טלסקופ החלל האבל – "אסון הצ'לנג'ר של האסטרונומיה", חלק א'

כתב: רן לוי

באחת הסצינות המשובחות של הקומדיה 'האקדח מת מצחוק 2.5' רואים את הבלש פרנק דרבין מדוכדך בעקבות אהבה נכזבת, יושב בפאב שכל כולו עצבות וסבל. זמרת בלוז שרה שירי דיכאון, המלצרית מציעה גלולות רעל וחבל תליה, ועל הקירות תלויות תמונות של הטיטאניק שוקעת, ההינדנבורג עולה באש – וגם, אם מסתכלים ממש טוב על אחד הקירות הצדדיים – תמונה של טלסקופ החלל "האבל," מקיף את כדור הארץ.

הסצנה הזו מסבירה טוב יותר מאלף מילים את עומק הצרה שבה הייתה נתונה סוכנות החלל האמריקנית בשנת 1990. האבל לא היה 'סתם' עוד לווין כושל: האבל היה סמל. סמל לבזבוז משווע של כספי משלם המסים; סמל לסוכנות שפעם הייתה מסוגלת להנחית אדם על הירח בתשע שנים ועכשיו תקועה בבוץ של בירוקרטיה ואינספור נהלים; וסמל לדעיכת התעשייה האמריקנית המפוארת שבאותם ימים הלכה ואיבדה את מעמדה לטובת מפעלים יפניים מתוחכמים. אף אחד מהמהנדסים ומהמדענים שעבדו על הפרויקט האדיר הזה במשך כמעט עשרים שנה לא דמיין לעצמו עד כמה עמוק יהיה הכישלון. וכל זה, מדוע? בגלל 1.3 מילימטר.

צרות עם האטמוספרה

הנרי ראסל היה אסטרונום אמריקני ידוע בראשית המאה העשרים, וידוע כי פעם הצהיר – 'הלוואי ואחרי שאמות, אלוהים ירשה לי לקחת את כל הציוד, ולהקים מצפה כוכבים על הירח.' אינני יודע אם ראסל אכן אמר את המשפט המיוחס לו, אבל אין ספק שאסטרונומים רבים – גם בימינו – מזדהים עם תחושותיו. כמעט מהרגע שבו כיוון גלילאו גליליי את הטלסקופ שלו אל השמיים, הבינו אסטרונומים שהם ניצבים בפני אויב מר ובלתי מנוצח: האטמוספרה.  שכבת הגזים המקיפה את כדור הארץ אולי נראית לנו שקופה, אבל כשמדובר באור הקלוש שמגיע מהכוכבים הרחוקים – יש לה השפעה דרמטית. בין השכבות שונות באטמוספרה יש הבדלי טמפרטורה וצפיפות, ובכל פעם שקרן אור עוברת בין שתי שכבות – היא נשברת ומשנה את כיוונה במעט, כך שהכוכב נראה כאילו הוא מרצד ומנצנץ. אנחנו רגילים לראות את התופעה הזו בימים חמים, כשאוויר חם מעל כביש לוהט גורם לאור שעובר דרכו 'לרקוד' ולרצד גם כן.

הריצוד הבלתי פוסק מקשה על חייהם של האסטרונומים. דמיינו לעצמכם שמישהו היה מרכיב לכם על העיניים משקפים מרוחות בפס דק של שמן, וכל מה שאתם רואים הוא מעוות ומרוח מעט. כך מרגישים אסטרונומים כשהם מנסים לחשוף את סודות היקום דרך הטלסקופים שלהם. אין פלא, אם כן, שמזה שנים מנהלים אסטרונומים יחסי אהבה-שנאה עם האוויר. אם תדחקו אסטרונום לפינה יכול להיות שתצליחו לחלץ ממנו הודאה שהאטמוספירה שלנו בכל זאת קצת שימושית – אתם יודעים, לנשום וכל זה – אבל לאורך השנים בנו אסטרונומים את הטלסקופים שלהם על ראשי הרים גבוהים, שיגרו מכשירי תצפית על גבי רקטות קטנות והפריחו בלוני הליום לגובה של עשרות קילומטרים – הכל במאמץ להשאיר כמה שיותר אוויר מאחוריהם.

