Hubble, il telescopio miope che ci ha mostrato l’universo in espansione

«So come ripararlo». La notizia bomba arriva in un momento inaspettato, durante la coda per il buffet a un convegno dell’Optical Society americana del 1990. A lanciarla è Aden Meinel, uno dei grandi vecchi dell’astronomia americana, a riceverla John Trauger, uno degli scienziati del Jet Propulsion Laboratory di Pasadena (California) responsabile degli strumenti principali del telescopio spaziale Hubble. Le chiacchiere nate di fronte a un panino e un caffè molto lungo contenevano davvero l’idea giusta. Fino a quel pranzo e a quell’incontro decisivo, il destino di Hubble appariva cupo. Soltanto nel maggio precedente, la stampa di tutto il mondo era arrivata a Greenbelt, poco fuori Washington D.C., al Goddard Space Flight Center della NASA per assistere all’apertura delle palpebre, per così dire, di Hubble. C’era grande attesa, dopo il lancio in orbita senza inconvenienti, e quando le immagini che appaiono sullo schermo sono distorte, fuori fuoco e impossibili da decifrare, la delusione del pubblico e, soprattutto, degli addetti ai lavori è grandissima: il telescopio orbitante che doveva coronare un sogno scientifico lungo trent’anni, era miope.

 

Che cos’è Hubble?

Lo Hubble Space Telescope è un telescopio spaziale in orbita bassa (560 kilometri) lanciato il 24 aprile 1990 con lo Space Shuttle Discovery. I suoi quattro strumenti principali, ancora in servizio probabilmente fino al 2020, osservano l’universo nello spettro della luce visibile, del vicino infrarosso e del vicino ultravioletto, grazie al grande specchio principale di 2,4 metri di diametro.

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Il telescopio Hubble a bordo dello Space Shuttle Discovery nel 1990 (Immagine: NASA)

Il grande vantaggio di Hubble deriva da due condizioni che sono possibili solamente a quell’altezza. Innanzitutto, non ci sono fonti luminose che ne disturbano il lavoro di raccolta dati e questa è una delle ragioni per cui, anche sulla Terra, i telescopi vengono costruiti lontano dalle città. Il secondo vantaggio della posizione di Hubble è l’assenza dell’atmosfera, dunque non ci sono gas tra gli strumenti e la fonte luminosa che alterino le rilevazioni. Ma non ci sono nemmeno nuvole che ne ostacolino l’operato, rendendolo una macchina virtualmente in grado di operare 365 giorni all’anno, 24 ore su 24.

Hubble non è il primo telescopio spaziale. Progetti di strumenti simili, sebbene su di una scala minore, hanno caratterizzato il ventennio immediatamente successivo alla Seconda Guerra mondiale. Negli anni Cinquanta e Sessanta del Novecento, a seguito del primato spaziale raggiunto dall’Unione Sovietica con il lancio del primo satellite artificiale della storia, lo Sputnik, l’Agenzia Spaziale americana (NASA) costruisce e manda in orbita due osservatori astronomici orbitali (OAO: Orbital Astronomical Observatories) che operano nell’UV e nella frequenza dei gamma. Anche gli inglesi mandano in orbita uno strumento, un osservatorio solare, nel 1962. Ma è dalla fine degli anni Sessanta e con l’inizio degli anni Settanta che si comincia a parlare di uno strumento grande, innovativo e avveniristico che l’Accademia delle Scienze americana battezza Large Space Telescope project: il seme di Hubble era stato gettato.

 

Che cosa ci ha fatto scoprire?

Assenza di atmosfera e nuvole, oltre alla tecnologia all’avanguardia, hanno permesso ad Hubble di raccogliere una quantità enorme di immagini con una nitidezza impossibile da ottenere a terra. Immagini più nitide, più ricche di dettagli in ogni direzione in cui può guardare hanno permesso una lunga serie di scoperte scientifiche, la più importante delle quali è probabilmente la misura più accurata che abbiamo della velocità di espansione dell’universo.

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Una delle immagini più celebri realizzate da Hubble: i Pilastri della Creazione, le colonne dei gas e polveri della Nebulosa dell’Aquila (Immagine: pubblico dominio)

 

Secondo il modello del Big Bang, a un certo punto del passato tutta la materia dell’universo si trovava concentrata in un unico punto. In seguito alla rottura di questo equilibrio, questa materia, che è tutta quella presente nell’universo, ha cominciato a espandersi in tutte le direzioni a una velocità elevatissima. Un’espansione che continua tutt’ora e che fu in parte dimostrata nel 1929 dall’astronomo Edwin Hubble, lo scienziato statunitense a cui è stato intitolato il telescopio.

