La “doccia” di Hubble: 30 anni del telescopio spaziale…

… più famoso: un errore che si trasformò in un grandissimo successo

di Andrea Bernagozzi

Il 24 aprile 1990 partiva dal Kennedy Space Center, in Florida, negli Stati Uniti, lo Space Shuttle Discovery. Era il decimo volo di questa navetta, la trentacinquesima missione del Programma Space Shuttle nel suo complesso. Al sicuro nel vano di carico si trovava un contenuto assai particolare: il telescopio spaziale Hubble, in inglese Hubble Space Telescope (HST), per gli amici Hubble. Gli astronauti l’avrebbero posizionato in orbita, a circa 600 km di altezza, il giorno dopo, 25 aprile.

Sono quindi trent’anni che HST scruta l’universo dalla sua posizione privilegiata. Trovandosi sopra la maggior parte dell’atmosfera terrestre, ottiene immagini più nitide e misure più precise non perché sia più vicino alle stelle, né perché con i suoi 2,4 m di diametro abbia un’apertura particolarmente ampia, ma perché non risente del disturbo dovuto alla turbolenza atmosferica.

Con HST sono state realizzate scoperte e compiuti studi che hanno profondamente cambiato la nostra visione del cosmo. C’è chi non esita a definirlo il telescopio più importante della storia dopo il cannocchiale di Galileo Galilei. Molte delle sue immagini sono diventate vere e proprie icone dell’astronomia, note anche a chi non si interessa di stelle e spazio, ispirando pensatori ed artisti, contribuendo ad avvicinare alla scienza milioni di persone, compresi i più piccoli.

Il telescopio spaziale è intitolato all’astronomo statunitense Edwin Hubble, uno dei padri della moderna cosmologia osservativa. A lui dobbiamo ricerche tanto fondamentali al punto che gli scienziati ricordano il suo nome in mille occasioni: la legge di Hubble dell’espansione dell’universo (oggi nota giustamente come legge di Hubble-Lemaître, ma questa è un’altra storia), in cui compare la costante H0 ovvero la costante di Hubble, il diagramma di Hubble per la morfologia delle galassie con la relativa classificazione di Hubble, e così via.

L’intuizione originale dei vantaggi che avrebbe avuto un telescopio nello spazio risale proprio all’epoca di Hubble, gli anni ’20 del XX secolo. Erano solo speculazioni teoriche, ma nel secondo dopoguerra, con l’inizio dell’era spaziale, si cominciò a concepire proposte di progetti. Nacque così l’idea di HST, sviluppata a partire dagli anni ’70 in collaborazione tra le agenzie spaziali NASA, statunitense, e ESA, europea. Tra le tante figure determinanti per avviare concretamente e citiamo l’astronoma statunitense Nancy Roman, che si assunse gran parte dell’onere di organizzare i lavori tra le due sponde dell’Oceano Atlantico, quando il telefax era il massimo della tecnologia per le telecomunicazioni tra un ufficio e un altro. Già curatrice di diversi progetti di satelliti per la ricerca scientifica, fu così abile nel portare a termine il proprio compito da passare alla storia come “la madre di Hubble Space Telescope”.

Eppure, trent’anni fa di questi giorni, l’avventura di HST cominciò con il piede sbagliato. Le prime immagini, ottenute nelle settimane immediatamente successive alla messa in orbita, indicavano che ci fosse un serio problema. Hubble non riusciva a ottenere la focalizzazione e la qualità fotografica per le quali era stato costruito, con risultati drasticamente inferiori al previsto.

Le analisi mostrarono che la causa del problema risiedeva nello specchio primario, che era stato levigato in maniera errata. Si trattava di uno sbaglio dell’ordine del milionesimo di metro o giù di lì, comunque sufficiente a mandare a monte l’intero complesso. Rimodellare lo specchio primario nello spazio era praticamente impossibile. Non si poteva portare Hubble in officina come un’automobile. La notizia venne accolta come una drammatica doccia fredda dall’intera comunità scientifica. L’ambizioso progetto rischiava di diventare un drammatico fallimento epocale.

Nel film demenziale Una pallottola spuntata 2 e ½ – L’odore della paura, del 1991, c’è una scena in cui il protagonista va al “Loser’s Bar”, il bar del perdente. Alle pareti sono appese fotografie di alcuni dei grandi disastri della storia: il dirigibile Hindenburg, la nave Lusitania, il terremoto di San Francisco, l’automobile DeLorean DMC-12 (clamoroso insuccesso commerciale), Michael Dudakis (il candidato democratico alle elezioni presidenziali USA del 1988, sconfitto da George Bush padre) e appunto il miope telescopio spaziale. Tale era la fama di cui godeva quello che doveva essere un progetto rivoluzionario!