הרמן אוברת (Oberth) הגרמני היה המדען הראשון שהציע לשלוח טלסקופ לחלל כדי להשתחרר לחלוטין ממגבלות האטמוספירה. השנה הייתה 1923, וחלוצי המהנדסים בנו רקטות קטנות שבקושי היו מסוגלות לטוס ישר – שלא לדבר על לצאת את גבולות האטמוספירה. אין פלא שעבודת הדוקטורט של אוברת נדחתה על הסף. אבל עשרים שנה מאוחר יותר פיתח גרמני אחר, ורנר פון-בראון (Von Braun), רקטה בשם V2 שכאשר לא הייתה עסוקה בלהשמיד שכונות בלונדון, חוללה מהפכה בחקר החלל: בפעם הראשונה הייתה בידי בני האדם טכנולוגיה שאפשרה, לפחות באופן תאורטי, לעזוב את כדור הארץ.

ליימן שפיצר

ליימן שפיצר (Spitzer) היה פיזיקאי אמריקני. במלחמת העולם השניה גויס שפיצר לעסוק בפיתוח סונאר וכשנסתיימה המלחמה ושפיצר חזר לעיסוקו המקורי, פנה אליו בהצעה מכר שהועסק בחברת RAND, תאגיד מחקר גדול שעסק במחקר עבור חיל האוויר של ארצות הברית. המכר הציע לשפיצר להצטרף לקבוצה סודית בתאגיד שבחנה את האפשרות לשלוח לחלל לווין מלאכותי בפעם הראשונה, ואת היתרונות שיהיו ללווין שכזה עבור מחקר אסטרונומי.

שפיצר היה תלמידו של הנרי ראסל, האסטרונום שחלם להקים מצפה על הירח בגלגול הבא, והכיר היטב את הקשיים שמציבה האטמוספירה לחוקרים. אמנם הלווין ספוטניק לא היה עתיד להמריא לחלל לפחות בעשרים שנה הקרובות והאפשרות המעשית לשלוח לווין שכזה לחלל הייתה עדיין קלושה – אבל שפיצר היה חובב נלהב של מדע בדיוני, ואף העיד על עצמו בכנות שיש לו חולשת אופי בולטת אחת: A Fascination with the spectacular – או בתרגומו של ז. בהלול – "משיכה עזה אל הספקטקולרי." הוא הצטרף לקבוצה וב-1946 פרסם מאמר בשם 'יתרונות אסטרונומיים של תצפית מהחלל החיצון'.

במאמרו ציין שפיצר כמה וכמה סיבות טובות להציב טלסקופ מחוץ לאטמוספירה. הראשונה הייתה התגברות על תופעת הריצוד, שתאפשר להגדיל את חדות התמונות המתקבלות עד פי שלושת אלפים ביחס לטלסקופים המוצבים על הקרקע. הסיבה השנייה היא שבכדור הארץ האסטרונומים נתקלים במה שמכונה 'זיהום אור': כמות גדולה של אור מלאכותי שמסתיר ומטשטש את אור הכוכבים. בתל אביב, למשל, זיהום האור בגלל פנסי הרחוב, פנסי המכוניות וכו' הוא כה גדול עד שבקושי אפשר להבחין בכוכבים בעין הבלתי מזוינת, ולכן ילדים תל-אביבים משוכנעים שסטטיק הוא סוג של כוכב. טסלקופ חלל לא ייתקל בבעיה כזו, כל עוד מכוונים אותו מהשמש והלאה.

סיבה שלישית היא שהאטמוספירה שלנו 'בולעת' חלק מהקרינה המגיעה מהחלל. האור הנראה וקרינה בתחום הרדיו עוברים דרכה, אבל אור בתדרים אחרים כגון קרינת גמא, קרינה אולטרא-סגולה וקרינה אינפרה-אדום נחסם כמעט לחלוטין. טלסקופ חלל יוכל לקלוט אור בתחומי תדר שבהם טלסקופיים ארציים עיוורים כמעט לגמרי.