Osservando e confrontando gli spettri di emissione emessi in tempi successivi dalle galassie Hubble si accorse di uno spostamento verso basse frequenze di alcune righe spettrali. Interpretò il fenomeno come effetto Doppler, valutando gli oggetti osservati come in allontanamento rispetto all’osservatore. Lo spostamento verso il rosso (il red-shift, nella terminologia anglosassone), inoltre, era maggiore per le galassie più lontane. Questa regolarità è quella che si attenderebbe da un universo in espansione uniforme, e Hubble la espresse nella legge, puramente empirica, che porta il suo nome.

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Disegno della NASA che evidenzia l’evoluzione dei telescopi, da quelli terrestri ad Hubble, fino al previsto James Webb Space Telescope, il successore di Hubble (Immagine: NASA)

Le immagini di Hubble hanno confermato che la legge omonima è corretta. Non solo: hanno permesso di calcolare più precisamente il valore della costante di Hubble, grazie a una serie di osservazioni effettuate nel 2001 delle Variabili Cefelidi, una particolare classe di stelle variabili. Le scoperte ottenute con gli strumenti di Hubble, però, non si fermano qui. Tra quelle più importanti, sono da ricordare: l’oggetto celeste più lontano mai osservato, la galassia GN Z11 (del marzo 2016);  la scoperta del quarto (nel 1995) e del quinto (nel luglio 2012) satellite di Plutone; le prime prove che esistano altri pianeti a orbitare attorno a stelle oltre a quelli del Sistema Solare con le immagini che hanno permesso di individuare il pianeta Fomalhaut b che ruotano attorno a Fomalhaut, una delle stelle della costellazione del Pesce Australe (sebbene oggi ci siano alcuni dubbi sulla sua effettiva natura di pianeta).

Hubble mette gli occhiali

Ma questa lunga storia di successi, che ha cambiato profondamente il modo in cui possiamo conoscere l’universo e ha attirato all’astronomia anche una nuova fetta di pubblico, ha rischiato di morire sul nascere, dopo che alla “prima” ci si è accorti della miopia dei suoi occhi dovuta a una curvatura sbagliata dello specchio principale con cui Hubble raccoglie i segnali luminosi. Per fortuna, Aden Meinel, ha trovato il modo di correggere la vista del telescopio. La sua idea, quella che ha esposto in coda al buffet, era proprio di mettere gli occhiali a Hubble. Il segnale raccolto dallo specchio, infatti, fa un certo percorso prima di arrivare alla vera e propria macchina fotografica, attraversando una serie di specchi più piccoli. Non era allora forse possibile calcolare come avrebbero dovuto essere organizzati, curvati, modificati questi piccoli specchi per compensare, proprio come fanno gli occhiali per gli uomini, i difetti della vita di Hubble?

John Trauger capisce che l’idea apparentemente semplice di Meinel è la soluzione. Va sottolineato quell’«apparente», perché lì in coda al buffet, si capisce che i calcoli da fare e le prove da fare per risolvere il problema sono ancora molte. Ma al Jet Propulsion Laboratory, dove lavora Trauger, è conservato anche un modello in scala 1:1 di Hubble, dove è possibile provare le modifiche. Dopo un bel po’ di lavoro con una seconda macchina fotografica la soluzione si trova. Manca solo un piccolo dettaglio: come portare il nuovo apparato su Hubble? In realtà, questo problema era già risolto: Hubble, infatti, è stato l’unico osservatorio orbitale per il quale si prevedeva che gli astronauti avrebbero effettuato missioni di mantenimento. Così, la missione STS-61 del 1993 porta in orbita con lo Shuttle Endeavour il COSTAR (Corrective Optics Space Telescope Axial Replacement), cioè gli occhiali di Hubble.

Da allora Hubble ci vede benissimo, al punto che il suo pensionamento è stato più volte posticipato. Oltre un milione di osservazioni dopo quell’infelice 1990, il telescopio non ha ancora terminato la propria corsa. Il suo successore, lo James Webb Space Telescope, che dovrebbe permettere di rivolgere lo sguardo ancora più lontano e, quindi, più indietro nel tempo, dovrebbe essere lanciato in orbita nel 2018, ma almeno fino al 2020 i due lavoreranno contemporaneamente. C’è ancora tempo per nuove immagini e nuove scoperte, impossibili se due scienziati non avessero fatto assieme la coda al buffet.

 

Per approfondire:

Sulla teoria del Big Bang e l’espansione dell’universo: riassunto essenziale della scienza disponibile sul sito del Liceo Scientifico Copernico di Bologna a questo indirizzo.

Sulla figura di Edwin Hubble: documentario di RAI Scuola disponibile interamente sul sito RAI.

Il sito ufficiale della missione Hubble della NASA, con la storia della missione e la raccolta delle immagini.

 

Immagini banner e box in homepage: NASA

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