Última atualização: 12 de outubro de 2025

O Telescópio Espacial Hubble: Três Décadas de Revelações

O telescópio espacial Hubble em órbita terrestre

Uma janela aberta para o cosmos

Lançado em 24 de abril de 1990, o Telescópio Espacial Hubble tornou-se um dos instrumentos mais influentes da astronomia moderna. Colocado em órbita a 547 km de altitude, ele escapa da turbulência atmosférica terrestre, oferecendo uma resolução angular de cerca de 0,05 segundos de arco. O Hubble explorou o passado cósmico até desvio para o vermelho \( z > 10 \), revelando galáxias formadas menos de um bilhão de anos após o Big Bang.

Sua câmera WFC3 e seu espectrógrafo COS capturaram a luz de objetos tão distantes que sua radiação visível agora está deslocada para o infravermelho, de acordo com a lei de Hubble: \( v = H_0 \, d \) onde \( v \) é a velocidade de afastamento, \( H_0 \) é a constante de expansão e \( d \) é a distância até a galáxia observada.

N.B.:
O desvio para o vermelho, denotado \( z \), mede a variação do comprimento de onda de uma linha espectral entre a emissão e a observação. É definido pela relação: \( z = \frac{\lambda_{obs} - \lambda_{emit}}{\lambda_{emit}} \)
Um desvio para o vermelho positivo (\( z > 0 \)) corresponde a um desvio para o vermelho, indicando que o objeto está se afastando do observador. Por outro lado, um desvio para o vermelho negativo (\( z < 0 \)) corresponde a um desvio para o azul. Em grande escala, os valores de \( z \) observados para galáxias e quasares são proporcionais à sua distância segundo a lei de Hubble, \( v = H_0 \, d \), assinatura direta da expansão do universo.

Medir a expansão do universo

Uma das missões principais do Hubble foi a medição precisa da taxa de expansão do universo. Ao observar cefeidas e supernovas do tipo Ia, o Hubble permitiu que Adam Riess (1969–) e Brian Schmidt (1967–) obtivessem um valor para a constante de Hubble em torno de \( H_0 ≈ 73 \, km·s^{-1}·Mpc^{-1} \).

Esses resultados evidenciaram uma tensão entre os valores locais de \( H_0 \) e aqueles deduzidos da radiação cósmica de fundo pelo satélite Planck, que dá \( H_0 ≈ 67,4 \, km·s^{-1}·Mpc^{-1} \). Esse desacordo, conhecido como "tensão de Hubble", sugere que nosso modelo cosmológico \(\Lambda CDM\) pode precisar de revisão.

Nebulosas e berçários estelares

O Hubble revelou as estruturas complexas das nebulosas, como os famosos Pilares da Criação na Nebulosa da Águia (M16). Essas imagens, capturadas em luz visível e infravermelha, mostram os processos dinâmicos de formação estelar, onde os ventos de estrelas jovens moldam as nuvens moleculares.

Os detalhes dos jatos de objetos HH ou dos discos protoplanetários de Órion ajudaram a compreender os mecanismos de acreção e ejeção de matéria ao redor de protoestrelas.

Exoplanetas e atmosferas distantes

O Hubble também contribuiu para a espectroscopia de atmosferas exoplanetárias. Ao analisar a luz das estrelas filtrada pelas atmosferas dos planetas durante os trânsitos, detectou a presença de vapor d'água, metano e sódio em vários mundos extrasolares.

Essas observações pioneiras abriram caminho para instrumentos mais recentes, como o JWST, capaz de estudar a composição química dessas atmosferas com maior precisão.

Os confins do visível

A imagem emblemática do Hubble Ultra Deep Field (2004) reúne cerca de 10.000 galáxias em um minúsculo campo de 11 minutos de arco. Ela ilustra a densidade vertiginosa do cosmos observável: cada ponto luminoso representa uma galáxia inteira contendo bilhões de estrelas.

N.B.:
A magnitude limite atingida pelo Hubble Ultra Deep Field é \( m_{AB} ≈ 30 \), ou seja, objetos 4 bilhões de vezes mais fracos do que aqueles visíveis a olho nu.

Uma visão duradoura

Apesar de sua idade, o Hubble permanece como um pilar da observação espacial. Seus dados, arquivados há mais de trinta anos, ainda são usados em pesquisas sobre matéria escura, quasares e morfologia galáctica. A interação entre o Hubble e o James Webb Space Telescope proporcionará agora uma visão complementar do cosmos, combinando ultravioleta e infravermelho profundo.

Comparação entre Hubble e outros observatórios espaciais
Telescópio	Comprimentos de onda observados	Resolução angular	Ano de lançamento	Órbita
Hubble	Ultravioleta – Visível – Infravermelho próximo	0,05″	1990	Órbita terrestre baixa (547 km)
James Webb	Infravermelho médio e distante	0,1″	2021	Ponto de Lagrange L2 (1,5 milhão de km)
Chandra	Raios X	0,5″	1999	Órbita terrestre muito elíptica (10.000 × 140.000 km)
Spitzer	Infravermelho (3–180 µm)	2″	2003	Órbita heliocêntrica (seguindo a Terra)
Gaia	Visível (fotometria e astrometria de precisão)	0,01″	2013	Ponto de Lagrange L2
Kepler	Visível (detecção de trânsitos planetários)	4″	2009	Órbita heliocêntrica (atrás da Terra)
TESS	Visível – infravermelho próximo	21″	2018	Órbita elíptica alta (P/13,7 dias)
ALMA	Ondas milimétricas e submilimétricas	0,01″ (interferometria)	2011	Solo (deserto do Atacama, Chile, 5000 m)
Fermi	Raios gama (20 MeV – 300 GeV)	3′ a 0,1°	2008	Órbita terrestre baixa (565 km)
Euclid	Visível e infravermelho próximo (mapeamento cosmológico)	0,2″	2023	Ponto de Lagrange L2

Fonte: NASA HubbleSite, ESA, e ADS – Astrophysics Data System.