הנקודה האחרונה מובילה אותנו למה שהיא אולי ההשערה החשובה שהעלה שפיצר במאמרו:

"אמנם ייתכן כי ניתוח מעמיק יותר ישנה כמה מן הפרטים בדו"ח זה, אך סביר להניח שלא ישנה את המסקנה העיקרית והיא – שמכשיר מדעי זה, אם יהיה אפשרי מבחינה מעשית, עשוי […] לפתוח בפנינו אופקים חדשים לגמרי של מחקר אסטרונומי."

במילים אחרות, שפיצר לא ראה בטלסקופ חלל מכשיר שרק ירחיב את הידע האסטרונומי שכבר קיים בידינו ויחדד אותו – אלא יאפשר לנו לצפות, בפעם הראשונה, בתופעות אסטרונומיות שאפילו לא ניחשנו את דבר קיומן. במובן זה, טלסקופ החלל יהיה חשוב כמו אותו טלסקופ ראשון שכיוון גלילאו אל כוכב הלכת צדק – וגילה שגם לכוכבי לכת אחרים יש ירחים משלהם, תגלית דרמטית ובלתי צפויה.

מאמרו של שפיצר לא זכה לתפוצה גדולה, ומעטים האסטרונומים ששמעו עליו, אם בכלל. וגם אם היו שומעים – לא הייתה בכך כל תועלת שכן בשלב זה אפילו ספוטניק היה זה רק ניצוץ בעיני מהנדסים סובייטים. אך למאמר הייתה השפעה חשובה – על שפיצר עצמו. שנים לאחר מכן הוא אמר:

"מחקרי [לשם כתיבת המאמר] שכנעו אותי שטלסקופ חלל גדול יוכל לחולל מהפכה באסטרונומיה – וייתכן כי ניתן יהיה לשגר אותו בימי חיי."

פרויקט טלסקופ החלל יוצא לדרך

לשפיצר הייתה סבלנות, והזמן שיחק לטובתו. ככל שחלפו השנים הלך והתעצם מירוץ החלל: הסובייטים היכו את האמריקנים שוק על ירך עם ספוטניק וגאגארין, האדם הראשון שנשלח לחלל – והאמריקנים החזירו עם תוכנית אפולו. נאס"א אפילו החלה לשלוח לחלל לוויני מחקר קטנים עם יכולות תצפית מוגבלת. הקרקע הפוליטית והטכנולוגית הייתה בשלה לרעיונות נועזים בחקר החלל – והרעיון של טלסקופ גדול בחלל לא מש ממוחו של ליימן שפיצר. בשלב זה כבר היו באמתחתו של שפיצר מספר מחקרים פורצי דרך באסטרופיזיקה ובהיתוך גרעיני, וב-1960 נבחר לנשיא אגודת האסטרונומים האמריקנית. מעמדו כאחד האסטרונומים הבכירים והנודעים ביותר בארצות הברית אפשר לו להמשיך ולדחוף את הרעיון של שיגור טלסקופ גדול לחלל, עד שב-1965 החליטה ממשלת ארצות הברית להרים את הכפפה ולהוציא את הפרויקט הנועז לדרך. שפיצר מונה לראש הוועדה שהגדירה את תכונותיו העיקריות של הטלסקופ ואת מטרותיו.

אולי תופתעו לשמוע שההתנגדות הגדולה ביותר לטלסקופ החלל לא הגיעה, בשלב זה, מפוליטיקאים או ממשרד האוצר – אלא דווקא מקהילת האסטרונומים, אלה שאמורים היו לצאת נשכרים מהפרויקט. השיקול המרכזי של המתנגדים היה השיקול הכספי. לכולם היה ברור שבניית טלסקופ גדול ושיגורו לחלל יהיה עניין יקר – אולי המזם המדעי היקר ביותר אי פעם בתולדות האנושות – ומטבע הדברים, כסף שיופנה לטובת הפרויקט ייגרע מתקציב פרויקטים אחרים. זאת אומרת, האנושות אולי תרוויח מטלסקופ החלל – אבל הם עצמם יפסידו מכך. ומה יקרה, הקשו המבקרים, אם לאחר כל ההשקעה הכספית האדירה הזו, הטיל שיישא את הטלסקופ לחלל יתפוצץ בהמראה – והכל יירד לטמיון? צריך גם להבין שתצפיות אסטרונומיות מן הקרקע היו באותם הימים בשיא 'תקופת זוהר' מוצלחת במיוחד: טלסקופים קרקעיים בתדרי הרדיו גילו תופעות מרתקות כגון קוואזרים, קרינת הרקע הקוסמית, פולסארים ועוד – והיו כאלה שפקפקו בתועלת מעשית של טלסקופ החלל. אם הטלסקופים הקרקעיים מפיקים תצפיות כה טובות – למה לבזבז זמן ומשאבים על טלסקופ חלל…?

