Hubble: curiosità e successi del telescopio con gli occhiali

Abbiamo messo insieme alcuni degli aspetti più singolari e meno conosciuti che caratterizzano il telescopio spaziale più famoso del mondo.

Hubble: curiosità e successi del telescopio con gli occhiali
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Nel corso degli anni l'umanità è riuscita a raggiungere traguardi incredibili e alcuni di questi sono stati così sensazionali e spettacolari che ancora oggi - nel 2021 - ci chiediamo come siano stati possibili. La risposta è sempre la stessa: dedizione, perseveranza, ingegno. Non è un segreto però che tra le più grandi conquiste dell'uomo vi è sicuramente l'aver solcato, anche se per poco, gli spazi extraterrestri che circondano il nostro pianeta. Tutto questo è stato possibile grazie alle conoscenze dell'umanità.

Se c'è una cosa di cui non possiamo fare a meno è quella quantità impressionante di foto e immagini dell'Universo che ci arrivano costantemente dalle varie agenzie spaziali di tutto il mondo, permettendoci di sognare realtà e mondi alieni di cui, per certo, non faremo mai parte. Tra i più importanti "fabbri di sogni cosmici" è giusto menzionare il Telescopio Spaziale Hubble, uno strumento che dal 1990 rappresenta l'occhio primario che l'umanità utilizza per scrutare l'Universo (ma non l'unico).
Di lui sentiamo parlare spessissimo, eppure non tutti conosco gli aspetti più singolari della sua missione: sapevate, per esempio, che il Telescopio Hubble ha problemi alla vista e "porta gli occhiali"? No, non vi stiamo prendendo in giro! Proseguiamo insieme la (ri)scoperta di questo fantastico strumento, e tutto sarà svelato.

Dove tutto è iniziato

L'idea di un telescopio immesso nello spazio, capace di osservare le profondità dell'universo senza alcun tipo di interferenza atmosferica, non è nata con Hubble. Già negli anni '50 e '60 si sentiva la necessità di potenziare le capacità di acquisizione dati della radiazione proveniente dal cosmo: i telescopi sulla Terra sempre più grandi iniziavano a risentire troppo dei problemi quali il "seeing atmosferico", l'inquinamento, e simili. Il primo osservatorio che è riuscito a immettersi con successo in orbita terrestre risale addirittura al 1968, un anno prima dello sbarco sulla Luna dell'Apollo 11.
Molti strumenti sono stati lanciati negli anni - ognuno con la capacità di lavorare in una determinata frequenza dello spettro elettromagnetico - ma nessuno ha equiparato la "fama" e i successi ottenuti dal Telescopio Spaziale Hubble, il quale fu lanciato alla fine del millennio scorso, nel 1990.

Se per esempio citassimo l'Orbiting Astronomical Observatory 2 (OAO-2, soprannominato "Stargazer") solo gli addetti ai lavori o i più incalliti appassionati potrebbero sapere a cosa ci riferiamo, lo stesso se citassimo l'Hipparcos o il più recente Telescopio Spaziale Kepler. Il segreto di Hubble non sta solo nella sue eccezionali qualità e strumentazioni, ma anche (e soprattutto) nella possibilità di variare con semplicità il tipo di oggetto studiato, cioè non si focalizza su esclusivi corpi celesti (il Kepler, ad esempio, era dedito alla scoperta dei pianeti extrasolari in una determinata porzione di Via Lattea).

I numeri che non ti aspetti

Il Telescopio Spaziale Hubble è ad oggi un detentore di record incredibili: i suoi dati sono stati utilizzati dagli astronomi in circa 18.000 articoli scientifici, rendendolo uno degli strumenti spaziali più produttivi mai costruiti. Quei documenti, inoltre, sono stati citati in altri documenti oltre 900.000 volte... e questo in un arco di 31 anni.
Ma Hubble nasconde anche altre migliaia di curiosità di cui poco si parla e che secondo noi meritano attenzione, in quanto sono anche facilmente comprensibili, e possono svelare di più su quanta incredibile ingegneria ci sia dietro strumentazioni come questa. Eccovi un paio di esempi:

• Secondo le stime fornite dalla NASA, Hubble genera ogni settimana circa 150 GB di dati grezzi che poi vengono elaborati sulla Terra e inviati attraverso il "NASA Space Network";

