Gdy próbujemy skonstruować ranking stu najważniejszych zdjęć w historii, jedne z pierwszych ujęć, jakie przychodzą nam do głowy, to najprawdopodobniej zdjęcia Roberta Capy z lądowania w Normandii lub z wojny domowej w Hiszpanii. Niektórzy mogą wspomnieć lunch na szczycie budowy wieżowca w Nowym Jorku czy ujęcia-ikony wojny wietnamskiej: egzekucję w Sajgonie autorstwa Eddiego Addamsa lub zdjęcie poparzonej napalmem dziewczynki autorstwa Nicka Uta.

Smutne jest to, że znaczna większość tych zdjęć dotyczy wojen, zamieszek, ataków terrorystycznych, katastrof i morderstw. Wiele to mówi o dziejach naszej cywilizacji, gdzie nieszczęścia sprzedają się znacznie lepiej niż sukcesy i wydarzenia szczęśliwe.

----- R E K L A M A -----

ZASZALEJ NA ŚWIĘTA

Sony 70-200/2.8 FE GM OSS - KOMIS

6298 zł

Sony 24-70/2.8 FE GM - KOMIS

3799 zł

Sony 600/4 FE GM OSS - KOMIS

47999 zł

Fujifilm GFX 50S II (2262 zdj.) - KOMIS

10999 zł

Co ciekawe, pośród tej setki, większość rankingów uwzględnia także zdjęcia związane z Kosmosem i jego podbojem. Trudno nie znaleźć zestawienia, w którym zabrakłoby ujęcia Ziemi wschodzącej nad szarą powierzchnią Księżyca, wykonanego przez astronautów Apollo 8 w święta Bożego Narodzenia 1968 roku lub zdjęcia Buzza Aldrina wykonanego przez Neila Armstronga podczas pierwszych spacerów ludzi na Księżycu, które odbyły się w lipcu 1969 roku w ramach misji Apollo 11.

Co jeszcze ciekawsze, nie zabraknie tam ujęć stricte astrofotograficznych, pośród których prym wiodą „Filary stworzenia” z 1995 roku. To właśnie im i ich macierzystej gromadzie Messier 16 poświęcimy niniejszy odcinek.

Filary stworzenia, czyli centralna część Mgławicy Orzeł, sfotografowane w 1995 roku przez Teleskop Kosmiczny Hubble’a. Źródło: NASA, Jeff Hester and Paul Scowen, Arizona State University.

Teleskop Kosmiczny Hubble’a to jeden z najważniejszych instrumentów współczesnej astronomii, ale od samego początku prześladował go pech. Jego idea powstała w głowie amerykańskiego astrofizyka Lymana Spitzera, który już w roku 1946 wskazywał na zalety związane z umieszczeniem teleskopu na orbicie, co umożliwiłoby uzyskiwanie obrazów ograniczonych głównie dyfrakcją optyki, a nie niekorzystnym wpływem turbulentnej atmosfery.

W latach 60. XX wieku, wraz z intensywnym rozwojem programów kosmicznych realizowanych przez NASA, idea teleskopu kosmicznego zaczęła się powoli krystalizować. W 1968 powstały już dość konkretne plany umieszczenia w przestrzeni kosmicznej 3-metrowej średnicy teleskopu zwierciadlanego, nazwanego prowizorycznie Wielkim Teleskopem Kosmicznym (LST), z datą startu szacowaną na rok 1979.

Chwilę później Amerykanie wygrali jednak z Rosjanami wyścig na Księżyc, program Apollo zakończono na misji numer 17, rezygnując ze startów misji Apollo 18, 19 i 20. Część podatników i polityków zaczęła domagać się poważnego ograniczenia budżetu NASA i rezygnacji z kosztownego wyścigu kosmicznego. Efekt był taki, że w 1974 roku prezydent Gerald Ford wstrzymał finansowanie projektu teleskopu kosmicznego.

Astronomowie nie rezygnowali i wciąż szukali możliwości wysłania teleskopu na orbitę. Konieczne było jednak znalezienie tańszych rozwiązań. Jedną z pierwszych decyzji było więc zmniejszenie średnicy zwierciadła głównego z 3 metrów do 2.4 metra, a kolejną nawiązanie współpracy z Europejską Agencją Kosmiczną, która zdecydowała się na poniesienie części kosztów (m.in. budowa paneli słonecznych i instrumentów pierwszej generacji). Naciski na polityków odniosły w końcu skutek i w 1978 roku Kongres USA przeznaczył kwotę 38 milionów dolarów na pierwsze prace związane z teleskopem kosmicznym. Według wstępnych planów miał się on znaleźć na orbicie w roku 1983.