אבל שפיצר לא ויתר. לכל אורך שנות השישים והשבעים עבר שפיצר מאוניברסיטה לאוניברסיטה וממכון מחקר אחד לאחר כדי לשכנע מדענים בעניין בניית הטלסקופ. הרי טלסקופ גדול בחלל יוכל להביט אל מקומות מרוחקים שבני אדם אפילו לא חלמו עליהם עד היום, ולכן לא יהיה רק המשכו של המחקר הקיים אלא יחשוף בפנינו תופעות שאפילו לא ניחשנו את קיומן. טלסקופ חלל יהיה שווה את ההשקעה!

לשפיצר הייתה נקודת לחץ יעילה נוספת. נאס"א עמלה במרץ על פיתוח תכנית מעבורת חלל, אך נתקלה גם היא בהתנגדות לא מבוטלת מצד כאלה שטענו שחלליות רובוטיות טובות מספיק, וכי אין טעם כלל לשגר בני אדם לחלל. טלסקופ החלל, עם זאת, ידרוש תחזוקה קבועה – תחזוקה שרובוטים יתקשו לבצע ולכן לראשי נאס"א יהיה תירוץ מעולה להמשך פיתוח המעבורת. שפיצר הבין זאת, ומכתחילה דחף לכך שהטלסקופ יינשא לחלל על ידי מעבורת ויתוכנן כך שאסטרונאוטים יוכלו להחליף בו רכיבים ולבצע עבודות תחזוקה רצויה.

עבודת השטח של שפיצר הוכיחה את עצמה ב-1974, כשהנשיא ג'רלד פורד הורה על הפסקת מימון פרויקט הטלסקופ במסגרת קיצוצי תקציב. קהילת האסטרונומים יצאה בקמפיין ציבורי חסר תקדים להציל את הטלסקופ. אסטרונומים רבים נפגשו עם אנשי קונגרס וסנטורים. האקדמיה הלאומית למדעים פרסמה דו"ח מיוחד שהדגיש את הצורך בטלסקופ, טורים בעיתונות קראו לביטול הגזירה ונבחרי הציבור הוצפו במאות אלפי מכתבים וגלויות מהבוחרים שלהם. הייתה זו הפעם הראשונה בתולדות המדע שבה התגייסו חוקרים ומדענים רבים כל כך למאמץ משותף כדי להשפיע על דעת הקהל והחלטות הממשל. ההתגייסות עשתה את שלה, וב-1977 אישר הקונגרס את התקציב להמשך הפרויקט.

פשרות כואבות

אך למרות דעת הקהל האוהדת, פרויקט הטלסקופ התמודד כל העת עם קשיי תקצוב אדירים. התנגדות עיקשת מצד חברי קונגרס והכריחה את מתכנני הטלסקופ להסכים לכמה פשרות כואבות – הגדולה שבהן הייתה הקטנת קוטרה המתוכנן של המראה הראשית של הטלסקופ משלושה מטרים – ל 2.4 מטרים. יואב לנדסמן, מהנדס מערכת בכיר ב- SPACEIL, הקבוצה שתנחית את החללית הישראלית הראשונה על הירח ומנחה תוכנית האינטרנט 'החללית', יתאר את ההשלכות המעשיות של הקטנת המראה. ראיין את יואב – נתן פוזניאק, האיש שלנו למשימות מיוחדות.

