Hubble-Weltraumteleskop - Hubble Space Telescope

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Hubble-Weltraumteleskop
Das Hubble-Weltraumteleskop im Orbit
Gesehen im Orbit des abfliegenden Space Shuttles Atlantis im Jahr 2009, fliegt Servicing Mission 4 ( STS-125 ), die fünfte und letzte Hubble-Mission
Missionsart Astronomie
Operator NASA   · ESA   · STScI
COSPAR ID 1990-037B
SATCAT Nr. 20580
Webseite nasa .gov / hubble
hubblesite .org
spacetelescope .org
Missionsdauer Abgelaufen: 30 Jahre, 8 Monate, 12 Tage
Eigenschaften von Raumfahrzeugen
Hersteller Lockheed (Raumschiff)
Perkin-Elmer (Optik)
Masse starten 11.110 kg (24.490 lb)
Maße 13,2 m × 4,2 m (43,3 Fuß × 13,8 Fuß)
Leistung 2.800 Watt
Beginn der Mission
Erscheinungsdatum 24. April 1990, 12:33:51  UTC  ( 1990-04-24UTC12: 33: 51 )
Rakete Space Shuttle Discovery ( STS-31 )
Startplatz Kennedy LC-39B
Bereitstellungsdatum 25. April 1990
Eingetragener Dienst 20. Mai 1990
Ende der Mission
Zerfallsdatum geschätzt 2030–2040
Orbitalparameter
Referenzsystem Geozentrisch
Regime Niedrige Erde
Semi-Major-Achse 6.917,1 km (4.298,1 mi)
Exzentrizität 0,000283
Perigäum Höhe 537,0 km
Apogee Höhe 540,9 km
Neigung 28,47 °
Zeitraum 95,42 Minuten
RAAN 80,34 °
Argument des Perigäums 64,90 °
Mittlere Anomalie 23,78 °
Mittlere Bewegung 15.09 U / Tag
Geschwindigkeit 7,59 km / s
Epoche 15. August 2018, 21:40:27 UTC
Revolution Nr. 35,441
Hauptteleskop
Art Ritchey-Chrétien- Reflektor
Durchmesser 2,4 m (7,9 ft)
Brennweite 57,6 m
Brennweite f / 24
Sammelfläche 4,525 m 2 (48,7 sq ft)
Wellenlängen Nahes Infrarot , sichtbares Licht , ultraviolett
 

Das Hubble-Weltraumteleskop (oft als HST oder Hubble bezeichnet ) ist ein Weltraumteleskop , das 1990 in die erdnahe Umlaufbahn gebracht wurde und weiterhin in Betrieb ist. Es war nicht das erste Weltraumteleskop , aber es ist eines der größten und vielseitigsten, das sowohl als wichtiges Forschungsinstrument als auch als PR-Segen für die Astronomie bekannt ist . Das Hubble-Teleskop ist nach dem Astronomen Edwin Hubble benannt und gehört neben dem Compton Gamma Ray Observatory , dem Chandra X-Ray Observatory und dem Spitzer Space Telescope zu den Great Observatories der NASA .

Hubble verfügt über einen 2,4-Meter-Spiegel und seine vier Hauptinstrumente beobachten im ultravioletten , sichtbaren und nahen Infrarotbereich des elektromagnetischen Spektrums . Hubbles Umlaufbahn außerhalb der Verzerrung der Erdatmosphäre ermöglicht es, extrem hochauflösende Bilder mit wesentlich geringerem Hintergrundlicht als bodengestützte Teleskope aufzunehmen. Es wurden einige der detailliertesten Bilder mit sichtbarem Licht aufgenommen, die einen tiefen Blick in den Weltraum ermöglichen. Viele Hubble-Beobachtungen haben zu Durchbrüchen in der Astrophysik geführt , beispielsweise zur Bestimmung der Expansionsrate des Universums .

Das Hubble-Teleskop wurde von der US-amerikanischen Weltraumagentur NASA mit Beiträgen der Europäischen Weltraumorganisation gebaut . Das Space Telescope Science Institute (STScI) wählt Hubbles Ziele aus und verarbeitet die resultierenden Daten, während das Goddard Space Flight Center das Raumschiff steuert. Weltraumteleskope wurden bereits 1923 vorgeschlagen. Hubble wurde in den 1970er Jahren mit einem geplanten Start im Jahr 1983 finanziert, das Projekt war jedoch mit technischen Verzögerungen, Budgetproblemen und der Challenger- Katastrophe von 1986 behaftet . Es wurde schließlich 1990 von Space Shuttle Discovery gestartet , aber sein Hauptspiegel war falsch geschliffen, was zu einer sphärischen Aberration führte , die die Fähigkeiten des Teleskops beeinträchtigte. Die Optik wurde 1993 durch eine Wartungsmission auf die beabsichtigte Qualität korrigiert .