Inżynierowie firmy Perkin-Elmer przy głównym zwierciadle HST. Nie nałożono jeszcze powłoki odbijającej, więc widać wewnętrzną strukturę zwierciadła. Źródło: NASA.

Jak to często bywa w tak dużych projektach, zanotowano kolejne opóźnienia i data startu była wielokrotnie przekładana. Wiązało się to głównie z problemami z wykonaniem optyki, która znacznie różniła się od tego, czego dotychczas używano w teleskopach naziemnych. Po pierwsze, zdecydowano się na układ optyczny Ritchey-Chrétiena, w którym oba zwierciadła (główne i wtórne) mają kształt hiperboliczny i wcale nie są łatwe do wyszlifowania. Ze względu na duże różnice temperatur w przestrzeni kosmicznej, zwierciadło główne musiało być wykonane ze specjalnego, zupełnie nowego typu szkła. Co więcej, z powodu wymaganych ograniczeń na wadze, nie mogło być monolitycznym blokiem, lecz powinno mieć wewnątrz strukturę plastra miodu. Dodatkowo, ze względu na konieczność obserwacji w szerokim zakresie widma (od ultrafioletu do podczerwieni) precyzja jego szlifu powinna sięgać 10 nanometrów, czyli kilkukrotnie lepiej niż w przypadku zwykłych teleskopów. Już wtedy było wiadomo, że daty startu wyznaczonej na rok 1983 nie da się dotrzymać i przesunięto ją na październik 1984 roku.

Prace konstrukcyjne przy HST prowadzone w 1980 roku. Źródło: NASA.

Firma Perkin-Elmer odpowiedzialna za optykę teleskopu kosmicznego, który na początku lat 80. XX wieku zdecydowano się nazwać imieniem Edwina Hubble’a, miała problemy nie tylko ze zwierciadłem głównym, ale także z konstrukcją pozostałych elementów. W efekcie nastąpiło kolejne przesunięcie startu, tym razem na kwiecień 1985 roku, a potem na rok 1986.

Pierwotny koszt projektu oceniano na 400 milionów dolarów, ale już w 1986 roku, tuż przed planowanym startem, sięgał 1.175 miliarda dolarów. Pech jednak nie przestawał prześladować HST, bo gdy już wszystko wydawało się iść w dobrym kierunku, 28 stycznia 1986 roku doszło do katastrofy promu Challenger. Loty wahadłowców zostały wstrzymane na ponad dwa lata, a gotowe do wysłania na orbitę elementy Teleskopu Kosmicznego Hubble’a musiały być przetrzymywane w sterylnych warunkach, co wymagało ponoszenia kolejnych, znaczących kosztów.

Wyniesienie HST na orbitę przez misję STS-31. Źródło: NASA/IMAX.

Po wznowieniu lotów wahadłowców, wyniesienie HST na orbitę zaplanowano na rok 1990 i tym razem terminu dotrzymano. Wreszcie, 24 kwietnia 1990 roku misja STS-31 promu Discovery zakończyła się sukcesem i teleskop został umieszczony na orbicie. Na ten moment budżet projektu zamykał się kwotą 2.5 miliarda dolarów, czyli był ponad sześć razy większy niż oryginalnie zaplanowano.

Na tym nie koniec problemów. „Pierwsze światło” nowego instrumentu uzyskano 20 maja 1990 roku wykonując zdjęcia gromady otwartej NGC 3532 w konstelacji Kila. Szybko okazało się, że otrzymywane obrazy mają dużo niższą rozdzielczość niż zakładano pierwotnie. Winę za ten stan rzeczy ponosiła aberracja sferyczna wprowadzana przez zwierciadło główne.

Jak to się stało, że najdroższe zwierciadło w historii ludzkości zostało wysłane w Kosmos z wadą tak elementarną i dużą, że jej obecność wykryłby miłośnik astronomii szlifujący ręcznie zwierciadła w swoim amatorskim warsztacie? Pech? Tym razem bardziej pośpiech, pycha, nadmierne zaufanie technikom komputerowym i cięcia kosztów. Żeby uzmysłowić sobie skalę wpadki, warto przypomnieć, że powierzchnię zwierciadła szlifowano z dokładnością 10 nanometrów. Tymczasem peryferyjne części zwierciadła były zbyt płaskie o wartość… 2200 nanometrów, czyli 220 razy większą niż wymagana dokładność. W przypadku tak precyzyjnej optyki to wynik katastrofalny.