"[נתן] טוב, עברו יום, עברו יומיים, ההתלהבות מהפרוייקט פחתה והתחיל להיות קשה להשיג כסף. הלחצים היו גדולים. מה קרה בסוף? השלושה מטר לא יצאו לאור.

[יואב] צמצמו את גודל המראה משלושה מטרים ל-2.4 מטרים.

[נתן] דרך אגב, זה נשמע כאילו זה לא הרבה: משלוש ל-2.4. אבל למעשה זהו הבדל ממש משמעותי כי השטח הוא פונקציה של הרדיוס בריבוע.

[יואב] נכון, זה מאד משמעותי. ככל שהמראה של הטלסקופ תהיה גדולה יותר בקוטר שלה, היא תאסוף יותר אור וכך יהיה אפשר להשיג תמונות הרבה יותר חדות. הרבה פעמים אנשים מתבלבלים ומדברים על ההגדלה של הטלסקופ. הגדלה זה לא מה שחשוב פה. אני יכול לקחת תמונות במחשב, למשל, ולהגדיל אותן כמה שנרצה – היא תהיה מאד מפוקסלת: לא עשינו כלום, בעצם. כל הרעיון הוא לאסוף כמה שיותר אור ולהשיג תמונות כמה שיותר חדות, כי אז אנחנו יכולים לראות את הפרטים הקטנים שנסתרים מן העין, לגלות יותר מידע ולהבין יותר מה קורה מאחוריהם.

[נתן] ולכן ככל שהמראה יותר גדולה, אפשר לאסוף יותר מידע ברזולוציה יותר גבוהה.

[יואב] נכון.

[נתן] אני מוכרח לעצור אותך שניה. מה, מראה ולא זכוכית מגדלת, כמו במשקפת? למה צריך מראה?

[יואב] בגדול, עולם הטלסקופים נחלק לשניים: לטלסקופים עם עדשות, ולטלסקופים עם מראות."

אני אעצור שניה את יואב כדי להסביר את ההבדל העקרוני בין מראה ועדשה. בעדשה, קרני האור עוברות דרך הזכוכית או החומר ממנו עשויה העדשה, וכתוצאה מהמעבר נשברות כך שכולן מגיעות לאותה נקודת מוקד אחת: באופן זה נוצרת התופעה שאנחנו חווים אותה כהגדלה, כמו בזכוכית מגדלת. במראה, לעומת זאת, קרני האור אינן עוברות דרך הזכוכית אלא מוחזרות לאחור, לכיוון ממנו באו. אם למראה יש קימור מתאים, אזי כל הקרניים המוחזרות מתרכזות גם כן לנקודת מוקד אחת – וכך נוצרת, שוב, הגדלה.

"הטלסקופים הראשונים היו עם עדשות, כמו הטלסקופ של גלילאו, והסיבה היא שהרבה יותר קל ללטש עדשות מאשר מראה. לכן הטלסקופים הראשונים היו כאלה.

הטלסקופ הראשון עם המראות, אני חושב שניוטון היה אחראי לו. שם הדברים קצת יותר מסובכים, אבל מצד שני יש גם תוצאות הרבה יותר טובות. לעדשה יש כל מיני עיוותים. אור נשבר דרך עדשה…

[נתן] דרך התווך של הזכוכית בעדשה.

[יואב] נכון, הוא נשבר בצורה שונה כתלות באורך הגל שלו. ולכן אור לבן שעובר דרך עדשה – זה נקרא 'נפיצה' – נשבר לאורכי גל שונים, וכך אפשר דרך מנסרה, למשל, לקבל צבעים שונים מתוך האור הלבן. זה אור שבסוף מגיעה לעין שלנו התמונה שאנחנו רוצים, אבל רואים את האדום והסגול בשוליים, בקצוות. אנשים שמחפשים את זה יודעים לשים לב לתופעה הזו, שנקראת 'אברציה'. במראות, זה לא קורה.

ולגבי טלסקופי חלל, יש יתרון עוד יותר חשוב למראות והוא שהם פשוט הרבה יותר קלות.

[נתן] כי אין צורך בעובי של העדשה.

