TEMA BROJA

Dragan Lazarević

Astronomija / Teleskopi u kosmosu

Sateliti u aktivnoj upotrebi

Astronomija je svoj nagli razvoj započela od Galilejeve izgradnje prvog teleskopa. Tokom narednih vekova, nova otkrića su nastajala sa daljim razvojem optike, većim i tehnički usavršenijim teleskopima i primenom novih pronalazaka poput fotografije. Ograničavajući faktor je bila Zemljina atmosfera u kojoj vodena para i prašina onemogućavaju dobijanje toliko oštre slike koliko to može da se postigne optičkom tehnikom pa su astronomske opservatorije građene na visokim planinama.

Satelit Odin

Sa početkom kosmičkog doba i lansiranjem prvih satelita i kosmičkih brodova mase nekoliko tona, postalo je moguće postavljanje u orbitu oko Zemlje astronomskih satelita-teleskopa veličina TV kamera; oštrina slike i tehnike prenosa nisu bili toliko razvijene da omoguće iskorišćavanje prednosti koje ima snimanje van Zemljine atmosfere.Usavršavanjem elektronike, od 1968. počinju uspešne misije astronomskih satelita OAO-2 a od 1970. i Uhuru. Njima se snimaju kosmički objekti i u oblastima spektra elektromagnetskog zračenja za koje Zemljina atmosfera nije transparentna kao što je ultraljubičasto i rentgensko-X zračenje. Naredne misije su snimale gama zračenje i infracrveno-toplotno zračenje čije prostiranje kroz Zemljinu atmosferu znatno ometa vodena para. Lansirani su i kosmički radioteleskopi. Tada je započela astronomija koja je snimala na svim talasnim dužinama elektromagnetske radijacije; u narednim decenijama, lansirano je oko sto astronomskih satelita-kosmičkih teleskopa od kojih je većina donele skromne naučne rezultate, mada je bilo i misija koje su napravile svojevrsne naučne revolucije. Na osnovu tih podataka, nastala je nova predstava o vasioni, počev od otkrića planeta oko drugih zvezda, crnih rupa u centru naše i drugih galaksija kao i samoj međuzvezdanoj sredini.
Astronomski sateliti se mogu podeliti prema oblasti spektra u kojoj obavljaju snimanje ali ima i složenijih koji mogu da snimaju i u više oblasti kao UV, X i gama zračenje. Podela se može obaviti i prema zadatoj ulozi, npr.astrometrijski sateliti koji snimaju u oblasti vidljive svetlosi talasne dužine od 380-760 nanometara mogu da znatno preciznije odrede udaljenost zvezda metodom paralakse nego zemaljski teleskopi. Tu je velike rezultate postigao satelit Hiparhos, a u oblasi mikrotalasa satelit COBE i drugi uspešno su detektovali i mapirali tzv.pozadinsko zračenje kosmosa. Astronomske kosmičke opservatorije za posmatranje Sunca bile su ubačene u putanju oko njega tako da se mogu tretirati kao sateliti Sunca ili kosmičke sonde a ne kao Zemljini astronomski sateliti.