W celu wyjaśnienia źródła problemu powołano specjalną komisję pod kierownictwem Lewa Allena z Jet Propulsion Laboratory. Okazało się, że główny korektor zerowy używany przez firmę Perkin-Elmer, który służył do sprawdzania krzywizny zwierciadła, był wadliwy. Jedna z jego soczewek była położona aż 1.3 mm od właściwej pozycji. Podczas wstępnego nadawania kształtu zwierciadła używano dwóch innych, prawidłowych korektorów i wtedy wszystko było w porządku. Do finalnego figurowania powierzchni użyto jednak korektora wadliwego. Co ciekawe, podczas ostatecznych testów dwa prawidłowe korektory wskazywały na istnienie zauważalnej aberracji sferycznej, ale ich odczyty zignorowano, ufając pomiarom korektora wadliwego.

Porównanie obrazów galaktyki M100 uzyskanych Teleskopem Kosmicznym Hubble'a w oryginalnej konfiguracji (lewy obraz), po zamontowaniu kamery WFPC2 zawierającej specjalny układ korygujący (środkowy obraz) i po zamontowaniu WFC3 (prawy obraz). Źródło: NASA/ESA.

W następnych latach NASA zaprojektowała specjalny moduł korygujący o nazwie Moduł Korekcyjnej Optyki Osiowej (COSTAR). Został on zamontowany przez ekipę astronautów z promu kosmicznego Endeavour podczas misji serwisowej STS-61, która odbyła się w grudniu 1993 roku. Moduł COSTAR korygował obraz tylko w modułach Kamera Obiektów Słabych (FOC), Spektograf Obiektów Słabych (FOS) i Spektrograf Wysokich Rozdzielczości Goddarda (GHRS), gdyż główna Kamera Szerokokątna i Planetarna pierwszej generacji (WFPC1), podczas tej samej misji, została wymieniona na nową WFPC2, która sama w sobie zawierała odpowiedni układ korygujący i nie wymagała współpracy z COSTAR-em.

Moduł COSTAR w 2009 roku podczas jego usuwania przez misję STS-125. W tym czasie wszystkie instrumenty miały już swoje własne układy korygujące i COSTAR był zbędny. Jego miejsce zajął Cosmic Origins Spectrograph. Źródło: NASA.

Udana misja serwisowa przełamała serię porażek związanych z HST, a jego dalszą pracę zamieniła na pasmo sukcesów. NASA i ESA potrzebowały nie tylko imponujących odkryć naukowych opartych o obserwacje wykonane teleskopem kosmicznym, ale musiały udowodnić podatnikom, że teleskop w połączeniu z instrumentami nowej generacji wreszcie daje obrazy zapierające dech w piersiach. Od 1994 roku zaczęto więc uzyskiwać zdjęcia najbardziej spektakularnych obiektów na niebie, a jednym z nich były właśnie „Filary stworzenia”.

Za tym kultowym zdjęciem stoją Jeff Hester i Paul Scowen z Arizona State University. Wykonali je w kwietniu 1995 roku wykorzystując 32 obrazy z Kamery Szerokokątnej i Planetarnej 2 (WFPC2). Charakterystyczny wygląd zdjęcia wynika ze specyficznego ułożenia detektorów składających się na ten instrument. Mamy tam cztery kamery CCD o rozdzielczościach 800×800 pikseli każda. Trzy ułożono w kształt litery L, natomiast czwartą umieszczono w środku. Ona jednak jest „obsługiwana” przez optykę dającą mniejszy kąt widzenia, a przez to zapewniającą większą szczegółowość obrazu.

Zdjęcie stało się tak znane i ważne, że chcąc uczcić 25. rocznicę wyniesienia HST na orbitę, NASA i ESA zdecydowały się na powtórzenie tego ujęcia, ale tym razem przy pomocy nowoczesnej Wide Field Camera 3 zainstalowanej w roku 2009. Poniżej prezentujemy je w ograniczonej rozdzielczości, ale na stronie Wikipedii jest ono do pobrania w pełnym wymiarze aż 48 MPix.

Zdjęcie „Filarów stworzenia” wykonane przez Teleskop Kosmiczny Hubble’a w 2015 roku. Źródło: NASA/ESA.

Opowiedzieliśmy historię stojącą za powstaniem zdjęcia przedstawiającego „Filary stworzenia”, ale wciąż nie wiemy, czym one tak naprawdę są i gdzie ich szukać na sferze niebieskiej. Nie zwlekajmy więc i przejdźmy do konkretów.

