Vaatlustega tegeleva astronoomi suurim vaenlane on Maa atmosfäär - isegi parimates tingimustes muudavad õhuliikumised kujutise ebateravaks. Pealegi neelab atmosfäär suure osa temale langevast kiirgusest. Lahendus on silmanähtav - tuleb pääseda vaatlema atmosfääri põhiosast kõrgemale. Selleks parima viisi, kosmoses ümber Maa tiirleva observatooriumi idee pakkus välja Saksa raketinduse pioneer Hermann Oberth (1894-1989) juba 1923. aastal. Kulus siiski ligi pool sajandit, enne kui säärane mõte teoks sai.
Esimene tehiskaaslane, mida võib julgelt nimetada kosmoseteleskoobiks, oli 1968. aastal startinud OAO-2. USA aparaadi pardal oli neli kosmiliste objektide ultraviolettkiirguse uurimiseks mõeldud 32-sentimeetrise läbimõõduga teleskoopi. Neli aastat hiljem startinud OAO-3, tuntud rohkem Copernicuse nime all, ultraviolett-piirkonna teleskoobi läbimõõt oli juba 81 sentimeetrit, kuid tollal kuni viie meetrini küündivate peeglitega maapealsete sõsaratega võrreldes oli viimanegi väike.
Kosmoseteleskoop par excellence
Seoses kosmosetehnika arenguga oli aeg hakata mõtlema suurema kosmoseteleskoobi peale, mis oleks oma läbimõõdult võrreldav maapealsetega, atmosfääri segava mõju puudumise tõttu aga ületaks neid oma tulemuslikkuselt eriti lahutusvõime osas. 1973. aastal moodustas NASA niisuguse teleskoobi projekti väljatöötamiseks teadlaste rühma ja USA Kongress eraldas 1977 selle elluviimiseks ka raha. NASA andis tulevasele teleskoobile tuntud Ameerika astronoomi, Universumi paisumise avastaja Edwin Hubble'i (1889-1953) nime.
Hubble'i kosmoseteleskoobi (ingl Hubble Space Telescope, lühend HST) peapeegli läbimõõdu 2,4 meetrit määrab kosmosesüstiku lastiruumi laius, suurem ei mahuks sinna ära. Sealt tagasipeegelduvad kiired langevad 0,34-meetrise läbimõõduga abipeeglile, mis suunab nad peapeegli keskele tehtud ava kaudu peegli taha, kus asuvad vaatlusriistad. Korraga võib Hubble'i teleskoobi pardal olla viis vaatlusriista. Need, nagu ka paljud muud tema komponendid, on tehtud moodulitena, mida astronaudid saavad avakosmoses viibides uute vastu vahetada. Vaatlusriistade moodul on oma suuruse poolest võrreldav taksofoniputkaga. Need võib jagada kolme rühma: taevakehadest ilusaid pilte tegevad kaamerad, nende spektreid registreerivad spektromeetrid ja heleduse muutusi uurivad fotomeetrid. Mainitud vaatlusriistad on tundlikud elektromagnetkiirguse vahemikus ultravioletist lähedase infrapunaseni.
Projekti kaasati ka Euroopa kosmoseagentuur (ESA), mis pidi hoolitsema kosmoseteleskoobil elektrienergiat andvate päikesepatareide ning ühe vaatlusriista eest. Orbiidile plaanitseti jõuda 1986. aastal, kuid sama aasta jaanuaris toimunud kosmosesüstiku Challenger katastroof lõi plaanid sassi. Seetõttu saadeti ta kosmosesse Discovery lastiruumis alles 24. aprillil 1990.
Paraku valmistasid esimesed vaatlused pettumuse - taevakehade kujutised olid ebateravad. Lähemal uurimisel selgus, et peegli servaalasid oli ette nähtud pinnakujust kaks mikromeetrit sügavamaks lihvitud, põhjuseks viga kontrollimiseks kasutatud seadmes. Nüüd tuli kasuks, et Hubble'i kosmoseteleskoop oli algusest peale kavandatud kosmoses remonditavana. Valmistati peapeegli viga kompenseeriv optiline abiseade, mille astronaudid 1993. aasta esimese teeninduslennu ajal kohale paigutasid. Seejärel korraldati veel kolm teeninduslendu, mille käigus on asendatud vanemad vaatlusriistad uuematega ja rikkis seadmed korrasolevatega.
Kokkuvõtteks võib HST-d pidada väga edukaks projektiks, mis on andnud tohutult palju uut infot Universumi ehituse kohta planeetidest galaktikaparvedeni.
Vananev Hubble'i kosmoseteleskoop
on tiirelnud kosmoses ligi 18 aastat. Seetõttu pole ime, et ta ilmutab väsimuse märke. Augustis 2004 ütles üles ühe spektromeetri toitesüsteem ja seda uurimisriista enam kasutada ei saa. Pärast poolt aastat kestnud probleeme elektroonikaga läksid 2007. aasta algul rivist välja kaamera kolmest kanalist kaks. Ainus töötav ja üsna kitsa vaateväljaga kanal on mõeldud piltide tegemiseks ultraviolettkiirguses.
