Hubble festeggia i 25 anni in orbita

Dopo la scoperta, una volta nello spazio, che i suoi specchi erano male allineati e la serie di riparazioni compiute dagli astronauti le sue vicissitudini sono state un risorgere dalla polvere fino alle vette del successo scientifico. Ma, come un gatto con nove vite, Hubble era sopravvissuto anche ad un'esperienza di quasi-morte quando l'ultima missione finale di manutenzione, che avrebbe dovuto sostituire i giroscopi guasti ed altri componenti, era stata cancellata a causa del disastro del Columbia nel 2003 per questioni di sicurezza degli astronauti.
Ma infine, dopo che la NASA aveva sviluppato delle tecniche di riparazione orbitali dello scudo termico delle navette, la missione era infine stata approvata nuovamente e si era svolta nel 2009. In quell'occasione due strumenti erano stati installati, due riparati e giroscopi e batterie sostituiti, un nuovo computer dati era stato aggiunto e i sensori per la guida fine cambiati.

Fin da allora uno dei giroscopi si è guastato ma solo tre sono necessari per le normali operazioni e il software è stato aggiornato in modo da permettere di proseguire le operazioni scientifiche anche con uno solo, se necessario. Con i suoi strumenti e altri sottosistemi in buone condizioni gli ingegneri sono ottimisti che Hubble possa rimanere scientificamente rilevante almeno fino al 2020, se non di più.

Celebrando il 25esimo anniversario del lancio di Hubble - e guardando con fiducia verso il 30esimo - anche gli astronomi che hanno lavorato con l'osservatorio ogni giorno trovano difficile credere ad una saga del genere.

"Questa parte della storia di Hubble, " dice jason S. Kalirai, un astronomo dello Space Telescope Science Institute presso la John Hopkins University di Baltimora. "E' stato un programma gigantesco, poi è diventato un disastro e quando gli astronauti, questi eroi, hanno rischiato le loro vite per aggiustarlo, lo hanno trasformato in un'enorme successo. Nessun sceneggiatore cinematografico avrebbe potuto scrivere qualcosa migliore di questo, giusto? Non ci sarebbe potuto essere un film migliore di questo. E' stato grande."

Il decollo della navetta Discovery il 24 aprile 1990.
Credit: NASA

La NASA spera di poter lanciare il successore di Hubble, il più grande e ottimizzato per l'infrarosso James Webb Space Telescope ( JWST) verso la fine del 2018.

Gli astronomi vorrebbero poter utilizzare i due telescopi assieme, per quanto Hubble potrà essere in grado di farlo, per studiare l'Universo attraverso una larga banda di lunghezze d'onda, dal vicino ultravioletto fino al visibile e l'infrarosso, per poter studiare approfonditamente il ciclo vitale delle stelle e l'evoluzione dell'Universo.
Ma JWST, uno dei più complessi veicoli spaziali mai progettati, non è ancora in orbita e nessuno conosce quali sfide potrebbe dover affrontare e quanto successo potrà avere. Nel breve termine Hubble rimane l'osservatorio spaziale principale al mondo.

Riguardano indietro a questo quarto di secolo di osservazioni, gran parte degli astronomi potrebbero trovarsi d'accordo nel giudicare HST come il veicolo spaziale più produttivo dal punto di vista scientifico mai lanciato, una macchina che ha compiuto scoperte ineguagliabili e che è diventata un'icona della grande scienza e dell'America.
Le sue osservazioni hanno spaziato in tutti i campi che possono aver permesso agli astronomi di rispondere a molte domande sulla nascita, evoluzione e destino del cosmo.
Grazie alla sua posizione in alto sopra la Terra e fuori dall'atmosfera il telescopio spaziale Hubble ha stimato l'età dell'Universo - 13,8 miliardi di anni - e aiutato nella conferma dell'esistenza dell'energia oscura, la misteriosa forza che accelera l'espansione del cosmo.
Inoltre Hubble ha confermato l'esistenza dei buchi neri super-massicci che si trovano nel cuore di gran parte, se non di tutte, le galassie più mature. In questi anni Hubble ha fornito immagini di prima classe dei pianeti del Sistema Solare, dando agli astronomi un posto in prima fila per eventi inaspettati come lo spettacolare scontro della cometa Shoemaker-Levy 9 con Giove nel 1994, le tempeste di polvere su Marte e le brillanti aurore polari su Giove e Saturno.
Ha inoltre scoperto quattro delle cinque lune di Plutone ed è stato in grado di scovare i piccoli corpi nella remota Fascia di Kuiper, i candidati per un'esame ravvicinato fra qualche anno da parte della sonda New Horizons della NASA.

