Nuo senų laikų žmogus, norėdamas pamatyti tolyje esantį objektą, primerkdavo akį. Tai yra pats tolimiausias teleskopo giminaitis – difrakcijos dėka išgaunamas ryškesnis vaizdas. Vėliau žmogus pradėjo gaminti iš vaizdą didinančius stiklus, o 1608 metais atsirado pirmas žinomas teleskopas. Ir, jei pirmieji teleskopai veikė matomos šviesos diapazone, tai vėliau žmonės išmoko teleskopais „matyti“ mūsų plikai akiai nematomus dalykus.
Tie „nematomi dalykai“ galėjo būti tiesiog per silpni šviesos šaltiniai arba visai kitokių, žmogaus regai neįprastų dažnių šviesos bangos. Taikydami elektronikos įrankius žmonės atrado naują regą, o mūsų mokslininkai įgijo neįtikėtinai galingus įrankius. Vienas iš tokių yra „Hubble“ kosminis teleskopas, kuriam balandžio 24 dieną sukanka net 25 metų jubiliejus!
Teleskopo atsiradimo kryptimi optikoje buvo judama ilgai. Jei pavieniai lęšiai buvo žinomi dar Ptolemėjui (2 a. pr. Kr.), tai pirmų teleskopų teko laukti iki XVII a. pradžios. Kas yra teleskopas? Elementarus teleskopas yra dvejų didinimo stiklų kombinacija, kuomet pirmas stiklas surenka visus lygiagrečius šviesos pluoštelius savo židinyje, o antras stiklas juos „praplečia“, taip padidindamas objekto atvaizdą.
Teleskopo didinimas yra išreiškiamas jį sudarančių lęšių židinio nuotolių santykiu. Taigi teleskopas veikia tik tuomet, kai naudojami skirtingi lęšiai, tuomet vienas teleskopo galas didina vaizdą, o kitas teleskopo galas – mažina objekto atvaizdą. Pirmieji teleskopai vaizdą ne tik didino, bet ir jį apversdavo aukštyn kojomis. Šį nepatogumą ištaisė Galilėjus, panaudojęs vieną įgaubtą lęšį.
Vos atsiradę teleskopai gana daug kainavo, todėl juos įsigyti sau galėjo leisti arba turtingi žmonės, arba mokslininkai, kurie turėjo turtingus mecenatus. Gana svarbi buvo teleskopo lęšių kokybė bei teleskopo sandara. Teleskopai buvo skirstomi į laužiančiuosius (su dviem stiklo lęšiais) ir atspindinčiuosius (kuomet vienas iš lęšių buvo pakeičiamas neplokščiu veidrodėliu).
Kodėl du lęšiukai buvo tokie brangūs? Visų pirma dėl vaizdo netobulumų, kurie atsirasdavo panaudojus storesnius lęšiukus. Viduramžiais, kuomet teleskopo kūrėjas norėjo išgaut didelį didinimą, jis naudojo storesnius lęšius, tačiau storame lęšyje spinduliai nesusirinkdavo viename taške. Dėl šios priežasties nukentėdavo vaizdo ryškumas. Šį efektą optikoje vadino sferine aberacija.
Liežuvis nesiverčia susiklosčiusios situacijos pavadinti kitaip nei anekdotine. Kuomet mūsų jubiliatas – „Hubble“ kosminis teleskopas – 1990 metais balandžio 24 dieną sėkmingai pasiekė jam numatytą orbitą, niekas dar nežinojo, jog tiksliausiame bet kada pagamintame prietaise bus pasislėpusi banali Viduramžių laikus menanti sferinė aberacija! Vietoje ryškių „Hubble“ vaizdų, prie kurių esame tiek pripratę, mokslininkai išvydo išblukusias, neryškias ir baisias nuotraukas!
Anot populiaraus fizikų skleidžiamo mito, taip atsitiko dėl to, kad šlifavimo įrenginyje visi matmenys buvo skaičiuojami ne pagal metrinę, o pagal imperinę sistemą. Ir, nors milžiniškas teleskopo veidrodis buvo idealiai tiksliai nušlifuotas, jo forma buvo kitokia, negu reikėjo pagal projektą. Beje, realybė buvo netoli legendos: šlifavimo įrenginyje buvo netinkamai sumontuotas vienas iš matavimo prietaisų.
Pirmų lęšių gamintojai, norėdami pašalinti sferinę aberaciją, turėdavo keisti individualių lęšių formą. Fizikos mokslas tais laikais buvo dar neišsivystęs, todėl teleskopų gamintojams tekdavo investuoti daug laiko ir lėšų norint patobulinti esamą dizainą arba pagaminti geresnį teleskopą. Nieko nuostabaus, kad pirmi teleskopai buvo tokie brangūs. Šitoje vietoje galite paklaust, ar autorius neužsikalbėjo ir nepamiršo jubiliato? Tikrai ne! Kaip būtų galima spėti pagal ryškias ir vaizdingas teleskopo nuotraukas, mokslininkai rado sprendimą ir suvaldė sferinę aberaciją.