Kosmički teleskopi u aktivnoj upotrebi

Kosmički teleskop predstavlja složen sistem koji, osim optičkog uređaja i kamera za snimanje, ima i platformu sa pogonskim sistemom za održavanje zadate orbite, sistem za usmeravanje pomeranjem teleskopa u odnosu na platformu ili čitavog satelita, sistem za snabdevanje energijom preko solarnih panela, odgovarajući sistem toplotne izolacije i održavanja stalne temperature kao i sistem za komunikaciju sa kontrolnim centrom preko kojeg se šalju snimci ali i primaju komande koje računarski sistem pretvara, preko servo-motora, u odgovarajuća kretanja delova satelita prema planu misije. Trenutno je aktivno oko 29 astronomskih satelita, od kojih se većina kreće oko Zemlje na niskoj putanji, neki na veoma izduženim eliptičnim putanjama a neki su postavljeni i u blizini Lagranževe tačke L2, (iza Zemlje u odnosu na Sunce) i obilaze i Zemlju i Sunce za godinu dana.
U oblasti vidljive svetlosti, najpoznatiji je svemirski teleskop Hubble koji snima i u ultraljubičastoj oblasti i u bliskom IC zračenju. Satelit Swift ima tri teleskopa koji snimaju u vidljivoj i UV svetlosti, X i gama zračenju a „Astrosat“ - u vidljivom i UV području. Pet malih satelita serije BRITE snimaju samo u vidljivoj svetlosti kao i NEOSSat koji registruje asteroide, TESS koji traga za egzoplanetama, CHEOPS koji snima i u IC oblasti ,i astrometrijski teleskop GAIA postavljen u L2, koji je registrovao preko1,8 milijardi zvezda, preko 1,6 miliona vangalaktičkih objekata a otkrio je i ekstrasolarne planete.
U oblasti ultraljubičastog (UV talasne dužine 10-380 nanometara) zračenja, snimaju teleskopi sa satelita u Zemljinoj orbiti IRIS, Hisaki (SPRINT A) a jedan UV teleskop je na kineskoj sondi Čang 3 spuštenoj na Mesec (LUT-Lunar based Ultraviolet Telescope) i snima sve kosmičke izvore UV zračenja.

Satelit CHEOPS

U snimanju u oblasti infracrvenog zračenja (talasne dužine 1-100 mikrona) aktivni su sateliti CHEOPS i WISE koji je otkrio brojne bliske asteroide, nekoliko kometa i udaljenih malih planeta kao i smeđe patuljke, tj.objekte između gasovitih planeta i zvezda crvenih patuljaka. U IC oblasti snima i najnoviji veliki kosmički teleskop James Webb postavljen u blizini tačke L2.
U mikrotalasnoj oblasti, aktivan je trenutno samo satelit Odin iako je u ovoj oblasti otkrivano i proučeno pozadinsko zračenje, kao i emisije međuzvezdane sredine i jakih vangalaktičkih izvora.
Trenutno nema aktivnih radio-teleskopa u kosmosu posle  prestanka rada ruskog radiosatelita Spektr-R koji se kretao oko Zemlje po orbiti udaljenosti 10.000x390.000 km.
Na suprotnoj strani spektra, u oblasti X zračenja, snimaju sateliti Chandra, XMM Newton, NuSTAR,AGILE, NICER koji je postavljen na orbitalnu stanicu ISS, HXMT, Spektr-RG koji je postavljen u L2 i IXPE. Oni registruju sve objekte koji emituju rentgensko zračenje, kao što su ostaci eksplozija supernovih, neutronske zvezde i crne rupe u jezgrima aktivnih galaksija, zvezde tipa beli patuljak i udaljena jata galaksija.
Oblast elektromagnetnog zračenja najvećih energija, gama zraka, trenutno snimaju sateliti Fermi i GAP a sateliti INTEGRAL i AGILE snimaju i X zračenje. Gama zrake emituju supernove, neutronske zvezde i akrecioni diskovi oko crnih rupa. Snažni a kratkotrajni bleskovi gama zraka(Gamma ray bursts) su oblast detekcije ovih satelita kao i već navedenog satelita Swift (koji je registrovao preko hiljadu gama bljeskova) sa ciljem da se odredi položaj izvora odakle oni dolaze. Gama bljeskovi imaju ekstremno veliku energiju fotona, reda veličine tera elektronvolta. Smatra se da su neki nastali eksplozijom supernovih zvezda ali ima i bljeskova izvora udaljenih 7-13 milijardi svetlosnih godina, energije 2,5 miliona puta veće od one pri eksploziji supernovih zvezda - oni su nepoznatog procesa nastanka. 
U kosmosu se nalaze i sateliti sa detektorima elementarnih čestica visoke energije, protona, alfa čestica i beta zraka i jezgara težih elemenata nastalih u eksplozijama supernovih zvezda. Sateliti IBEX, AMS-2 i DAMPE detektuju te čestice i određuju poziciju izvora iz kojih su potekle.
Zahvaljujući kosmičkim teleskopima, astronomija je u jednoj neprekidnoj naučnoj revoluciji a količina podataka koja stiže trenutno prevazilazi mogućnosti njihove obrade - i pored raspoloživih računarskih sistema.