Hubble ist das einzige Teleskop, das von Astronauten im Weltraum gehalten werden kann. Fünf Space-Shuttle-Missionen haben Systeme am Teleskop repariert, aufgerüstet und ersetzt, einschließlich aller fünf Hauptinstrumente. Die fünfte Mission wurde ursprünglich aus Sicherheitsgründen nach der Katastrophe in Columbia (2003) abgesagt , aber der NASA-Administrator Michael D. Griffin genehmigte die fünfte Wartungsmission, die 2009 abgeschlossen wurde. Das Teleskop war zum 24. April 2020, seinem 30-jährigen Jubiläum, noch in Betrieb und könnte bis 2030–2040 dauern. Ein Nachfolger des Hubble-Teleskops ist das James Webb Space Telescope (JWST), das Ende 2021 auf den Markt kommen soll.

Konzeption, Design und Ziel

Vorschläge und Vorläufer

Der Astronaut Owen Garriott arbeitet 1973 neben Skylabs bemanntem Solarraumobservatorium

1923 Hermann Oberth -considered einen Vater der modernen Raketentechnik , zusammen mit Robert H. Goddard und Konstantin Ziolkowski -published Die Rakete zu den Planetenräumen ( „Die Rakete zu den Planetenräumen“), die erwähnte , wie ein Teleskop in der Erdumlaufbahn geschleudert werden könnte von einer Rakete.

Die Geschichte des Hubble-Weltraumteleskops lässt sich bis ins Jahr 1946 zurückverfolgen, als der Astronom Lyman Spitzer den Titel "Astronomische Vorteile eines außerirdischen Observatoriums" trug. Darin erörterte er die beiden Hauptvorteile, die ein weltraumgestütztes Observatorium gegenüber bodengestützten Teleskopen haben würde. Erstens würde die Winkelauflösung (der kleinste Abstand, bei dem Objekte klar unterschieden werden können) nur durch Beugung und nicht durch die Turbulenzen in der Atmosphäre begrenzt, die dazu führen, dass Sterne funkeln, was den Astronomen als Sehen bekannt ist . Zu diesem Zeitpunkt waren bodengestützte Teleskope auf Auflösungen von 0,5 bis 1,0  Bogensekunden begrenzt , verglichen mit einer theoretischen beugungsbegrenzten Auflösung von etwa 0,05 Bogensekunden für ein optisches Teleskop mit einem Spiegel von 2,5 m Durchmesser. Zweitens könnte ein weltraumgestütztes Teleskop Infrarot- und Ultraviolettlicht beobachten , das von der Atmosphäre stark absorbiert wird .

Spitzer widmete einen Großteil seiner Karriere der Entwicklung eines Weltraumteleskops. 1962 empfahl ein Bericht der US National Academy of Sciences die Entwicklung eines Weltraumteleskops als Teil des Weltraumprogramms , und 1965 wurde Spitzer zum Vorsitzenden eines Komitees ernannt, das die Aufgabe hatte, wissenschaftliche Ziele für ein großes Weltraumteleskop zu definieren.

Weltraumgestützte Astronomie war auf einen sehr kleinen Maßstab begonnen folgenden Weltkrieg   II , als Wissenschaftler Verwendung von Entwicklungen , die stattgefunden hatten in Raketentechnik. Das erste ultraviolette Spektrum der Sonne wurde 1946 aufgenommen, und die National Aeronautics and Space Administration (NASA) startete 1962 das Orbiting Solar Observatory (OSO), um UV-, Röntgen- und Gammastrahlenspektren zu erhalten. Ein umlaufendes Solarteleskop wurde 1962 vom Vereinigten Königreich im Rahmen des Ariel-Weltraumprogramms gestartet , und 1966 startete die NASA die erste Mission des Orbiting Astronomical Observatory (OAO). Die Batterie von OAO-1 fiel nach drei Tagen aus und beendete die Mission. Es folgte OAO-2 , das von seinem Start 1968 bis 1972 ultraviolette Beobachtungen von Sternen und Galaxien durchführte , weit über seine ursprünglich geplante Lebensdauer von einem Jahr hinaus.

Die OSO- und OAO-Missionen zeigten, welche wichtige Rolle weltraumgestützte Beobachtungen in der Astronomie spielen könnten. 1968 entwickelte die NASA feste Pläne für ein weltraumgestütztes Spiegelteleskop mit einem Spiegel von 3 m Durchmesser, das vorläufig als Large Orbiting Telescope oder Large Space Telescope (LST) bezeichnet wird. Der Start ist für 1979 geplant betonte die Notwendigkeit von bemannten Wartungseinsätzen am Teleskop, um sicherzustellen, dass ein derart kostspieliges Programm eine lange Lebensdauer hat, und die gleichzeitige Entwicklung von Plänen für das wiederverwendbare Space Shuttle zeigte, dass die Technologie, die dies ermöglicht, bald verfügbar sein würde.

