Dopo il suo lancio nell’aprile 1990 a bordo della missione STS-31, il telescopio spaziale Hubble aveva mostrato fin da subito un importante problema all’ottica principale. Questo difetto comprometteva la capacità del telescopio di focalizzare correttamente la luce, producendo immagini sfocate.

Il 2 dicembre 1993, esattamente 30 anni fa oggi, partì quindi a bordo dello Space Shuttle Endeavour la missione STS-61, la prima missione di manutenzione per il telescopio spaziale Hubble, con il compito di installare componenti ottiche correttive per risolvere il problema.

La STS-61 fu particolarmente complessa, ma permise ad Hubble di migliorare notevolmente le sue prestazioni. E di ottenere, da allora, immagini nitide e di alta qualità, rivelando dettagli senza precedenti di stelle, galassie e fenomeni cosmici.

Queste correzioni hanno trasformato il telescopio Hubble in uno strumento cruciale per la ricerca astronomica, fornendo immagini spettacolari che hanno completamente rivoluzionato la nostra comprensione dell’Universo.

Il primo (grande) problema del telescopio Hubble

Hubble, al suo lancio, ha presto svelato un problema critico nel sistema ottico: le immagini non raggiungevano la nitidezza attesa dai test a Terra. Quella che sembrava mancare era una messa a fuoco finale, che causava foto di una qualità drasticamente inferiore a quanto previsto. Le immagini di sorgenti puntiformi si estendevano oltre le dimensioni attese, compromettendo l’osservazione di oggetti deboli o ad alto contrasto e rendendo pressoché impossibili molti programmi cosmologici già confermati.

La radice del problema risiedeva nello specchio primario: la sua forma errata, nonostante una superficie incredibilmente liscia, presentava una discrepanza di 2200 nanometri, generando una fortissima aberrazione sferica. La luce riflessa dal bordo e dal centro dello specchio convergeva su punti diversi, compromettendo le osservazioni scientifiche.

Una commissione guidata da Lew Allen ha scoperto che durante la fase di produzione, un correttore riflettente era stato assemblato erroneamente. Perkin-Elmer, l’azienda responsabile, aveva trascurato il controllo di qualità, non coinvolgendo gli esperti necessari nella costruzione e nella verifica dello specchio.

Le nuove componenti

Per risolvere il problema, poiché sostituire lo specchio in orbita sarebbe stato impraticabile, furono progettati nuovi componenti ottici con l’errore inverso per correggere l’aberrazione, che agissero come “occhiali” per il telescopio.

Innanzitutto, la missione di riparazione aveva il compito di installare il Corrective Optics Space Telescope Axial Replacement (COSTAR), un sistema ottico composto da una serie di lenti e specchi progettato per compensare il difetto dello specchio di Hubble. Posizionato davanti agli strumenti scientifici del telescopio, doveva permetter loro di ricevere la luce focalizzata nella maniera corretta andando a sopperire, così, l’aberrazione sferica.

Inoltre, l’equipaggio avrebbe sostituito la Wide Field and Planetary Camera 1 (WFPC1) con la WFPC2, dotata di una correzione software per adattarsi all’aberrazione. Questo upgrade ha successivamente migliorato drasticamente la capacità di acquisire immagini nitide e dettagliate dell’Universo.

La missione ha coinvolto anche l’installazione di nuovi giroscopi, fondamentali per stabilizzare e orientare il telescopio durante le sue osservazioni, e un sistema di controllo termico più efficiente. Questi aggiornamenti hanno fornito al telescopio Hubble la stabilità e le prestazioni termiche necessarie per operare in condizioni ottimali nello spazio.

La missione di riparazione: STS-61

La STS-61 è stata una delle missioni più complesse nella storia dello Shuttle. Durò quasi 11 giorni e i membri dell’equipaggio effettuarono un totale di 5 attività extraveicolari (EVA), un record assoluto. Il piano di volo prevedeva due EVA aggiuntive, che avrebbero potuto portare il numero totale a sette, ma non furono effettuate. Per portare a termine la missione, le cinque EVA sono state effettuate da due coppie di astronauti diversi che si alternavano.

Durante la prima, Story Musgrave e Jeffrey Hoffman hanno sostituito due attività di rilevamento della velocità, in particolare giroscopi e sensori. Nella seconda EVA, Kathryn Thornton e Thomas Akers hanno sostituito i pannelli solari del telescopio.

La terza EVA ha visto Hoffman e Musgrave sostituire la Wide Field and Planetary Camera 1 (WFPC1) con la nuova WFPC2, dotata di un sistema di correzione dell’aberrazione atmosferica. Nella quarta, di nuovo Akers e Thornton hanno installato il sistema COSTAR.

Infine, nella quinta EVA, Musgrave e Hoffman sostituito l’elettronica del sistema di rotazione dei pannelli solari (SADE) e implementato manualmente i pannelli, oltre a installare altre componenti aggiuntive. Di seguito, un video di recap della missione. Credits: GSFC/NASA, Grace Weikert

Una riparazione di successo!

Il 13 gennaio 1994 la NASA dichiarò la missione un completo successo. Le riparazioni effettuate dall’equipaggio della STS-61, infatti, avevano permesso di ottenere immagini astronomiche nitide e dettagliate, che evidenziavano la completa correzione dell’aberrazione sferica.

Gli aggiornamenti apportati durante la missione, inoltre, avevano migliorato notevolmente le prestazioni del telescopio. L’installazione del COSTAR e del WFPC2, insieme alla sostituzione delle varie componenti, ha permesso a Hubble di ottenere una risoluzione delle immagini senza precedenti.

Le foto successive hanno mostrato galassie distanti, intricate nebulose e dettagli sorprendenti dei pianeti del nostro Sistema Solare, dimostrando il successo della missione nel migliorare le capacità osservative di Hubble e la sua importanza per la ricerca astronomica.

Nel tempo, gli strumenti originali che richiedevano il COSTAR sono stati sostituiti da quelli con ottiche correttive autonome. Nel 2009, il COSTAR è stato rimosso ed esposto al National Air and Space Museum di Washington.