassado em 30% o orçamento e estava com três meses de atraso. Um relatório disse que a Lockheed tendia a seguir as indicações da NASA, em vez de tomar a iniciativa na construção.

Sistema Óptico 

Opticamente o Hubble é um refletor tipo Cassegrain com um projeto Ritchey-Chrétien. Este projeto, com dois grandes espelhos hiperbólicos, é bom para fotografar um largo campo de vista, mas tem a desvantagem de ser de difícil construção. Os sistemas relacionados com a óptica e os espelhos representavam a parte crucial, e seriam concebidos segundo especificações muito rígidas. Em média, os telescópios usam espelhos polidos para uma precisão de cerca de um décimo do comprimento de onda da luz visível; porém, uma vez que o Hubble seria utilizado para observações na gama do ultravioleta ao infravermelho com uma resolução dez vezes superior aos telescópios antecessores, o espelho teria que ser polido para uma precisão de 10 nanômetros, cerca de 1/65 do comprimento de onda da luz vermelha.

A Perkin-Elmer planejava utilizar maquinaria assistida por computador extremamente sofisticada para modelar o espelho segundo as especificações impostas, mas para o caso da sua tecnologia apresentar dificuldades, a Kodak também foi contratada para construir um espelho de reserva, utilizando as técnicas de polimento tradicionais. A construção do espelho foi iniciada em 1979, utilizando vidro de expansão ultra-reduzida. Para reduzir ao máximo o peso do espelho, este foi acondicionado numa espécie de sanduíche de duas placas de cerca de uma polegada de altura e uma estrutura em forma de colmeia no meio. 

O polimento prolongou-se de 1979 até maio de 1981. Mais tarde, relatórios da NASA questionaram a estrutura intermédia proposta pela Perkin-Elmer, o que acarretou complicações de agenda e de orçamento. O espelho foi concluído nos finais de 1981, com o acréscimo de um revestimento reflectivo em alumínio, de espessura de 75 mm, e outro revestimento protetor de fluoreto de magnésio, de 25 mm de espessura, o que permitia aumentar a reflexão da luz ultravioleta.

Lançamento

Subsistiam, porém, dúvidas sobre a competência da Perkin-Elmer num projecto desta importância, já que o orçamento e agenda para concluir o OTA continuavam a aumentar. Em resposta a esta agenda, descrita como "não delineada e diariamente alterada", a NASA adiou o lançamento do telescópio para abril de 1985. 

A agenda da Perkin-Elmer continuou a inflar, a uma taxa de cerca de um mês a cada três meses, tendo-se mesmo verificado, esporadicamente, atrasos de um dia por cada dia de trabalho. Face a isto, a NASA foi forçada a reagendar o lançamento para 1 de março de 1986. Por esta altura, o custo total do projeto tinha atingido 1,175 bilhões de dólares. 
 Além disso, o software necessário para controlar o Hubble em terra não ficou pronto em 1986, e de fato permaneceria inacabado até 1990. 

Para completar o quadro de dificuldades, no mesmo ano aconteceu o acidente com a nave Challenger, o que provocou um esfriamento no programa espacial. Eventualmente, após a retomada dos voos dos ônibus espaciais em 1988, o lançamento do telescópio foi reagendado para 1990. Por fim, em 24 de abril de 1990, a missão STS-31 do Discovery fez o lançamento do telescópio com sucesso em sua órbita prevista.

Desde a estimativa de custo inicial de cerca de 400 milhões, o telescópio chegou a custar mais de 2,5 bilhões de dólares para construir. Custos cumulativos do Hubble até hoje são estimados entre 4,5 e 6 bilhões, com uma contribuição financeira adicional da Europa de 593 milhões de euros, até a estimativa de 1999.
 

Lançamento do Hubble a bordo da Discovery

Falha no espelho 

Dentro de poucas semanas após o lançamento do telescópio, pelas imagens que voltavam, ficou evidente que havia um sério problema com o sistema óptico. Embora as imagens parecessem de início ser mais nítidas do que as imagens obtidas em terra, o telescópio falhou em obter um foco tão exato como esperado.

A análise das imagens borradas mostrou que a causa do problema era que o espelho principal tinha sido construído com uma forma errada. Apesar de ter sido provavelmente o espelho mais precisamente construído de todos os tempos, com variações de apenas 10 nanômetros a partir da curva prevista,era plano em demasia nas bordas em cerca de 2.200 nanômetros (2,2 mícrons).Esta diferença foi catastrófica, produzindo uma aberração esférica grave.

Para se corrigir o problema da aberração esférica foi estabelecido o sistema Corrective Optics Space Telescope Axial Replacement (COSTAR), constituído por dois espelhos de compensação da falha.Para ajustar o sistema COSTAR no telescópio, um dos outros instrumentos teve de ser removido, e os astrônomos selecionaram o High Speed Photometer para ser sacrificado.Várias missões do ônibus espacial foram lançadas para consertos, substituição de instrumentos e outros ajustes. 

Comparação das imagens antes e depois da correção da falha do espelho.

 Legado

 Um legado único do Hubble são as imagens produzidas pelas câmeras de espaço profundo e ultraprofundo, de sensibilidade inigualável em comprimentos de onda visíveis, criando imagens das mais distantes regiões do céu já obtidas nestes comprimentos de onda. As imagens revelam galáxias a bilhões de anos-luz de distância, e têm tanto gerado como subsidiado uma grande quantidade de trabalhos científicos, abrindo uma nova janela para o Universo primordial.
Outros fatos mostram o impacto positivo do telescópio na astronomia. Mais de 9.000 trabalhos com base em dados do Hubble foram publicados em jornais peer-reviewed, e inúmeros outros surgiram em anais de eventos. Em média, um trabalho com base em dados do Hubble recebe cerca de duas vezes mais citações do que os com base em dados não-Hubble. Dos 200 artigos científicos publicados a cada ano que recebem mais citações, cerca de 10% são baseadas em dados do Hubble.


FONTE: Wikipédia