• Hubble ha effettuato più di 1.4 milioni di osservazioni dall'inizio della sua carriera, e non accenna a volersi fermare;

• Hubble compie in continuazione diverse orbite della Terra ad una velocità relativa di circa 27.000km/h (molto simile alla velocità della Stazione Spaziale Internazionale), ad una quota di circa 547km. Il telescopio in totale ha percorso più di 6 miliardi di km da quando è in attività (la stessa distanza alla quale fu scattata la foto "Pale Blue Dot" dalla sonda Voyager 1);

Hubble è sprovvisto di propulsori o motori, eppure è capace di cambiare la sua angolazione a seconda delle necessità. Questo avviene grazie alla semplice Terza legge di Newton ("ad ogni azione corrisponde una reazione uguale e contraria"). Hubble utilizza questo principio mediante quattro ruote di reazione, grandi e massicce che girano sotto il controllo del computer di bordo. Se una ruota gira in senso orario, Hubble si inclina in senso antiorario e così via.

• La precisione del puntamento è garantita da sensori magnetici e giroscopi, che rilevano il campo magnetico solare e "istruiscono" il telescopio sul suo giusto orientamento. In questo modo, senza usare alcun tipo di propellente, Hubble possiede una precisione di puntamento di 0,007 secondi d'arco, che è circa la larghezza di un capello umano visto ad una distanza di un 1.6 km.

I problemi alla vista

Sebbene questi numeri facciano apparire Hubble uno strumento perfetto sotto tutti gli aspetti, in realtà va reso noto che il Telescopio è nato "menomato", e in maniera anche piuttosto seria. Per fare un paragone immediato potremmo dire che "Hubble porta gli occhiali" (o il monocolo, visto che è un ciclope): poco dopo il lancio nel 1990, gli operatori scoprirono che lo specchio primario dell'osservatorio forniva una minore pulizia d'immagine di quanto preventivato mediante le simulazioni, quindi si aprì un'indagine per scoprire cosa non andava. Si scoprì che lo specchio soffriva di una fastidiosa aberrazione sferica, la quale influiva pesantemente sulla chiarezza delle immagini.

Dopo una lunga indagine degli ingegneri si appurò che il problema era riconducibile ad apparecchiature calibrate male durante la fabbricazione dello specchio, il quale mostrava un dislivello di 2.2 micrometri tra il centro e i bordi (equiparabile ad un dodicesimo del diametro di un capello umano). Tuttavia, sebbene Hubble fosse facilmente raggiungibile dalle missioni Shuttle, sostituire le componenti era troppo rischioso (e dispendioso), quindi si scelse di costruire e montare degli strumenti adattivi, capaci di annullare la "deviazione" dello specchio... dei veri e propri occhiali.

Le ottiche correttive e i nuovi strumenti furono installati su Hubble dagli astronauti che presero parte alla missione STS-61, nel 1993. L'immagine della galassia M100 (o NGC4321) che vi abbiamo riportato poco più sopra parla da sé: a sinistra vediamo la foto acquisita dalla fotocamera WFPC-1 prima della correzione, a destra invece lo stesso oggetto celeste ma catturato dalla WFPC-2 installata durante la missione di manutenzione, dimostrando che l'ottica correttiva ha compensato completamente gli errori nello specchio primario di Hubble.

Il tempo scorre e l'Universo è maligno

I più grandi capolavori possono nascere da piccoli inconvenienti, e il nostro telescopio spaziale preferito ne è sicuramente un esempio lampante. Ma lo Spazio è un luogo insidioso, nonostante sia "vuoto"... mille pericoli sono dietro l'angolo e, si sa, nulla dura per sempre. Hubble in questi tanti anni di attività ha rischiato più volte la vita, soprattutto a causa di copiosi frammenti di pulviscolo, micro-asteroidi e frammenti che viaggiano a velocità folli intorno al nostro pianeta (sicuro starete pensando alla scena del film "Gravity" in cui Hubble viene fatto a pezzi da uno sciame di frammenti ma tranquilli, nulla del genere potrà mai accadere). È però vero che il Telescopio viene colpito ogni tanto da detriti spaziali, ma fin ad ora nessun danno grave è mai stato riscontrato.