Satelit Fermi

  Naučna epopeja duga tri decenije

   Jedan kosmički teleskop se svakako izdvaja od preko sto ostalih -  to je veliki svemirski teleskop HST (Hubble Space Telescope) nazvan po astronomu Edvinu Hablu. Lansiran je u Zemljinu orbitu spejs-šatlom Discovery u misiji STS-31, 24. aprila 1990. (sa nagibom putanje prema ekvatoru od 28,5º). Narednog dana je iznešen iz teretnog prostora šatla i let je nastavio autonomno, na visini 537-541 km. Njegova ukupna masa iznosila je 11,1 tonu a njegove dimenzije su 13,2x4,2 m. Ovaj teleskop-satelit je delo kompanije „Locheed“, koja je radila njegov korpus, i kompanije „Perkin-Elmer“ koja je radila optiku. Električnu energiju obezbeđuju solarni paneli snage 2800W. Spada u reflektore tipa Cassegrain,varijanta Ritchey-Chretien a glavno ogledalo (prečnika 2,4 m) kao i sekundarno ogledalo su hiperboloidne površine koje su obrađene do tačnosti od 10 nanometara (ne i potpuno, kako se kasnije pokazalo).
Instrumenti u njegovoj prvoj varijati su bili kamere WFPC i FOC, dva spektrometra i fotometar. Prve slike koje su stizale ukazivale su na ozbiljnu anomaliju glavnog ogledala koje nije u jednom delu površine obrađeno sa preciznošću kao što je bilo ogledalo prototipa pa je došlo do pojave aberacije. Krivicu za to snosila je kompanija „Perkin-Elmer“ ali i NASA koja to nije otkrila pre lansiranja teleskopa. Počeo je složeni proces iznalaženja optičkih sredstava koji bi otklonili deformaciju i napravljen je COSTAR (Corrective Optics Space Telescope Axial Replacement) sistem koji se takođe sastojao od dva ogledala.

Satelit Chang’e 3

U prvoj misiji SM-1 spasavanja teleskopa Hubble šatlom Endeavour, decembra 1993. (let STS-61) radom astronauta u kosmičkom vakuumu postavljen je COSTAR umesto fotometra, zamenjeni su kamera, solarni paneli, žiroskopi sistema za pozicioniranje a HST je podignut na višu putanju. NASA je početkom 1994. objavila da su stigli snimci predviđene oštrine i da misija teleskopa počinje da teče po planu.
U februaru 1997. usledila je druga misija servisiranja Hubble-a (STS-82) šatlom Discovery. Tada su zamenjene kamera i spektrometar kao i komponente elektronskog sistema.
Servisna misija SM3A je obavljena decembra 1999. letom STS-103 šatla Discovery kada je zamenjeno svih 6 žiroskopa, toplotna izolacija, senzori za navođenje i kompjuter.
Narednu misiju servisiranja SM3B obavili su astronauti šatla Columbia 2002, na letu STS-109. Tada je instalirana kamera ACS koja je projektovana da koriguje anomaliju na primarnom ogledalu pa je COSTAR postao suvišan a zamenjeni su i solarni paneli.
Poslednja servisna misija SM4 obavljena je na letu STS-121 šatla Atlantis 2009. Postavljeni su nova kamera WF3, nikl-vodonični akumulatori a skinut je COSTAR i vraćen na Zemlju. Postavljen je i mehanizam za meko hvatanje SCM, namenjen za buduće misije servisiranja nekim drugim kosmičkim letelicama jer je obustavljeno korišćenje spejs-šatlova. Teleskop Hubble, je zahvaljujući uspešno obavljenim servisnim misijama, i sada u funkciji.

