Il telescopio Hubble: la storia e le scoperte scientifiche

Il telescopio spaziale Hubble è un grande telescopio mandato in orbita per osservare e fotografare il cielo al di là dell’atmosfera terrestre. Con il progresso tecnologico i telescopi sono diventati strumenti fondamentali per rispondere alle grandi questioni scientifiche, dalla biologia alla fisica. Le interferenze dovute all’atmosfera terrestre, però, rappresentano un grande limite per l’osservazione dettagliata degli oggetti celesti. Ecco perché il telescopio Hubble (o HST) rappresenta il nostro più prezioso occhio puntato sull’Universo.

Di seguito ripercorriamo la sua storia e le scoperte scientifiche che lo hanno reso così celebre.

La storia del telescopio Hubble

L’idea di progettare un telescopio spaziale prese largo subito dopo due conquiste dell’ingegneria aerospaziale. Nel 1957 i sovietici avevano messo in orbita il primo satellite artificiale: lo Sputnik. Di lì a poco, nel 1966 la neonata “National Aeronautics and Space Administration” (NASA) aveva lanciato il primo osservatorio orbitale le cui immagini avevano immediatamente fatto emergere i vantaggi delle osservazioni spaziali al di là del limite dell’atmosfera.

Questa consapevolezza portò la NASA ad approfondire le potenzialità delle osservazioni dallo spazio e ad ideare una missione per la messa in orbita di un grande osservatorio spaziale.

L’entusiasmo, però, dovette fare i conti con un budget esiguo messo a disposizione per il progetto. Il limite economico portò gli ingegneri a sviluppare un’idea rivoluzionaria. Immaginarono di costruire un grande telescopio i cui pezzi potessero essere sostituiti in caso di guasto. Lo strumento avrebbe potuto essere riportato sulla Terra e poi rimesso in orbita in caso di necessità: un privilegio che non era mai stato dato a nessun satellite prima.

Nel 1977 il Congresso approvò il finanziamento per costruire uno dei satelliti più sofisticati mai esistiti.

L’Hubble Space Telescope fu chiamato così in onore all’astronomo Edwin Hubble.

L’astronomo Hubble, scrutando il cielo sul monte Wilson in California nel 1924, scoprì che l’Universo si stava espandendo e che i corpi celesti si allontanavano gli uni dagli altri come eco della primordiale esplosione del Big Bang.

Al termine della sua costruzione, Hubble fu lanciato nello spazio il 24 aprile 1990 a bordo dello Space Shuttle, il sistema di lancio spaziale riutilizzabile per eccellenza.

Il difetto allo specchio di Hubble

Una volta messo in orbita, però, Hubble non restituì immagini perfettamente nitide.

La causa del problema era un difetto di progettazione allo specchio primario, uno dei componenti principali di un telescopio.

Lo specchio non era stato molato perfettamente. La sua curvatura, con un difetto pari allo spessore di un capello, comprometteva l’intera missione. Poiché lo specchio primario non era stato progettato per essere sostituito, gli ingegneri riuscirono a risolvere il problema utilizzando altri specchi (secondari) per ridurre il difetto e con l’applicazione di un’ottica correttiva alla fotocamera.

Intanto la sua “vita”, che si prospettava essere di 15 anni, si è notevolmente espansa.

Le capacità di Hubble sono cresciute enormemente nei suoi oltre 30 anni di attività. Questo perché nuovi strumenti scientifici all’avanguardia sono stati aggiunti al telescopio nel corso di cinque missioni di manutenzione. Gli astronauti hanno manualmente sostituito e aggiornato le parti obsolete aumentando la longevità del telescopio.

Telescopio Hubble
L’astronauta Kathryn Thornton lavora sul telescopio Hubble durante la prima missione di servizio. Credit: Nasa

Gli occhi di Hubble oltre l’atmosfera

Nel 1609 Galileo Galilei puntò una versione perfezionata del cannocchiale verso il cielo.

Annotando minuziosamente le sue osservazioni egli scoprì che intorno al pianeta Giove orbitano quattro Lune, rivoluzionando l’idea di un universo in cui la Terra era l’unica protagonista. Dalle scoperte di Galileo il nostro pianeta non è che un angolo qualsiasi dello spazio da cui osservare il resto dell’universo.

Ma la Terra gode di un’atmosfera. Nonostante essa ci protegga dalle radiazioni e ci permetta di respirare, è comunque una zuppa fluida e caotica di gas e polvere che limitano l’osservazione del cielo. L’atmosfera offusca la luce visibile, facendo scintillare le stelle e rendendo difficile vedere le più deboli; ostacola o addirittura assorbe totalmente alcune lunghezze d’onda della luce, rendendo difficili o praticamente impossibili le osservazioni di intervalli di lunghezze d’onda come infrarossi, ultravioletti, raggi Gamma e raggi X (sono anche queste proprietà che ci proteggono dagli effetti dannosi di questi raggi).

In fine le osservazioni da Terra risentono dell’inquinamento luminoso. Per questo motivo gli  osservatori più grandi in vari continenti sono stati arroccati sulle cime delle montagne e lontani dalle luci della città.