L'immagine dell'ammasso di galassie SDSS J1038+4849 ripreso con gli strumenti di Hubble.
Credit: NASA/ESA

Hubble ha eseguito delle scoperte che nessuno si sarebbe atteso quando venne lanciato, prendendo immagini di un pianeta in orbita attorno ad un'altra stella e misurando spettroscopicamente i suoi maggiori costituenti della sua atmosfera.

Venticinque anni dopo il lancio, lo Space Telescope Science Institute riceva ancora da sei a sette volte il numero di proposte di osservazioni che possono essere esaudite.

L'idea di un telescopio spaziale risale agli anni '20 del secolo scorso quando uno scienziato tedesco scrisse per primo dei vantaggi che avrebbe avuto un telescopio piazzato sopra l'atmosfera terrestre. L'astrofisico americano Lyman Spitzer propose un telescopio spaziale in un articolo del 1946 intitolato 'Vantaggi astronomici di un osservatorio extra-terrestre'.

Nel 1969, la National Academy of Science raccomandò la costruzione di un telescopio spaziale con uno specchio di 3 metri. La NASA propose il progetto al Congresso nel 1971 ma il costo previsto di allora - 500 milioni di dollari - fece balzare sulle sedie i deputati. Dopo ulteriori spinte della NASA e di astronomi famosi, venne presa la decisione di ridurre lo specchio principale a 2,4 metri e, con la partecipazione dell'Agenzia Spaziale Europea, il Congresso approvò il progetto Large Space Telscope nel 1977.

La Lockheed Missiles and Space Co. vinse il contratto per costruire il veicolo spaziale mentre la Perkin-Elmer Corp, che aveva esperienza nella costruzione di sistemi ottici per i satelliti spia, venne incaricata di fabbricare lo specchio primario del telescopio.
Lo specchio venne completato nel 1981, due anni prima del lancio previsto per il 1983. Ma la NASA e le compagnie coinvolte incontrarono problemi nel completare il telescopio e il lancio slittò fino all'ottobre 1986.
Ma così non andò.

Il 28 gennaio 1986, lo Space Shuttle Challenger venne distrutto al lancio e la flotta di navette della NASA venne bloccata per la lunga indagine e le azioni correttive per migliorare la sicurezza dei voli. La ripresa delle missioni avvenne nel 1988 e ci vollero altri due anni prima che Hubble, ora valutato circa 1,8 miliardi di dollari, potesse tornare nella lista di lanci della NASA.
Infine, con grandi fanfare ed aspettative stratosferiche, Hubble venne lanciato dallo shuttle Discovery il 24 aprile 1990. Fra l'equipaggio di quella missione il pilota era Charles Bolden, ora Amministratore NASA e Kathryn Sullivan, l'attuale capo della NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration).

Come pilota Bolden era responsabile della supervisione del rilascio di Hubble. Sullivan e il veterano spacewalker Bruce McCandless erano pronti per eseguire una passeggiata spaziale di emergenza se qualcosa fosse andato storto. L'astronauta Steven Hawley comandava il braccio robotico della navetta per il rilascio. Il Comandante di quella missione era Loren Shriver.
E qui arriviamo al prossimo capitolo del dramma spaziale di Hubble, uno dei due pannelli solari del telescopio rifiutava di aprirsi regolarmente dopo che Hawley, operando al braccio robotico aveva portato l'osservatorio fuori dal vano di carico della navetta.

Nel frattempo, lo space shuttle era in volo libero, "che significa che nessun propulsore poteva essere acceso," ricorda Bolden. "In questo modo il veicolo era inerte nello spazio e i ragazzi al controllo missione responsabili dell'assetto e dell'energia cominciarono a preoccuparsi che le batterie del telescopio si potessero esaurire."

"Assieme a Bruce e Kathy scendemmo di sotto (nel ponte inferiore della navetta), li aiutai a indossare le tute spaziali (per una passeggiata spaziale di emergenza), li feci entrare nella camera di decompressione e cominciai a de-pressurizzare. La camera era completamente de-pressurizzata e penso fossimo a soli cinque minuti dall'apertura del portello esterno."

Ma in quel lasso di tempo, gli ingegneri al suolo finalmente trovarono una soluzione. Vennero inviati dei comandi al telescopio, rilasciati i limiti dello strumento del meccanismo di rilascio del pannello, e questo si aprì regolarmente.

"Delle cinque persone a bordo quel giorno, le due che avevano lavorato per oltre cinque anni per questo momento erano le uniche due che non poterono vederlo," ride la Sullivan. "Così io e Bruce abbiamo visto il rilascio di Hubble in video, come il resto di tutti voi."