Novo spasavanje Hubble-a

Naučna otkrića do kojih se došlo na osnovu snimaka sa HST prekrivaju gotovo sva područja koje astronomiija istražuje.U najbližem susedstvu, u Sunčevom sistemu, HST je snimio tragove pada komete Šumejker-Levi, u oblacima Jupitera, decembra 1994. Potom, aurore na Saturnovom južnom polu, aurore na Jupiterovom satelitu Ganimedu, snimljen je Mars pre i za vreme peščane oluje, male planete Kajperovog pojasa i kometa Bernadeli-Bernštain, sa najvećim do sada ustanovljenim jezgrom. U našoj galaksiji snimljene su magline a u Orionovoj je pronađen protoplanetarni disk oko jedne zvezde.
Na osnovu snimaka HST  i GAIA izvršena je procena mase naše galaksije: 1500 milijardi mase Sunca, što ukazuje da u njoj preovlađuje tamna materija.
Na osnovu snimaka i merenja sa HST-a promenljivih zvezda Cefeida, u udaljenim galaksijama, preciznije je određena Hubble-ova konstanta koja određuje brzinu širenja vasione. Njena procenjena starost iznosi 13,7 milijardi godina, a ustanovljeno je i da se širenje vasione ubrzava. Snimljena je i eksplozija supernove Refsdai iza galaktičkog jata udaljenog 5 milijardi svetlosnih godina.
Otkrivena je i galaksija udaljena 10 milijardi svetlosnih godina a 2022. i najudaljenija zvezda koja je nastala u prvoj milijardi godina posle tzv.Velikog praska. Ovo otkriće tek treba da potvrdi novi teleskop JWST.
Kosmički teleskop Hubble je još uvek funkcionalan ali njegova orbita se polako menja i, ako se prepusti toku događaja, moguć je nekontrolisani ulazak u Zemljinu atmosferu od 2029. NASA razmatra mogućnost da se to spreči novom servisnom misijom koju bi obavio kosmički brod Dragon 2 sa posadom kompanije Space X i koji bi radom sopstvenih raketnih motora podigao teleskop na višu orbitu, čime bi se omogućilo njegovo korišćenje i posle 2030.

 Kosmički teleskopi i planovi za buduće misije

 Novi veliki kosmički teleskop JWST (James Webb Space Telescope) postavljen je u tzv. halo orbitu oko L2 tačke (1,5 miliona km od Zemlje) i uspešno je započeo svoju misiju jula 2022. Snima u području 0,6-28,3 mikrona (uglavnom  IC područje spektra). To je trenutno najveći teleskop u kosmosu - njegovo primarno ogledalo ima prečnik 6,5m, a fokusnu daljinu 131m i smatra se za naslednika HSTa. Prvi snimci i otkrića opravdavaju velike nade koje se polažu u misiju ovog teleskopa koja će da pokrije sve oblasti astronomije. Očekuju se nova otkrića egzoplaneta, njihovo direktno otkrivanje oko zvezda sličnih Suncu, sa nadom da će se naći planete slične Zemlji u zoni pogodnoj za nastanak i opstanak života. JWST je detektovao CO2 u atmosferi već otkrivene džinovske gasovite egzoplanete a 11. januara 2023. otkrio je do sada nepoznatu egzoplanetu po veličini blisku Zemlji. U toku svog radnog veka, koji će iznositi nekoliko decenija, JWST će verovatno otkriti i neke pojave koje sada ne možemo ni da naslutimo ali astronomi i stručnjaci kosmičkih agencija to ne čekaju već pripremaju nove projekte, još veće kosmičke teleskope od JWSTa kao i one koji će snimati u drugim oblastima spektra.
NR Kina priprema svoj veliki teleskop Xuntian sa ogledalom od 2m ali sa 300 puta većom mogućnošću pretraživanja neba od HSTa koji bi se kretao istom putanjom kao i orbitalna stanica Tiangong i povremeno spajao sa njom radi servisiranja. Za 2027. NASA planira lansiranje novog velikog kosmičkog teleskopa Nancy Grace Roman Space Telescope - WFIRST sa većim mogućnostima od JWST. U ovoj deceniji treba da počne intenzivnije korišćenje znatno većih raketa nosača NASA SLS i kompanije Space X Starship, nosivosti preko 100t, u Zemljinu orbitu. Slične projekte pripremaju i druge države pa se u narednoj deceniji mogu očekivati kosmički teleskopi daleko većih dimenzija od postojećih a time i većih mogućnosti. Možda će se tada ostvariti san astronoma-planetologa, da vide zemljoliku egzoplanetu onako kako se vidi Zemlja sa Meseca.

Popravka hubble-a

Dragan Lazarević

Kompletni tekstove sa slikama i prilozima potražite u magazinu
"PLANETA" - štampano izdanje ili u ON LINE prodaji Elektronskog izdanja
"Novinarnica"