L’effetto ottico disturbante dell’atmosfera è percepibile anche in piccola scala se pensiamo a come appare un’isola o un paese illuminato in lontananza. Nelle giornate più calde, ad esempio, le luci all’orizzonte sembrano scintillare e vibrare. L’effetto scintillante in realtà è dovuto solamente alla presenza di uno strato di aria turbolenta tra noi e la fonte luminosa.

Ed ecco che quasi quattro secoli dopo le osservazioni di Galileo, il lancio del telescopio spaziale Hubble della NASA a bordo dello Space Shuttle Discovery nel 1990 diede inizio ad un’altra rivoluzione: la limpida visione dell’universo.

Telescopio Hubble
La timeline delle scoperte del Telescopio Hubble. Credit: NASA

Le foto e le scoperte del telescopio di Hubble

Ogni telescopio ha una particolare gamma di radiazioni luminose che può rilevare. Il dominio di Hubble si estende dall’ultravioletto attraverso il visibile (che i nostri occhi possono percepire) fino al vicino infrarosso.

Con gli occhi puntati oltre l’atmosfera terrestre Hubble rivela un universo spettacolare e cristallino. Le fotografie delle nebulose prodotte dalle esplosioni di grandi stelle sono tra le sue immagini più affascinanti. Le stelle giunte al termine della loro vita esplodono sparando nello spazio gli atomi degli elementi prodotti durante la fusione nucleare. I residui delle esplosioni di queste supernovae appaiono come un fermo immagine dalle forme sorprendenti.

Ma tra le immagini che ci ha restituito Hubble ci sono anche gli ammassi di stelle nate dallo stesso nucleo di formazione ed innumerevoli quantità di dettagliatissime galassie e pianeti.

Attraverso l’osservazione gli scienziati possono ricostruire l’evoluzione dei corpi celesti. Ad esempio è possibile prevedere l’effetto di una titanica collisione tra due galassie e immaginare cosa accadrà quando, come previsto, la nostra Via Lattea si scontrerà con la vicina galassia di Andromeda.

Celeberrimo è il mosaico di immagini “Hubble Deep Field” (il campo profondo di Hubble). L’immagine immortala una piccola regione della costellazione dell’Orsa Maggiore, appena di 15 minuti d’arco, rivelando un’infinità di galassie, alcune risalenti ad 800 milioni di anni. Queste costituiscono gli oggetti celesti più lontani mai osservati da un telescopio ottico.

Ma forse il più grande merito di Hubble, per noi “terrestri”, riguarda la visione dettagliata che questo ci ha restituito degli altri pianeti del sistema solare. I nostri compagni di rivoluzioni intorno al Sole, in ordine (partendo dal Sole): Mercurio, Venere, Terra, Marte, Giove, Saturno, Urano, Nettuno e Plutone di cui Hubble ci ha rivelato i dettagli. Ma il progetto di questo telescopio orbitante non ha prodotto solo immagini iconiche ma soprattutto rigorose scoperte scientifiche.

Le osservazioni del telescopio Hubble sono anche servite ad ottenere una stima più precisa della velocità di espansione dell’Universo già scoperta dall’astronomo Edwin Hubble. Prima del suo lancio non conoscevamo nessun pianeta extrasolare. Adesso, grazie alla ricerca, non solo sappiamo che ne esistono migliaia, ma Hubble ci ha permesso di scoprire la composizione atmosferica di alcuni di questi. Ad oggi sappiamo che le atmosfere di questi pianeti contengono sodio, ossigeno, carbonio, idrogeno, anidride carbonica, metano e vapore acqueo. Sebbene i pianeti individuati siano troppo caldi per ospitare la vita come la conosciamo, ad oggi l’HST ha dimostrano che le componenti organiche di base per la vita possono essere rilevate e misurate su pianeti in orbita attorno ad altre stelle.

Il telescopio ha effettuato più di 1,5 milioni di osservazioni nel corso della sua vita. Oltre 19.000 articoli scientifici sono stati pubblicati sulle sue scoperte e ogni libro di testo di astronomia attuale include contributi dell’osservatorio. Il telescopio ha tracciato gli oggetti interstellari mentre volavano attraverso il nostro sistema solare. Ha osservato una cometa scontrarsi con Giove e ha scoperto le lune attorno a Plutone. In tutta la Via Lattea ha trovato dischi polverosi e vivai stellari che un giorno potrebbero diventare sistemi planetari.

Ha scrutato nel lontano passato del nostro Universo, in luoghi a più di 13,4 miliardi di anni luce dalla Terra. Nel suo viaggio ha catturato immagini di galassie che si uniscono, svelando i buchi neri super-massicci che si nascondono nelle loro profondità.

Nei suoi oltre 30 anni di attività, Hubble ha fatto osservazioni che hanno affascinato e stimolato l’immaginazione dell’umanità approfondendo la nostra conoscenza del cosmo. Nel corso del suo viaggio continuerà a regalarci immagini per nuove incredibili scoperte.

Telescopio Hubble
La spirale della nebulosa dell’Aquila, la stella variabile V838 Monocerotis, the Hubble deep field, galassia a spirale M51, Saturno e la nebulosa di Orione (M42) fotografate dal telescopio Hubble. Credit Image: NASA, ESA, STScl.

Carolina Ricci

Sitografia:

https://www.nasa.gov/mission_pages/hubble/main/index.html

https://hubblesite.org/resource-gallery/images

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