Kuid kõige suuremad ohud ähvardavad Hubble'i instrumenti rikkis güroskoopide, vananevate akude ja atmosfääritakistuse näol. Teleskoobi suunamisel vaatlusobjektidele kasutatakse kuut güroskoopi Normaalseks tööks läheb neist vaja tavaliselt kolme, ent kuidagi saab hakkama ka kahega. Kuna kuuest kaks läksid rikki, otsustati 2005. aasta suvel jättagi töösse vaid kaks güroskoopi ning ülejäänud kahte hoida nende kulumise vähendamiseks reservis. Ometigi läheneb aeg, mil töötavatest güroskoopidest enam normaalseks tegevuseks ei piisa. Akude mahutavuse vähenemine aja jooksul peaks tänapäeval vähemalt kõigile mobiiliomanikele tuttav olema, arusaamatusi võib tekitada aga jutt atmosfääri takistusest, sest Hubble'i teleskoop liigub ju ligi 600 kilomeetri kõrgusel! Kuigi atmosfäär on seal tõepoolest äärmiselt hõre, on see siiski olemas ja pidurdab teleskoobi liikumist, mille tulemusel kõrgus pidevalt väheneb. Kui kõrgust ei suurendata, võib teleskoop alates 2010. aastast siseneda atmosfääri tihedatesse kihtidesse. Selle sündmuse täpsema aja suhtes on oluline sõna öelda Päikesel - mida suurem on Päikese aktiivsus, seda tihedamad on atmosfääri ülakihid ja vastavalt ka suurem liikumistakistus. Muidugi on teleskoobist kahju, kuid suuremat muret valmistab NASA juhtidele see, et tema purunemisel ei põle suuremad tükid atmosfääris ära ja asustatud piirkondades maapinnale langedes võivad palju kurja teha.
Poleks midagi loomulikumat, kui saata uuesti mõni kosmosesüstik Hubble'i teleskoobi juurde ja lasta sellel tema orbiiti kergitada ning astronautidel vajalikud parandustööd ära teha. Nii on ka neljal korral juhtunud, viimati 2002. aasta märtsis. Sama lihtsalt aga seekord ei läinud. Pärast järjekordselt lennult naasva kosmosesüstiku Columbia purunemist 1. veebruaril 2003 otsustas NASA tolleaegne juht Sean O'Keefe, et edaspidi lennatakse kosmosesüstikutega ainult Rahvusvahelisse Orbitaaljaama (ISS). NASA juhi küllalt karmi piirangu mõte on selles, et orbitaaljaam on koht, kus vigastatud soojusisolatsiooni tõttu maandumiskõlbmatu kosmosesüstiku meeskond saab oodata neid päästma tulevat kosmosesüstikut. Columbiale oligi saatuslikuks saanud stardi ajal välise kütusepaagi küljest eraldunud tükikese tekitatud soojusisolatsiooni vigastus. Kuna aga HST ja ISS orbiidid asuvad erinevates tasandites, siis ei jätku kord juba Hubble'i teleskoobi suunas startinud süstikul kütust kosmosejaama juurde lendamiseks, sest orbiidi tasandi muutmiseks kulub palju energiat.
2005. aasta kevadel sai aga O'Keefe'i asemel NASA juhiks Michael Griffin, kes pärast paari edukat kosmosesüstiku lendu on otsustanud riskida ja lasta Hubble'i teleskoopi remontida. Tema juurde kavatsetakse lennata käesoleva aasta augustis Atlantisega. Üheteistkümne päeva jooksul väljutakse viis korda avakosmosesse, kus vahetatakse välja kõik kuus güroskoopi ja akut, monteeritakse kokku uus spektrograaf ja suure vaateväljaga kaamera, proovitakse käima saada 2004. aastal rikki läinud spektrograaf ning remonditakse muudki.
Hubble'i asemele WebbRemondi õnnestumine lükkab Hubble'i lõpu küll edasi, loodetavasti vähemalt 2013. aastani. Mis saab edasi? Kunagi oli plaan vananev teleskoop mõne kosmosesüstiku lastiruumis Maale tagasi tuua ning USA Rahvuslikku Lennundus- ja Kosmonautikamuuseumi üles panna, kuid nüüd peetakse seda liiga ohtlikuks ja kalliks. Ja kust seda kosmosesüstikut enam võttagi, sest 2010. aastal peaksid nad kõik pensionile siirduma. Hubble'i teleskoobile, nagu enamikule kosmosetehnikale korraldatakse põletusmatus, viimasele teekonnale atmosfääri suunab teda spetsiaalne robot-tehiskaaslane, mis tagab langemise ohutusse, st inimtühja piirkonda. Robot-tehiskaaslase põkkumiseks Hubble'i kosmoseteleskoobiga monteerivad astronaudid sinna külge vastava kinnitushoova.