[יואב] ואני גם אוסיף לזה, לגבי טלסקופים קרקעיים, כשאתה רוצה טלסקופ ענק בקוטר של כמה מטרים, ללטש מראה הופך להיות הרבה יותר פשוט מאשר ללטש עדשה. זה פשוט המון חומר."

מעניין לציין שחלק גדול מהתשתית הטכנולוגית לפיתוחו של האבל לא הגיעה מהטכנולוגיה ששימשה את הטלסקופים הקרקעיים – אלא דווקא מהטכנולוגיה ששימשה את האמריקנים לבניית לוויני הריגול, כחלק מהמלחמה הקרה נגד ברית המועצות. התעשיה הצבאית האמריקנית צברה לא מעט ניסיון בתכנון ובבניה של לוויני תצפית שצפו על כל תנועה בבסיסי הצבא הסובייטים, ואותה הטכנולוגיה יושמה גם בפיתוח המערכת האופטית של הטלסקופ – שבמקום להתבונן מטה, אל כדור הארץ, היה אמור להפנות את מבטו אל הכוכבים. כמו האינטרנט, גם זו דוגמה נאה לאופן שבו טכנולוגיות צבאיות מתקדמות 'זולגות' אל העולם האזרחי.

בנייתו של טלסקופ נמשכה עד 1985, ובינתים זכה לקבל שם רשמי: 'טלסקופ החלל האבל', על שמו של אדווין האבל (Hubble), אחד האסטרונומים החשובים של המאה העשרים. השיגור תוכנן לספטמבר 1986 – אך בינואר של אותה השנה התפוצצה המעבורת צ'לנג'ר בעת ההמראה – וכל מעבורות החלל קורקעו למשך שלוש שנים. בסופו של דבר הוצב הטלסקופ על סיפונה של מעבורת החלל דיסקברי והיא אמורה הייתה להמריא בעשרים וארבעה באפריל, 1990.

זו נקודה טובה לעצור, להביט אחורה, ולסקור את כל הפרויקט האדיר הזה. ארבעים וארבע שנים חלפו מאז שהציע ליימן שפיצר לראשונה לשגר טלסקופ לחלל. עשרים וחמש שנים חלפו מאז הוקמה ועדת התכנון הראשונית. בנייתו של הטלסקופ עצמו ארכה שלוש עשרה שנים – חמש שנים יותר מהזמן שלקח לפתח את הטכנולוגיה שהביאה את האדם אל הירח. עשרות אלפי מהנדסים, מדענים, כלכלנים, אדמיניסטרטורים ופוליטיקאים היו מעורבים בפרויקט בדרך זו או אחרת. עלותו הכוללת של הפרויקט הייתה, בשלב זה, כשניים וחצי מיליארד דולר – הניסוי המדעי היקר ביותר בהיסטוריה, עד אותו הזמן. הרבה תקוות, תקציבי מחקר וקריירות של אנשים היו תלויות בהאבל.

"טעות של טירונים"

אחת הקריירות המדוברות הייתה זו של ג'ים קרוקר (Crocker), ראש מחלקת התפעול במכון טלסקופ החלל (Space Telescope Science Institute) – מכון מחקר שהוקם במיוחד כדי לנהל את העבודה המדעית באמצעות הטלסקופ ולהקצות זמן תצפית הולם לחוקרים שונים. כמו רבים אחרים במכון, גם קרוקר צפה בעיניים נוצצות בדיסקברי ממריאה על שובל עשן אדיר, ובצילומים שהראו את הזרוע הארוכה של המעבורת שולפת את האבל מתא המטען ומשחררת אותו לרחף בחלל לצד המעבורת. כמה רגעי חרדה מתוחה עברו על כולם בחדר הבקרה כשאחד מהפאנלים הסולריים של הטלסקופ, משטחים המספקים לו את האנרגיה החיונית לפעילותו, סירב להיפתח: אחד החיישנים אותת על תקלה כלשהי ומנע את הפתיחה. בנאס"א שיערו שהתקלה היא דווקא בחיישן ושהפאנל בסדר. הם לקחו את הסיכון ועקפו את החיישן. ההחלטה התבררה כנכונה, והפאנל נפרש כהלכה.