Il Discovery rientrò sulla Terra quattro giorni dopo lasciando Hubble, presumibilmente in ottime condizioni, in orbita. Circa un mese dopo gli ingegneri presero la loro prima foto, una 'prima luce' che mostrava un ammasso stellare conosciuto cone NGC 3532. L'immagine era più nitida di quelle prese dai telescopi al suolo e gli astronomi si dissero soddisfatti dei risultati iniziali.
Ma non per molto.

L'immagine della galassia M100, prima e dopo la correzione del difetto ottico.
Credit: NASA

Gli sforzi successivi per mettere meglio a fuoco il sistema ottico di Hubble, comandando leggeri spostamenti dello specchio secondario del telescopio, non miglioravano significativamente il dettaglio dell'immagine. Dopo una lunga serie di test, gli ingegneri scoprirono che lo specchio primario di 2,40 metri era stato realizzato con la forma sbagliata, un difetto fondamentale difficile da immaginare, che qualcuno non aveva notato a terra prima del lancio.

Nel giro di una notte Hubble, il più conosciuto telescopio mai costruito, divenne oggetto di scherno nei programmi televisivi di seconda serata. Fu uno dei momenti più bui della NASA, con i critici che citavano il fallimento di Hubble come la prova che l'agenzia spaziale non aveva più la 'stoffa giusta' necessaria per costruire la Stazione Spaziale Internazionale (ISS).

Non c'era modo di aggiustare lo specchio di Hubble in orbita. Ma applicando la genialità dimostrata con Apollo 13 gli ingegneri scoprirono che il difetto dello specchio, realizzato con così tanta precisione, offriva una possibile soluzione. Proprio conoscendo perfettamente il difetto, gli ottici capirono che il problema poteva essere corretto installando piccoli specchi, come degli occhiali correttivi, negli strumenti del telescopio.

La NASA aveva già costruito una copia di riserva della fotocamera Wide Field/Planetary e specchi delle misura giusta vennero inseriti all'interno dello strumento permettendo alla luce delle stelle di tornare a fuoco. Per correggere il fascio di luce che andava agli altri strumenti i responsabili della NASA optarono per la sostituzione uno strumento, il fotometro ad alta velocità, con un complesso strumento chiamato COSTAR cher era fornito di specchi correttivi multipli e bracci motorizzati.
Finalmente, nel dicembre 1993, la navetta Endeavour ( STS-61) decollò, eseguì il rendezvous con Hubble e il telescopio venne portato nella stiva di carico della navetta per la manutenzione. Thornton e tre altri astronauti installarono COSTAR e la Wide Field and Planetary Camera 2, assieme ad una nuova serie di pannelli solari e giroscopi.

Entro poche settimane le prime spettacolari immagini scaricato fornirono la prova che la visione di Hubble era stata ripristinata e, per coincidenza cosmica, la cometa Shoemaker-Levy 9 si schiantò su Giove il luglio seguente, con il risultato di spettacolari e grandemente pubblicizzate immagini che non lasciarono più dubbi sulle condizioni di Hubble.

Nelle settimane e mesi che seguirono, il telescopio, all'inizio ridicolizzato divenne uno degli osservatori più scientificamente produttivi con una serie di scoperte e un flusso di immagini spettacolari.

"Queste immagini sono diventate parte della nostra cultura e dei libri di testo, riviste, arte e anche programmi televisivi e cinema," disse Ed Weiler, ex-scienziato del programma Hubble, prima dell'ultima visita ad Hubble nel 2009. "Anche se probabilmente non saremo mai in grado di visitare questi luoghi o oggetti, Hubble permette in realtà alle nostre menti umane e spiriti per viaggiare anni luce e anche miliardi di anni luce fino agli estremi confini del cosmo."

Il segreto del successo di Hubble fu l'abilità della NASA di lanciare le missioni di manutenzione per sostituire i componenti obsoleti o malfunzionanti, riparare i sistemi che non potevano essere sostituiti e installare strumenti allo stato dell'arte mantendo così l'osservatorio in prima fila nell'astronomia.

Quattro anni dopo che Hubble era stato dotato di ottiche correttive, gli astronauti della seconda missione di manutenzione ( STS-82) installarono due nuovi strumenti - Space Telescope Imaging Spectrograph e il Near Infrared Camera and Multi-Object Spectrometer, o NICMOS - sostituirono un sensore per la guida di precisione, un giroscopio ed installarono un registratore dati a stato-solido.

Dopo che una serie di giroscopi si guastò alla fine degli anni '90, i responsabili della NASA decisero di separare la terza missione di manutenzione in due voli shuttle diversi.