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A window open to the cosmos

Launched on April 24, 1990, the Hubble Space Telescope has become one of the most influential instruments in modern astronomy. Orbiting at an altitude of 547 km, it escapes Earth's atmospheric turbulence, offering an angular resolution of about 0.05 arcseconds. Hubble has explored the cosmic past up to redshifts \( z > 10 \), revealing galaxies formed less than a billion years after the Big Bang.

Its WFC3 camera and COS spectrograph have captured light from objects so distant that their visible radiation is now shifted into the infrared according to Hubble's law: \( v = H_0 \, d \) where \( v \) is the recessional velocity, \( H_0 \) is the expansion constant, and \( d \) is the distance to the observed galaxy.

N.B.:
The redshift, denoted \( z \), measures the change in wavelength of a spectral line between emission and observation. It is defined by the relation: \( z = \frac{\lambda_{obs} - \lambda_{emit}}{\lambda_{emit}} \)
A positive redshift (\( z > 0 \)) corresponds to a redshift, indicating that the object is moving away from the observer. Conversely, a negative redshift (\( z < 0 \)) corresponds to a blueshift. On a large scale, the \( z \) values observed for galaxies and quasars are proportional to their distance according to Hubble's law, \( v = H_0 \, d \), a direct signature of the expansion of the universe.

Measuring the expansion of the universe

One of Hubble's major missions was the precise measurement of the universe's expansion rate. By observing Cepheids and Type Ia supernovae, Hubble enabled Adam Riess (1969–) and Brian Schmidt (1967–) to obtain a value for the Hubble constant around \( H_0 ≈ 73 \, km·s^{-1}·Mpc^{-1} \).

These results highlighted a tension between local values of \( H_0 \) and those derived from the cosmic microwave background by the Planck satellite, which gives \( H_0 ≈ 67.4 \, km·s^{-1}·Mpc^{-1} \). This disagreement, known as the "Hubble tension," suggests that our \(\Lambda CDM\) cosmological model may need revision.

Nebulae and stellar nurseries

Hubble revealed the complex structures of nebulae, such as the famous Pillars of Creation in the Eagle Nebula (M16). These images, captured in visible and infrared light, show the dynamic processes of star formation, where winds from young stars shape molecular clouds.

The details of the jets from HH objects or the protoplanetary disks of Orion have helped us understand the mechanisms of accretion and ejection of matter around protostars.

Exoplanets and distant atmospheres

Hubble also contributed to the spectroscopy of exoplanetary atmospheres. By analyzing starlight filtered through the atmospheres of planets during transits, it detected the presence of water vapor, methane, and sodium in several extrasolar worlds.

These pioneering observations paved the way for more recent instruments like the JWST, capable of studying the chemical composition of these atmospheres with greater precision.

The limits of the visible

The iconic image of the Hubble Ultra Deep Field (2004) brings together nearly 10,000 galaxies in a tiny field of 11 arcminutes. It illustrates the staggering density of the observable cosmos: each point of light represents an entire galaxy containing billions of stars.

N.B.:
The limiting magnitude reached by the Hubble Ultra Deep Field is \( m_{AB} ≈ 30 \), or objects 4 billion times fainter than those visible to the naked eye.

A lasting vision

Despite its age, Hubble remains a cornerstone of space observation. Its data, archived for over thirty years, are still used for research on dark matter, quasars, and galactic morphology. The interaction between Hubble and the James Webb Space Telescope will now provide a complementary view of the cosmos, combining ultraviolet and deep infrared.

Telescope	Observed wavelengths	Angular resolution	Launch year	Orbit
Hubble	Ultraviolet – Visible – Near infrared	0.05″	1990	Low Earth orbit (547 km)
James Webb	Mid and far infrared	0.1″	2021	Lagrange Point L2 (1.5 million km)
Chandra	X-rays	0.5″	1999	Highly elliptical Earth orbit (10,000 × 140,000 km)
Spitzer	Infrared (3–180 µm)	2″	2003	Heliocentric orbit (Earth-trailing)
Gaia	Visible (precision photometry and astrometry)	0.01″	2013	Lagrange Point L2
Kepler	Visible (planetary transit detection)	4″	2009	Heliocentric orbit (trailing Earth)
TESS	Visible – near infrared	21″	2018	Highly elliptical orbit (P/13.7 days)
ALMA	Millimeter and submillimeter waves	0.01″ (interferometry)	2011	Ground (Atacama Desert, Chile, 5000 m)
Fermi	Gamma rays (20 MeV – 300 GeV)	3′ to 0.1°	2008	Low Earth orbit (565 km)
Euclid	Visible and near infrared (cosmological mapping)	0.2″	2023	Lagrange Point L2