Wcześnie w 2009 roku grupa astronautów odwiedziła teleskop Hubble'a, aby naprawić
usterki wynikające ze zużycia po 20 latach pracy w nieprzyjaznym środowisku
i aby zainstalować 2 nowe instrumenty: spektrograf Cosmic Origins Spectrograph
i kamerę Wide Field Camera 3, znaną jako WFC3.
WFC3 jest kamerą pracującą w zakresie ultrafioletowym, widzialnym i podczerwonym, co ogromnie
rozszerza możliwości teleskopu Hubble'a do obrazowania obiektów astronomicznych.
Dzięki tym nowym możliwościom teleskop Hubble'a wciąż, po dwóch dekadach na orbicie, przekracza kolejne granice.
To jest Hubblecast, nowości i zdjęcia z Kosmicznego Teleskopu Hubble'a.
Podróż w czasie i przestrzeni wraz z doktorem J.
W odcinku 30 widzieliśmy jedne z pierwszych
zdjęć wykonanych za pomocą kamery Wide Field Camera 3,
najnowszego i najbardziej zaawansowanego instrumentu teleskopu Hubble'a.
Dzisiaj przyjrzymy się badaniom naukowym, jakie można dzięki nim wykonać.
Dowiemy się, jak ta niezwykła kamera
pozwala widzieć to, co niewidzialne,
patrzeć daleko w przeszłość i dostrzegać obiekty znajdujące się jeszcze dalej od nas, niż kiedykolwiek wcześniej obserwowane.
Kamera WFC3 została zainstalowana w miejsce kamery WFPC2
czyli Wide Field and Planetary Camera 2,
która przez wiele lat była główną siłą roboczą teleskopu Hubble'a.
Obie kamery nie tylko mają podobne nazwy i wyglądają praktycznie identycznie,
ale możliwości kamery WFC3 w pewnych aspektach są
ulepszoną wersją poprzedniej kamery,
jednak dającą ostrzejsze obrazy i mającą bardziej czułe detektory światła.
Poza tymi ulepszeniami kamera WFC3 ma cały
zestaw nowych funkcji, które ekscytują astronomów.
WFC3 to właściwie 2 instrumenty w jednym,
część pracująca w ultrafiolecie i świetle widzialnym to zastępstwo dla kamery WFPC2,
ale mieści się tutaj 6 razy więcej pikseli w podobnym polu widzenia.
Poza dostarczeniem naukowcom obserwacji w wyższej rozdzielczości niż kiedykolwiek wcześniej
zdjęcia z tej części kamery WFC3 są również najładniejszymi zdjęciami z tego teleskopu
i wciąż ujawniają szczegóły nigdy wcześniej niewidziane przez inny teleskop.
Jednak podczerwona część kamery WFC3 to prawdziwy przełom.
Astronomia w podczerwieni jest teraz obiektem zainteresowania.
Nie chodzi tylko o nowe funkcje teleskopu Hubble'a,
Kosmiczne Obserwatorium Herschela Europejskiej Agencji Kosmicznej, Kosmiczny Teleskop Spitzera agencji NASA
oraz wkrótce Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba agencji NASA/ESA/CSA
zostały zaprojektowane do pracy w podczerwieni.
Jednym z powodów jest to, że badania w podczerwieni pozwalają astronomom
patrzeć na względnie chłodne obiekty, które nie emitują wcale lub bardzo mało światła widzialnego.
Przykładem są tzw. mgławice protoplanetarne, chłodne gazowe
otoczki wyrzucane przez pewien typ gwiazd,
kiedy ich paliwo jądrowe się wyczerpie.
Obserwacje takich mgławic za pomocą teleskopu optycznego są trudne,
gdyż prawie nie emitują one światła widzialnego,
zmuszając astronomów do tego, by polegali na słabym odbitym świetle gwiazd, aby cokolwiek zobaczyć.
Jednak mgławice protoplanetarne świecą dużo jaśniej w podczerwieni.
Obrazowanie w podczerwieni jest również bardzo użyteczne, aby patrzeć poprzez ogromne
obłoki pyłu międzygwiazdowego, które są nieprzenikalne dla światła widzialnego.
Podobne zjawisko sprawia, że zachody Słońca są czerwone.
Tak jak cząsteczki w atmosferze rozpraszają światło niebieskie bardziej niż czerwone,
obłoki pyłu międzygwiazdowego blokują światło widzialne bardziej niż podczerwone.
Teleskop Hubble'a stał się sławny dzięki swoim efektownym zdjęciom w świetle widzialnym
przedstawiającym ogromne obłoki międzygwiazdowego pyłu i gazu.
Jednak czasami naukowcy chcą się dowiedzieć, co się dzieje za
lub wewnątrz obłoku pyłu.
Obserwacje w podczerwieni odsłaniają ukrywające się gwiazdy.