Durante la Servicing Mission 3A, lanciata nel dicembre 1999 ( STS-103), gli astronauti, durante le passeggiate spaziali, installarono un nuovo computer di volo, un secondo registratore dati a stato-solido, un altro sensore di guida fine e una serie completa di sei giroscopi. Durante la Servicing Mission 3B, lanciata nel marzo 2002 ( STS-109), un altro equipaggio shuttle installò due nuovi pannelli solari, l'Advanced Camera for Surveys, un sistema sperimentale di raffreddamento per la NICMOS e sostituì l'unità di controllo elettrico.

L'astronauta Grunsfeld, agganciato alla parte terminale del braccio robotico, durante l'ultima visita a Hubble nel 2009.
Credit: NASA

Un'ultima visita shuttle era programmata per il 2005 o giù di li. Ma il 1° febbraio 2003, la navetta Columbia si disintegrava durante il rientro e, il gennaio seguente, l'Amministratore NASA Sean O'Keefe, citando problemi per la sicurezza dell'equipaggio, cancellò la Servicing Mission 4. Dato che Hubble e la Stazione Spaziale Internazionale (ISS) si trovano su orbite differenti, l'equipaggio di riparazione ad Hubble non avrebbe potuto raggiungere il rifugio sicuro a bordo del complesso orbitale se la loro navetta avesse subito un problema del tipo occorso al Columbia.
Ma la NASA sviluppò delle tecniche di riparazione dello scudo termico e il successore di O'Keefe, Michael Griffin, ripristinò la quinta missione di manutenzione dopo aver escogitato un piano per tenere pronto uno shuttle per un volo di recupero di emergenza se si fosse reso necessario.

Durante la visita finale del 2009 (STS-125) quattro spacewalker hanno lavorato in squadre di due installando sei nuovi giroscopi, un set completo di sei batterie al nickel-idrogeno, un nuovo computer dati e due nuovi strumenti, la Wide Field Camera 3 (costo 126 milioni di dollari) e Cosmic Origins Spectrograph (costo 81 milioni di dollari).

Un sensore di guida fine è stato installato assieme a nuove coperture isolanti e un punto di aggancio che permetterà l'installazione di un motore a razzo in modo da controllare il rientro quando il calo dell'orbita di Hubble raggiungerà il punto di non ritorno.

John M. Grunsfeld, che ha volato nelle ultime tre missioni di manutenzione ed ora è direttore delle Scienze Spaziali in NASA, e i suoi compagni ripararono inoltre due strumenti, lo Space Telescope Imaging Spectrograph, che aveva avuto un guasto all'alimentazione nel 2004, e l'Advanced Camera for Surveys, che aveva subito un malfunzionamento nel 2007. Nessuno dei due strumenti era progettato per essere riparato nello spazio.

"Quello che abbiamo fatto in quella ultima missione era davvero difficile, e c'era un sacco di gente che ha detto che avevamo fatto il passo più lungo, che quello che stavamo cercando di fare con la riparazione degli strumenti, le piccole viti, tirare fuori le schede dei circuiti non avrebbe avuto successo e che avremmo finito con un Hubble degradato o avremmo rischiato vite umane per nulla," ha detto Grunsfeld. "E invece c'è l'abbiamo fatta, abbiamo raggiunto tutti gli obiettivi in quella missione e anche un pò di più."

"E penso che sia questo spirito, dove c'è un pò di sfida alle alte prestazioni per una buona causa che permette alle persone di lavorare a un livello molto più alto di quanto non potrebbe mai. E se potessimo sfruttare questo tipo di energia che è stata messa in Hubble per la ricerca energetica sulla Terra, i problemi della società che la tecnologia può affrontare, se abbiamo avuto quel tipo di intensità ... penso che potremmo fare quasi tutto."

Grunsfeld è stato l'ultimo uomo a toccare il telescopio spaziale Hubble. Facendo il suo ritorno alla camera di equilibrio shuttle dopo passeggiata spaziale finale dell'equipaggio, Grunsfeld, che ha conseguito un Ph.D. in astronomia, gli ha dato il suo ultimo saluto.

"Ero molto incerto di come mi sarei sentito personalmente, emotivamente, tornando nella camera di equilibrio e sapendo che non avrei mai più rivisto Hubble," ha detto. "Mi sarei aspettato di essere triste."
"Ma alla fine, io mi sentivo emozionato, perché avevamo ottenuto tutto e lasciato Hubble nella migliore forma possibile. Mi sono sentito veramente come aver dato qualcosa a un mio amico sapendo che gli sarebbe piaciuto. E noi tutti ci sentivamo in questo modo. E 'stata una festa."

Con pò di fortuna, la festa - e le scoperte - continueranno anche negli anni a venire.
La NASA, per celebrare degnamente l'anniversario di Hubble, ha programmato una serie di eventi. La lista sul sito NASA linkato al termine dell'articolo.