Po trijų metų nuo starto, 1993 metais, NASA organizavo aptarnavimo misiją, kurios metu astronautai instaliavo teleskope korekcinę sistemą COSTAR. Tam jiems teko išmontuoti vieną prietaisą, nes teleskope nebuvo laisvos vietos. Gera žinia yra ta, kad „Hubble“ teleskopas vėliau susilaukė kitų atnaujinimo darbų, o 2009 metais COSTAR sistema buvo išmontuota ir nugabenta į Žemę.
Sferinė aberacija – dar ne viskas, su kuo teko susidurt pirmųjų teleskopų gamintojams. Lyg to būtų maža, lęšius sudarančio stiklo lūžio rodiklis keitėsi priklausomai nuo jį kertančios šviesos spalvos. Mėlynai spalvai lūžio rodiklis buvo vienoks, raudonai spalvai – kitoks.
Dėl skirtingų lūžio rodiklių lęšis surinkdavo skirtingų spalvų šviesą į skirtingus taškus. Dėl šio efekto storų lęšių teleskopais gaunamuose vaizduose objektų kraštai būdavo išplaukę ir spalvoti. Pašalinti chromatinę aberaciją yra neįtikėtinai sudėtinga, mat tenka naudot keletą lęšių, pagamintų iš skirtingų medžiagų. Tai irgi prisidėjo prie kokybiškų teleskopų kainos.
Laikui bėgant, žmogus įvaldė fotografijos meną, tad astronomams nebereikėjo ašaroti naktimis prie teleskopų. Begaminant fotojuosteles buvo pastebėta, kad, priklausomai nuo naudojamos medžiagos, fotojuosta gali būti jautri neregimai šviesai: ultravioletiniams, Rentgeno spinduliams. Taip pirmieji teleskopai išmoko danguje „pamatyti“ objektus, nematomus žmogaus akiai. O XIX a. viduryje teleskopai išmoko matyti ir „šilumą“ – infraraudonąją spinduliuotę. Praėjusiame amžiuje atsirado ir radioteleskopai.
Įdėmus skaitytojas gali čia paklausti, o kaip mes pamatome „nematomą“ šviesą? Vienas reikalas – teleskopas, kitas – žmogaus akis. Atsakymas paprastas: dabartiniuose teleskopuose esančios kameros yra su jutikliais, kuriose yra daug jautrių šviesai taškų. Kiekviename tokiame pikselyje skirtingo ilgio šviesa yra konvertuoja į elektrinį signalą, kurį atvaizduoti kompiuterio ekrane yra elementarus technikos klausimas. Mokslininkai ekrane mato juodai baltus vaizdus. Kuo stipresnė šviesa konkrečiame jutiklio pikselyje, tuo baltesnis taškas kompiuterio ekrane. O vėliau NASA paima „Photoshop“ programą ir iš kelių juodai baltų vaizdų gauna spalvotą pseudonuotrauką.
Laikui bėgant tos pačios nuotraukos atrodo vis kitaip, nes mokslininkai nutaria juodai baltoms nuotraukoms „Photoshop“ programoje priskirti kitą spalvą. Vaizdai gaunasi atpažįstami, tačiau vis šiek tiek kitokie.
Ir štai, artėjant garbingam 25 metų jubiliejui, NASA publikavo dar vieną gerai žinomos nuotraukos versiją. Šį kartą JAV kosmoso agentūra suteikė puikią galimybę žmogaus akimis pamatyti tai, ko niekada nepamatytume be pagalbinių įrankių. Tai yra Erelio ūko atvaizdas infraraudonųjų spindulių diapazone.
Jei bežiūrėdami į nuotrauką nustebote pamatę aibę iki šiol neregėtų žvaigždžių, nusiraminkite. Tai tikrai tas pats Erelio ūkas! Ir tai jokia klaida. Mūsų Visatoje gana daug žvaigždžių, kurios yra ganėtinai vėsios. Jos spinduliuoja gana mažai šviesos mums matomoje šviesos spektro srityje, tačiau būdamos pakankamai šiltos, jos gerai šviečia infraraudonųjų spindulių srityje. Panašiai kaip mūsų kraujagyslės: jos dėl storos odos yra nematomos mūsų akims, tačiau vos tik ištraukiame infraraudonai šviesai jautrią fotokamerą – štai jos bėga, vinguriuoja. Ištisas neregimas pasaulis prieš mūsų akį!