Patrząc na nazwę bohatera naszego odcinka oraz rożne miana, jakim go określamy, można być lekko skonfundowanym. Z jednej strony mówimy, że M16 to gromada otwarta gwiazd, z drugiej, nazywamy ją Mgławicą Orzeł, często dodając, że jest to mgławica emisyjna. Dodatkowo pojawiają się jeszcze owe „Filary stworzenia”. Na szczęście nie ma tutaj żadnej sprzeczności. M16 to nic innego jak bardzo młody obszar, w którym chmura gazu i pyłu zaczęła zapadać się tworząc poszczególne gwiazdy niespełna 2 miliony lat temu. W skali kosmicznej to naprawdę krótki przedział czasu, przez to, oprócz bardzo młodych gwiazd, których wiek szacuje się właśnie na 1–2 miliony lat, znajdziemy tam ogromne pokłady gazu i pyłu, który jeszcze nie został zużyty na tworzenie nowych obiektów, a jednocześnie jest intensywnie podświetlany przez blask młodych gwiazd. Szczególnie te najmasywniejsze z nich świecą bardzo jasno emitując duże ilości energetycznego promieniowania ultrafioletowego, które intensywnie oddziałuje z gazem i pyłem.

Zdjęcie M16 wykonane przez projekt 2MASS. Źródło: Wikipedia.

W M16 znajdziemy około 8000 młodych gwiazd, które upakowane są w obszarze około 15 lat świetlnych. Cała mgławica gazowo-pyłowa, której najbardziej spektakularną częścią są właśnie „Filary stworzenia”, ma jednak rozmiar aż 70 na 55 lat świetlnych. Najjaśniejsza gwiazda M16 ma jasność 8.2 magnitudo i jest bez problemów dostrzegalna przez małą lornetkę. To tak naprawdę układ podwójny składający się z dwóch gwiazd typu widmowego O, z których większa ma masę aż 80 mas Słońca i jasność około miliona razy większą od jasności naszej dziennej gwiazdy.

Mgławica Orzeł została odkryta przez szwajcarskiego astronoma Jeana-Philippe de Chéseaux w roku 1745 lub 1746. W czerwcu 1764 roku odkrył ją niezależnie Charles Messier.

M16 to obiekt, który najlepiej obserwować na przełomie wiosny i lata. Pod koniec czerwca, około północy, znajdziemy go 25 stopni nad południowym horyzontem, prawie dokładnie na granicy konstelacji Węża, Tarczy i Strzelca. Końcówka czerwca to jednak w Polsce najgorszy czas do obserwacji astronomicznych, ze względu na krótkie i jasne noce. Nie warto się więc spieszyć i z obserwacjami można bez problemów poczekać do początków sierpnia. Noce są wtedy równie pogodne, ciemniejsze, a dodatkowo nie trzeba ich zarywać, bo M16 będzie widoczna wieczorem.

Widok na południowy horyzont pod koniec czerwca w okolicach północy. Podobny widok zobaczymy na początku sierpnia około godziny 22 czasu lokalnego.

M16 jest obiektem jasnym i świetnie nadaje się do obserwacji przez każdą lornetkę, od przeglądowej do potężnej lornety o obiektywie 100–150 mm. W każdym wypadku trzeba pamiętać jednak o kilku rzeczach. Jego deklinacja wynosi −13.8 stopnia, a to oznacza, że w Polsce północnej wznosi się maksymalnie 21 stopni, a w Polsce południowej 26 stopni nad horyzontem. To w zasadzie granica komfortowych obserwacji, więc trzeba zadbać, aby nasze miejsce obserwacji miało dobry widok na południowy nieboskłon, bez świateł miejskich i zanieczyszczonego nieba, które ogranicza widoczność szczególnie na niskich wysokościach nad horyzontem. Gdy w wakacje wybierzecie się na południe Europy, koniecznie weźcie ze sobą lornetkę i spójrzcie przez nią na M16. W Chorwacji obiekt będzie górował już na wysokości 31 stopni nad horyzontem, a na południu Grecji, Włoch, Turcji, czy na Cyprze wartość ta dojdzie do komfortowej już wielkości ponad 40 stopni. Zdecydowanie warto to wykorzystać! Tym bardziej, że na wypadzie turystycznym lornetka przyda nam się znakomicie także w trakcie dnia.

Mgławica Orzeł sfotografowana w podczerwieni. Źródło: ESO.

Prawidłowo zaadoptowany do ciemności wzrok, ciemny i czysty południowy horyzont, wycieczka na południe Polski lub najlepiej Europy oraz jasna przeglądowa lornetka dobrej klasy o dużej źrenicy wyjściowej to perfekcyjna recepta na obserwacje M16 i jej okolic. Przepiękne rejony Drogi Mlecznej blisko samego jej centrum leżącego w konstelacji Strzelca pokażą nam się wtedy w pełnej krasie i szybko przekonamy się, że Mgławica Orzeł to tylko jeden z wielu spektakularnych obiektów, które możemy tam dojrzeć. Pozostałe mgławice i gromady to już jednak materiał na zupełnie inną opowieść.

Sponsorem cyklu „Niebo przez lornetkę” jest firma: