Hubble, storia di un occhio spalancato sul cosmo

Ventisei anni fa, il 24 aprile 1990 il telescopio spaziale più longevo di sempre sfrecciava verso l'orbita terrestre. La sua incredibile storia, tra idee visionarie, intoppi, riparazioni spettacolari e importanti scoperte scientifiche.

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Hubble visto dallo Space Shuttle Discovery durante la seconda missione di servizio.|Nasa/Esa

Ha immortalato galassie neonate e stelle al collasso, studiato pianeti vicini e sistemi solari remoti; ha contribuito alla scoperta dell'energia oscura e rivelato la vera età dell'Universo.

 

Dopo 1,2 milioni di osservazioni e oltre 4,8 miliardi di chilometri percorsi in orbita, l'Hubble Space Telescope festeggia 26 anni di servizio. Un quarto di secolo costellato di successi, ma anche di polemiche, riparazioni e ostacoli superati. Ripercorriamo insieme la storia di quella che molti considerano la missione di maggiore successo dell'Agenzia Spaziale americana (e di quella europea).

 

Perché un telescopio spaziale? Il lancio di Hubble nell'orbita terrestre, il 24 aprile 1990, fu salutato come la soluzione a un problema che da sempre affliggeva gli astronomi: quello della distorsione atmosferica, l'interferenza delle turbolenze dell'atmosfera terrestre che disturba la visuale degli osservatori terrestri (lo stesso motivo per cui, quando guardiamo le stelle da Terra, ci sembrano pulsare).

 

Il lancio di Hubble il 24 aprile 1990. | Nasa

vedere l'invisibile. I moderni telescopi terrestri hanno superato il problema grazie a specchi adattivi che, grazie a una deformazione controllata, compensano le turbolenze atmosferiche, restituendo un'immagine nitida di fonti luminose distanti.

 

Ma non c'è modo, per gli osservatori "bloccati" sul nostro pianeta, di indagare nelle lunghezze d'onda - come ultravioletti, raggi gamma e raggi X - bloccate o assorbite dall'atmosfera.

 

La soluzione più efficace è andare oltre questa barriera.

O meglio, spedire un telescopio spaziale a 569 km dalla superficie terrestre.

Hubble ha una accuratezza di puntamento tale che riuscirebbe a colpire con un laser una monetina a 320 km di distanza

Un lampo di genio. Il primo a concepire l'idea di un telescopio che potesse guardare al di là dell'atmosfera terrestre fu, nel 1923, il fisico tedesco Hermann Oberth, che suggerì di spedire un osservatorio in orbita sfruttando i razzi. A raccogliere e sviluppare l'idea, nel 1946, fu l'astrofisico americano Lyman Spitzer, il primo a proporre la costruzione di un simile telescopio in un articolo scientifico. Spitzer avrebbe trascorso i successivi 50 anni della sua vita a lavorare perché il progetto si avverasse.

 

Una partnership di successo. La dedizione e l'esperienza di Spitzer portarono la Nasa ad approvare il progetto del Large Space Telescope (questo il nome originario del telescopio) nel 1969, l'anno dell'allunaggio. Nel 1974 fu suggerita l'idea di un osservatorio costituito di pezzi intercambiabili da trasportare in orbita con gli Space Shuttle. Nel 1975, l'Agenzia Spaziale Europea affiancò la Nasa accollandosi il 15% dell'oneroso progetto (oltre un miliardo di dollari all'epoca), e aggiudicandosi in cambio almeno il 15% del tempo di ricerca.

 

Da sogno a realtà. Dopo il benestare del Congresso allo stanziamento dei fondi, nel 1977, presero avvio i lavori di costruzione dello specchio principale del telescopio, di 2,4 metri di diametro. Contemporaneamente iniziò l'addestramento di astronauti in vista delle missioni di riparazione del telescopio, lungo 13,3 metri (come un grosso autobus) e pesante (a terra), poco più di 12 tonnellate, quanto due elefanti africani.

 

Tecnici al lavoro allo specchio principale di Hubble, nel 1984. | Esa

 

Uno stop improvviso. Le operazioni dello Space Telescope Science Institute (STScI) trovarono un quartier generale nel campus della John Hopkins University a Baltimora (USA) e il telescopio fu ribattezzato Hubble Space Telescope in onore di Edwin Powell Hubble, l'astronomo statunitense che postulò l'omonima legge e getto le basi per la formulazione della teoria del Big Bang. Tutto sembrava procedere a gonfie vele. Nel 1985 il telescopio era pronto, ma il disastro dello Shuttle Challenger, esploso in volo a un minuto dalla partenza il 28 gennaio 1986, impose una brusca battuta d'arresto.

 

Houston, abbiamo un problema. Il lancio fu posticipato di un paio d'anni finché, il 24 aprile 1990, Hubble non raggiunse finalmente l'orbita terrestre a bordo di uno Shuttle Discovery. I tecnici della Nasa invitarono la comunità scientifica ad ammirare le foto scattate dal telescopio, ma dalle prime immagini sgranate del 25 giugno 1990 fu subito chiaro che qualcosa non andava.

 

Un'immagine sfocata della stella Melnick 34, prima della riparazione dello specchio principale di Hubble. | NASA, ESA and the COSTAR Team

 

Certo, le immagini di Hubble erano più chiare di quelle catturate dai telescopi terrestri, ma insolitamente sfocate (soprattutto per un progetto faraonico che era costato tempo, fatica e denaro, tanto denaro). Le prime verifiche rivelarono che lo specchio primario di Hubble era stato levigato eccessivamente e risultava appiattito di 2 millesimi di millimetro di troppo. Più o meno un cinquantesimo dello spessore di un foglio di carta, ma abbastanza per far rimbalzare la luce incidente leggermente fuori fuoco.

 

Astronauti installano il sistema di ottiche correttive COSTAR, nel dicembre 1993. | Nasa/Esa

Meccanici spaziali. La soluzione, COSTAR (Corrective Optics Space Telescope Axial Replacement), ossia una serie di piccoli specchi correttivi usati per intercettare la luce riflessa dallo specchio e correggere il difetto, si tradusse in una delle più complicate missioni spaziali di riparazione mai tentate fino a quel momento.

 

In cinque giorni di passeggiate spaziali compiute dal 2 al 9 dicembre 1993, 7 astronauti addestrati appositamente per 11 mesi ripararono il guasto. Fu un successo: il 13 gennaio 1994, Hubble pubblicò le prime immagini ottenute dopo la riparazione. Foto bellissime e incredibilmente nitide (le vedete qui sotto). Una promessa finalmente mantenuta.

 

La Galassia M100 fotografata prima e dopo la riparazione del 1993. | Nasa

 

Come funziona. Ogni 97 minuti, Hubble completa un'orbita intorno alla Terra, muovendosi a una velocità di circa 8 chilometri al secondo (sufficiente ad attraversare gli Stati Uniti da parte a parte in 10 minuti).

 

Durante questo incessante viaggiare, la luce colpisce lo specchio primario (2,4 m); da qui viene riflessa su uno specchio secondario, nella parte anteriore del cilindro metallico che costituisce il telescopio, e rispedita indietro attraverso un foro nello specchio primario che la indirizza ai vari strumenti scientifici. Fotocamere e sensori analizzano la luce nelle sue varie componenti e lunghezze d'onda, e un'antenna trasmette i dati a Terra.

 

Uno schema (in inglese) del funzionamento di Hubble: sono riconoscibili lo specchio primario e secondario, e gli strumenti scientifici. | Esa

 

Postazione privilegiata. I telescopi non lavorano ingrandendo gli oggetti che osservano, ma raccogliendo molta più luce di quella che può raccogliere l'occhio umano. Più grande è lo specchio primario, maggiore sarà la quantità di luce raccolta; lo specchio di Hubble può apparire piccolo rispetto ai 10 metri di diametro raggiunti da qualche osservatorio terrestre. Ma la sua posizione esterna all'atmosfera ne fa il più fedele scrutatore di stelle e pianeti.

 

A ciascuno il suo compito. I vari strumenti di Hubble (Wide Field Camera 3; Cosmic Origins Spectrograph; Advanced Camera for Surveys ; Space Telescope Imaging Spectrograph e Near Infrared Camera and Multi-Object Spectrometer) sono specializzati nell'analisi dei diversi tipi di radiazione luminosa. Un insieme di sensori monitora le "stelle guida" e mantiene Hubble correttamente allineato ai suoi obiettivi. Mentre due enormi pannelli fotovoltaici garantiscono tutta l'energia necessaria.

 

Astronauti al lavoro durante una delle missioni di manutenzione di Hubble. | Nasa

 

Futuro incerto. Dopo la défaillance iniziale Hubble ha subito altre manutenzioni periodiche, l'ultima delle quali nel 2009. Ma la tragedia dello Shuttle Columbia, disintegratosi al rientro in atmosfera il 1 febbraio 2003, ha segnato la fine del programma Shuttle (decretando, di fatto, anche la futura fine di Hubble).

 

Le possibili soluzioni pensate per estenderne la vita - missioni robotiche di salvataggio o un sistema di ottiche correttive da 80 milioni di dollari - sono decisamente inabbordabili in tempi di tagli al bilancio aerospaziale e la soluzione più ragionevole che si prospetta è quella di far precipitare il telescopio con una caduta controllata, tra qualche anno, quando non sarà più in grado di funzionare correttamente.

 

 

Erede designato. Ma intanto sulla Terra fervono i lavori di costruzione del suo erede James Webb Telescopeun telescopio spaziale molto più potente di Hubble e di Kepler, che avrà anche il compito di cercare pianeti simili alla Terra. Lo farà orbitando a una distanza di 1,5 milioni di chilometri dalla Terra, e lavorando nel campo dell'osservazione infrarossa. Il suo lancio, per ora, è previsto per il 2018.

 

24 Aprile 2015 | Elisabetta Intini