Gli ingegneri NASA hanno avuto una prova tangibile dei suoi sfortunati incontri quando - grazie alle missioni di manutenzione - i pannelli solari di cui è dotato sono stati sostituiti più volte e puntualmente sono stati riportati sulla Terra per analisi.
Un attento esame di questi ha mostrato molte piccole crepe e scheggiature sulla superficie, causate principalmente da minuscole particelle che hanno colpito Hubble. Tutt'oggi sul Telescopio spaziale c'è anche un piccolo foro (circa un centimetro di diametro) su una delle antenne paraboliche ad alto guadagno (nominate HGAs), causato da un oggetto sconosciuto.

Tra i pericoli dell'Universo, esiste qualcosa di ancor più insidioso e onnipresente dei "banali" detriti e sono le radiazioni. Hubble non è situato nello spazio profondo, quindi risente ancora di una debole difesa dai raggi dannosi del Sole grazie al campo magnetico terrestre, ma non ne è schermato completamente.
Il telescopio subisce una costante degradazione da parte della radiazioni. Per fortuna, le missioni di manutenzione di cui abbiamo parlato spesso hanno reso possibile mitigare i danni collaterali, sostituendo nel corso del tempo gli strumenti più degradati.

I grandi successi e le foto "Hubble Deep Fields"

Tra le tante conquiste e immagini impressionanti che Hubble ci ha regalato, di certo non si potranno mai dimenticare le cosiddette "Hubble Deep Fields", foto di spettacolare bellezza in cui migliaia di galassie spuntano in ogni singolo pixel del fotogramma. Queste particolari immagini sono state acquisite con una tecnica molto simile alla "lunga esposizione" che utilizzano i fotografi e i fotoamatori: mentre con le nostre macchine fotografiche siamo ad oggi in grado di esporre per periodi lunghi anche di ore (sempre se avete voglia di far morire il povero sensore della vostra camera/reflex), Hubble ha acquisito le HDF con esposizioni lunghe settimane, catturate a più riprese e poi fuse insieme.

Per esempio, tra il 18 e il 28 dicembre 1995 - periodo durante il quale Hubble ha compiuto circa 150 orbite intorno alla Terra - sono state scattate 342 immagini dell'area selezionata. Utilizzando anche diversi filtri, i tempi di esposizione per ciascuna lunghezza d'onda sono stati 42.7 ore (a 300 nm), 33.5 ore (a 450 nm), 30.3 ore (a 606 nm) e 34.3 ore (a 814 nm).

Verso l'infinito, e oltre!

Nonostante Hubble sia ancora in buona salute (escludendo i piccoli spaventi che ci fa prendere ogni tanto), anche lui prima o poi dovrà andare in pensione: si stima che il Telescopio possa ancora operare per diversi anni, ma la sua orbita non viene più corretta dal 2009 e potrebbe incontrare dei seri problemi dopo il 2030, anno in cui la NASA e l'ESA potrebbero anche decidere di farlo deorbitare in maniera controllata. Abbiamo detto prima però che Hubble è privo di qualsiasi motore o propulsore, quindi non è possibile "controllarlo", almeno non direttamente.

Per fortuna, gli ingegneri aerospaziali sono previdenti (e sapevano che il programma Shuttle stava volgendo al termine) quindi, sempre nel 2009, le agenzie spaziali decisero di montare su Hubble un piccolo blocco, denominato "Soft Capture and Rendezvous System" (SCM), il quale permette a navette di futura generazione (magari anche la Starship di Elon Musk?) di poter portare Hubble ad un rientro controllato in atmosfera.
L'osservatorio spaziale è troppo grande per poterlo lasciare libero di bruciare, e pezzi pericolosi rischierebbero di cadere sulla superficie. Per ora - lo ribadiamo - non ci sono piani per come e quando mettere fine al servizio di Hubble, e tutto sommato a noi sta bene così: potremo godere ancora di immagini e foto meravigliose senza rimorsi e malinconia.

Nel frattempo, la NASA non sta con le mani in mano, e si prepara a lanciare un nuovissimo e potente "fratellastro" di Hubble, nominato James Webb Telescope: quest'ultimo avrà caratteristiche totalmente diverse e ve ne abbiamo parlato approfonditamente in passato. Non potrà essere considerato un vero sostituto, quindi si può affermare che il Telescopio Spaziale Hubble sarà un osservatorio che durerà per sempre, e il suo lascito non verrà mai dimenticato né rimpiazzato.