In realtà gli esperti erano subito entrati in azione per trovare una soluzione. Un fondamentale contributo venne dall’astrofisico italiano, divenuto cittadino statunitense, Riccardo Giacconi. Nominato nel 1981 direttore del Space Telescope Science Institute (STScI), a Baltimora, Maryland, Stati Uniti, aveva individuato le modalità con cui utilizzare Hubble per le ricerca scientifica, dalla pianificazione degli studi da compiere alla distribuzione del tempo osservativo, all’acquisizione e archiviazione dei preziosi dati che lo strumento avrebbe spedito via radio sulla superficie terrestre. Le leggenda vuole che, appena viste sul monitor le immagini sfocate, Giacconi si fosse messo al lavoro nella stanza accanto con carta e matita, facendo calcoli per comprendere che cosa non funzionava e come si poteva rimediare.

Sì, perché, con grande lungimiranza (termine appropriato, trattandosi di un telescopio), HST era stato progettato in modo da poter subire manutenzioni grazie all’intervento di astronauti in orbita con gli Space Shuttle. La prima “servicing mission”, missione di servizio, era prevista per il 1993. Le analisi rivelarono che lo sbaglio nella levigatura dello specchio primario, anche se in modo scorretto, rispettava comunque le specifiche punto per punto. Si poteva chiamarlo un “errore preciso”, un inedito ossimoro. Ciò significava che era possibile intervenire in maniera altrettanto sistematica, inserendo volutamente nel percorso ottico lo stesso errore, ma nel senso opposto.

Il gruppo di lavoro coordinato da Giacconi si impegnò quindi per capire come mettere gli occhiali, letteralmente, al telescopio spaziale. Sostituire lo specchio secondario, più piccolo di quello primario, era troppo difficile e rischioso. Se non si potevano cambiare i pezzi principali, si poteva però… modificare la luce, inserendo nel percorso compiuto dai raggi un apparato che li avrebbe focalizzati nel modo giusto, prima che giungessero agli strumenti scientifici. Diversi ingegneri, tra cui spiccò l’olandese Murk Bottema, identificarono le migliori combinazioni di lenti, specchi, prismi. I calcoli mostravano che in questo modo il difetto poteva essere corretto. Come montare un sistema così delicato? Bisognava disegnare uno strumento affidabile, ma resistente, che gli astronauti potessero maneggiare in orbita, mentre fluttuavano nello spazio a 600 km di altezza.

L’idea giusta venne all’ingegnere James Crocker, mentre si trovata a Monaco di Baviera, in Germania, per un incontro dell’ESA proprio per Hubble. Stava facendo la doccia in albergo, quando la sua attenzione fu attratta dal diffusore. La ‘cipolla’ della doccia poteva essere mossa lungo una slitta, così da essere alzata e abbassata, per adattarsi all’altezza delle persone. Nel 1990, questo modello non era ancora molto usato negli Stati Uniti. Lo stesso sistema, pensò Crocker, avrebbe permesso di posizionare con la precisione necessaria le ottiche correttive immaginate da Bottema e colleghi, sostituendo la slitta con un sistema robotico, opportunamente ingegnerizzato con motori elettrici. Crocker realizzò un modellino di fortuna con i giochi di costruzioni del figliolo e alcuni piatti di metallo, per sottoporre l’idea a colleghe e colleghi. Sì, poteva funzionare!

A pochi mesi dalla scoperta del clamoroso errore, si era passati dalla forte delusione alle grandi speranze. In meno di tre anni, venne costruito COSTAR, acronimo di Corrective Optics Space Telescope Axial Replacement, in tempo per la prima missione di servizio. Il compito di mettere i proverbiali occhiali a HST fu affidato all’equipaggio dello Space Shuttle Endeavour, nel dicembre del 1993, per una delle missioni più difficili dell’intera storia dell’esplorazione spaziale. In una complessa serie di cinque attività extraveicolari in una settimana, per un totale di oltre 35 ore di lavoro, gli astronauti estrassero un fotometro, sacrificato per far posto a COSTAR, installarono quest’ultimo insieme alla nuova camera WFPC2 (Wide Field Planetary Camera 2), sostituendo – già che c’erano – anche i pannelli fotovoltaici con una nuova e più efficiente versione. Su COSTAR era applicata anche una targa in memoria di Bottema, prematuramente scomparso l’anno precedente per un tumore.