Do teraz obrazowanie w podczerwieni było dla teleskopu Hubble'a wyzwaniem.
Instrument NICMOS (Near Infrared Camera and Multi-object Spectrometer)
pozwalał astronomom badać obiekty w podczerwieni
w sposób nieosiągalny z Ziemi, ale zmuszał do podjęcia trudnej decyzji.
Ponieważ uzyskiwane obrazy były małe: zaledwie około 65 000 pikseli,
podobnie do ekranu telefonu komórkowego,
NICMOS produkował najostrzejsze zdjęcia
tylko wtedy, gdy koncentrował się na bardzo wąskim polu widzenia.
W przypadku szerszego pola tracono wiele szczegółów.
Wraz z dużo większym polem widzenia i lepszą czułością
podczerwona część kamery WFC3 ma milion pikseli,
15 razy więcej niż NICMOS, podobnie do ekranu komputera.
To oznacza, że astronomowie nie muszą już iść na kompromis
pomiędzy wielkością obserwowanego obszaru na niebie
a ilością uzyskiwanych szczegółów.
To ulepszenie sprawia, że teleskop Hubble'a jest teraz dużo lepszy
do obserwacji wielkich obszarów nieba, jak również bardzo słabo świecących odległych obiektów.
Jest to kluczowe dla kosmologii
czyli badania pochodzenia i ewolucji Wszechświata.
Ponieważ Wszechświat rozszerza się, fale świetlne pochodzące od odległych obiektów
rozciągają się, kiedy podróżują w przestrzeni i ich długość staje się większa.
Im dalej znajduje się obiekt, tym bardziej wysłane przez niego światło rozciąga się w drodze do nas
i tym bardziej staje się czerwone. Efekt ten to przesunięcie ku czerwieni.
Dla naprawdę odległych obiektów ich ultrafioletowe i widzialne światło
jest tak przesunięte ku czerwieni, że obserwuje się je w zakresie podczerwonym, dosłownie ,,pod czerwienią"
i dlatego obrazowanie w podczerwieni jest tak ważne, aby obserwować
te bardzo odległe galaktyki.
To jest ultra-głębokie pole Hubble'a, zdjęcie w świetle widzialnym
zrobione w 2003 i 2004 roku za pomocą kamery Advanced Camera for Surveys.
Jest to zdjęcie małego kawałka nieba, prawie 100 razy mniejszego
niż Księżyc w pełni.
Nie ma tu żadnych gwiazd widocznych gołym okiem, ale dzięki ekspozycji trwającej milion sekund
widoczne stają się te niezmiernie słabo świecące odległe galaktyki.
Badanie tego samego obszaru za pomocą obrazów podczerwonych z kamery WFC3
ujawnia jeszcze bardziej odlegle galaktyki,
niektóre są tak daleko, że
ich światło zostało tak przesunięte w kierunku podczerwieni, że są niewidoczne w świetle widzialnym.
Tutaj widzimy galaktyki tak, jak one wyglądały miliardy lat temu.
Kiedy światło z tych galaktyk rozpoczęlo swoją długą podróż do nas,
nasze Słońce i Ziemia nie zaczęły jeszcze nawet powstawać.
Jednak to, co jest naprawdę ekscytujące dla kosmologów, w obrazowaniu w podczerwieni kamerą WFC3
ultra-głębokiego pola Hubble'a,
to nie tylko pierwszy plan, sam w sobie niesamowity,
ale maleńkie, słabo widoczne plamki
w tle, jeszcze poza odległymi galaktykami.
Niektóre z plamek świetlnych na tym rozmytym zdjęciu
to tylko anomalie detektorów światła,
ale wśród nich są też słabo świecące wczesne galaktyki.
Na tym zdjęciu widzimy niektóre z najodleglejszych obiektów kiedykolwiek obserwowanych.
Są tak odległe, a ich światło podróżowało z tak daleka do nas,
że widzimy je tak, jak wyglądały 13 miliardów lat temu,
kiedy Wszechświat miał zaledwie około 5% swojego aktualnego wieku.
Odkrycie i badanie takich galaktyk może nam dużo powiedzieć
o warunkach panujących
w najwcześniejszych etapach istnienia Wszechświata
oraz potwierdzić lub obalić nasze teorie wczesnego formowania się galaktyk.
Niezależnie od tego obserwacje tego typu
na pewno przybliżają nas kilka kroków
do zrozumienia historii naszego Wszechświata.
Tu dr J, to już wszystko w dzisiejszym Hubblecast.
Jeszcze raz natura zaskoczyła nas bardziej niż najśmielsza wyobraźnia.
Hubblecast tworzony jest przez ESA/Hubble w Europejskim Obserwatorium Południowym w Niemczech.
Misja Hubble to międzynarodowy projekt prowadzony przez NASA oraz Europejską Agencję Kosmiczną.
Tekst: ESA/Hubble. Tłumaczenie: Anna Raiter-Smiljanic.