Tema järeltulijaks on James Webb'i kosmoseteleskoop (JWST). Oma nime järjekorras teiselt NASA juhilt James Webb'ilt (1905-1992, NASA eesotsas aastatel 1961-1968) saanud vaatlusriist valmib koostöös Kanada ja Euroopa kosmoseagentuuridega ning orbiidilegi toimetab selle eurooplaste Ariane 5 kõige varem 2013. aasta suvel.
Webb erineb oma eelkäijast oluliselt. Esiteks on ta muidugi märksa suurem, peapeegli läbimõõduga 6,5 meetrit. Nii kogukat eset ei saa tervikuna kosmosesse viia, seepärast on peegel valmistatud 18 kuusnurksest berülliumsegmendist, mis stardi ajal kokkupakituna orbiidile jõudes lahti volditakse. Vaatamata oma suurusele on Webb'i kosmoseteleskoop Hubble'iga võrreldes ligi poole kergem, kaaludes vaid veidi üle kuue tonni.
Olulisim erinevus on aga see, et Webb on ette nähtud taevakehade vaatlemiseks ainult infrapunalainealas lainepikkustel 0,6-27 mikromeetrit. Infrapunakiirgus pääseb atmosfäärist läbi vaid mõnes üksikus lainepikkuste vahemikus ja sedagi kehvasti, sest suurem osa neeldub veeaurus ja süsihappegaasis. See-eest võimaldavad infrapunavaatlused saada palju uut ja olulist teavet näiteks pärast Suurt Pauku tekkinud esimeste galaktikate kohta, millelt tulev valgus on suure punanihke tõttu infrapunapiirkonda nihkunud. Peale selle peetakse Webb'i oluliste tegevusaladena silmas galaktikate, tähtede ja planeetide tekke ning evolutsiooni uurimist. Nähtavas valguses vaatlemisele ei anna teleskoobi kosmoses paiknemine praegusajal enam midagi olulist juurde, sest atmosfäärivärinatest tingitud kujutise ähmastumist on viimasel ajal õpitud kompenseerima nn adaptiivse optika abil. Lisaks võimaldab maapealsete teleskoopide suurem läbimõõt, mis praegu küünib kümne, järgmisel kümnendil aga koguni 30-40-meetrini, vaadelda ka märksa nõrgemaid objekte kui kosmoseteleskoopidega.
Infrapuna- ehk teise nimega soojuskiirgust levitavad märkimisväärsel hulgal kõik kehad, sealhulgas teleskoobi peegel ja muud detailid ning seda rohkem, mida kõrgem on nende temperatuur. Seepärast jahutatakse teleskoop temperatuurini 40 üle absoluutse nulli ehk -233 C. Selle saavutamiseks viiakse Webb'i teleskoop Maast pooleteise miljoni kilomeetri kaugusel asuva teise Lagrange'i punkti L2 juurde ja varustatakse päikesevarjuga, mis kaitseb teda korraga nii Päikeselt, Maalt kui ka Kuult saabuva kiirguse eest, sest punktist L2 vaadates asuvad kõik kolm alati umbkaudu samas suunas. Säärane kauge asukoht välistab muidugi uue kosmoseteleskoobi hooldamise ja parandamise.
Webb'i pardale paigutatakse kolm vaatlusriista, millega hakatakse analüüsima kogutud kiirgust. Üks neist pildistab taevakehi lähi-infrapunakiirguses lainepikkusel alla viie mikromeetri, teine registreerib samas lainealas spektreid. Kolmas instrument oskab teha nii pilte kui spektreid lainepikkustel, mis asuvad vahemikus 5-27 mikromeetrit. Jääb vaid loota, et vähem kui kümnendi pärast on Webb'i abiga lahendatud mõnigi kosmolooge ja astrofüüsikuid vaevanud probleem. Aga ilusad värvilised fotod omapärastest taevakehadest, mida oleme seni saanud Hubble'i kosmoseteleskoobiga, tulevad siis maapealsetelt hiidteleskoopidelt.
TÕNU TUVIKENE (1952) on Eesti Hariduse ja Teaduse Andmesidevõrgu EENet programmeerija. Lõpetanud Tartu Ülikooli astrofüüsikuna 1975. Kuni aastani 1988 oli Tartu Observatooriumi (tollase AAI) insener ja nooremteadur tähtede füüsika uurimisel. Seejärel töötanud arvutite alal, juhatanud Tartu Tähetorni astronoomiaringi ning populariseerinud astronoomiat ja kosmonautikat. Üle viiekümne aimekirjutise autor, kogumiku "Universum" kaasautor.