La missione fu un pieno successo e HST divenne lo strumento eccezionale che tutti conosciamo. Sarebbero seguite altre quattro missioni di servizio, durante le quali sono stati sostituite altre parti. Nel 2009, con la quinta e ultima servicing mission, gli astronauti dello Space Shuttle Atlantis installarono strumenti di ultima generazione con le correzioni ottiche già integrate. COSTAR fu quindi smontato e riportato sulla Terra: oggi il dispositivo che salvò il telescopio spaziale appartiene alla collezione dello Smithsonian National Air and Space Museum a Washington DC, negli Stati Uniti.

Dal 2011, con la chiusura definitiva del programma Space Shuttle della NASA, non esiste più la possibilità di raggiungerlo in orbita per ripararlo. Nonostante questo, lo strumento è tuttora operativo e la sua missione potrebbe essere estesa anche per un altro paio di decenni. L’incredibile avventura scientifica e tecnologica di Hubble Space Telescope ha contributo in maniera determinante ad accrescere la nostra conoscenza sull’universo, non solo dal punto di vista scientifico. Alcune delle sue immagini sono diventate così note da cambiare il nostro rapporto con il cosmo, aiutandoci a sviluppare una nuova consapevolezza anche da un punto di vista antropologico e filosofico. Gli impressionanti risultati ottenuti in un trentennio di attività, troppi per essere elencati, ci invitano a riflettere su qual è il nostro posto nell’universo. Basti dire che anche grazie a Hubble abbiamo compreso che la materia e l’energia di cui abbiamo quotidiana esperienza rappresentano più o meno solo il 5% di tutta la materia e tutta l’energia che ci sono nell’universo. La natura del restante 95% è ancora ignota.

Alcuni link (tra le miriadi presenti sul web) per saperne di più:

Timeline di Hubble Space Telescope sul sito di STScI

http://www.stsci.edu/who-we-are/our-history/stsci-timeline

Sito dell’ESA per Hubble Space Telescope

https://spacetelescope.org

Sito della NASA per Hubble Space Telescope

https://hubblesite.org

Servizio di Rainews24 sui trent’anni di Hubble Space Telescope (10 minuti circa)

https://www.rainews.it/dl/rainews/media/30-anni-nello-spazio-per-Hubble-il-telescopio-miope-che-ha-visto-piu-lontano-di-tutti-48bbee03-7a26-4083-8f4d-6b626b1b4690.html

NASA’s Incredible Discovery Machine: The Story of the Hubble Space Telescope, documentario su HST appena pubblicato dalla NASA (50 minuti circa) https://www.youtube.com/watch?v=Lo43Gq_Xe1M

Dove sta puntando HST adesso?

http://spacetelescopelive.org

Immagini riprese da HST nel giorno del nostro compleanno

https://www.nasa.gov/content/goddard/what-did-hubble-see-on-your-birthday

Fate una torta di compleanno per Hubble e condividetela sui social

https://spacetelescope.org/announcements/ann2005/

MA COSA SONO LE «SCOR-DATE»? NOTA PER CHI CAPITASSE QUI SOLTANTO ADESSO.

Per «scor-data» qui in “bottega” si intende il rimando a una persona o a un evento che il pensiero dominante e l’ignoranza che l’accompagna deformano, rammentano “a rovescio” o cancellano; a volte i temi possono essere più leggeri ché ogni tanto sorridere non fa male, anzi. Ovviamente assai diversi gli stili e le scelte per raccontare; a volte post brevi e magari solo un titolo, una citazione, una foto, un disegno. Comunque un gran lavoro. E si può fare meglio, specie se il nostro “collettivo di lavoro” si allargherà. Vi sentite chiamate/i “in causa”? Proprio così, questo è un bando di arruolamento nel nostro disarmato esercituccio. Grazie in anticipo a chi collaborerà, commenterà, linkerà, correggerà i nostri errori sempre possibili, segnalerà qualcun/qualcosa … o anche solo ci leggerà.

La redazione – abbastanza ballerina – della bottega

 

 

Redazione
La redazione della bottega è composta da Daniele Barbieri e da chi in via del tutto libera, gratuita e volontaria contribuisce con contenuti, informazioni e opinioni.

2 commenti

  • Bellissimo intervento. GRAZIE!

  • Il prossimo passo? Magari un telescopio lanciato come un boomerang nello spazio, simulando il percorso di una cometa… Questa ricostruzione è stata densa, dettagliata, avvincente. Molto approfonditi i passaggi di ricostruzione della calibratura ottica… Un’avventura tecnologica e scientifica. Paragonabile alle piramidi o alla torre Eiffel l’HST è una delle meraviglie del nostro tempo…

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