Suche nach Finanzierung

Der anhaltende Erfolg des OAO-Programms führte zu einem immer stärkeren Konsens innerhalb der astronomischen Gemeinschaft, dass die LST ein wichtiges Ziel sein sollte. 1970 richtete die NASA zwei Komitees ein, eines zur Planung der technischen Seite des Weltraumteleskopprojekts und das andere zur Festlegung der wissenschaftlichen Ziele der Mission. Nachdem diese festgelegt worden waren, bestand die nächste Hürde für die NASA darin, Mittel für das Instrument zu erhalten, die weitaus teurer wären als jedes erdgebundene Teleskop. Der US-Kongress stellte viele Aspekte des vorgeschlagenen Budgets für das Teleskop in Frage und erzwang Budgetkürzungen für die Planungsphasen, die zu dieser Zeit aus sehr detaillierten Studien potenzieller Instrumente und Hardware für das Teleskop bestanden. 1974 führten Kürzungen der öffentlichen Ausgaben dazu, dass der Kongress alle Mittel für das Teleskopprojekt löschte.

Als Reaktion darauf wurde eine landesweite Lobbyarbeit unter den Astronomen koordiniert. Viele Astronomen trafen Kongressabgeordnete und Senatoren persönlich, und es wurden groß angelegte Briefkampagnen organisiert. Die Nationale Akademie der Wissenschaften veröffentlichte einen Bericht, in dem die Notwendigkeit eines Weltraumteleskops hervorgehoben wurde, und schließlich stimmte der Senat der Hälfte des ursprünglich vom Kongress genehmigten Budgets zu.

Die Finanzierungsprobleme führten zu einer gewissen Reduzierung des Projektumfangs, wobei der vorgeschlagene Spiegeldurchmesser von 3 m auf 2,4 m reduziert wurde, um sowohl die Kosten zu senken als auch eine kompaktere und effektivere Konfiguration der Teleskophardware zu ermöglichen. Ein vorgeschlagenes 1,5 m (4,9 ft) großes Weltraumteleskop zum Testen der auf dem Hauptsatelliten zu verwendenden Systeme wurde fallen gelassen, und Budgetprobleme veranlassten auch die Zusammenarbeit mit der Europäischen Weltraumorganisation . Die ESA erklärte sich bereit, die Finanzierung und Lieferung eines der Instrumente der ersten Generation für das Teleskop sowie der Solarzellen , die es antreiben würden, und der Mitarbeiter für die Arbeit am Teleskop in den USA bereitzustellen, wobei den europäischen Astronomen mindestens 15 garantiert werden % der Beobachtungszeit am Teleskop. Der Kongress genehmigte schließlich eine Finanzierung von 36 Millionen US-Dollar für 1978, und das Design des LST begann ernsthaft mit dem Ziel eines Startdatums von 1983. 1983 wurde das Teleskop nach Edwin Hubble benannt , der eine der größten wissenschaftlichen Entdeckungen des 20. Jahrhunderts bestätigte Jahrhundert, hergestellt von Georges Lemaître , dass das Universum ist erweitert .

Bau und Technik

Schleifen von Hubbles Primärspiegel in Perkin-Elmer, März 1979

Nachdem das Weltraumteleskop-Projekt den Startschuss gegeben hatte, wurde die Arbeit an dem Programm auf viele Institutionen aufgeteilt. Das Marshall Space Flight Center (MSFC) wurde mit der Planung, Entwicklung und dem Bau des Teleskops beauftragt, während das Goddard Space Flight Center die Gesamtkontrolle über die wissenschaftlichen Instrumente und das Bodenkontrollzentrum für die Mission erhielt. MSFC beauftragte das Optikunternehmen Perkin-Elmer mit der Entwicklung und dem Bau der optischen Teleskopbaugruppe (OTA) und der Feinführungssensoren für das Weltraumteleskop. Lockheed wurde beauftragt, das Raumschiff zu bauen und zu integrieren, in dem das Teleskop untergebracht werden sollte.

Optische Teleskopbaugruppe

Optisch gesehen ist der HST ein Cassegrain-Reflektor im Ritchey-Chrétien-Design , ebenso wie die meisten großen professionellen Teleskope. Diese Konstruktion mit zwei hyperbolischen Spiegeln ist für eine gute Abbildungsleistung über ein weites Sichtfeld bekannt, mit dem Nachteil, dass die Spiegel Formen aufweisen, die schwer herzustellen und zu testen sind. Der Spiegel und die optischen Systeme des Teleskops bestimmen die endgültige Leistung und wurden nach genauen Spezifikationen entwickelt. Optische Teleskope haben typischerweise Spiegel, die mit einer Genauigkeit von etwa einem Zehntel der Wellenlänge des sichtbaren Lichts poliert wurden. Das Weltraumteleskop sollte jedoch für Beobachtungen vom sichtbaren durch das Ultraviolett (kürzere Wellenlängen) verwendet werden und wurde als beugungsbegrenzt angegeben , um vollständig zu sein Vorteil der Weltraumumgebung. Daher musste sein Spiegel mit einer Genauigkeit von 10 Nanometern oder etwa 1/65 der Wellenlänge von rotem Licht poliert werden. Am langwelligen Ende wurde der OTA nicht mit Blick auf eine optimale IR-Leistung entwickelt. Beispielsweise werden die Spiegel durch Heizungen auf stabilen (und warmen Temperaturen von etwa 15 ° C) gehalten. Dies schränkt Hubbles Leistung als Infrarot-Teleskop ein.

Der Backup-Spiegel von Kodak. Seine innere Stützstruktur ist erkennbar, da es nicht mit einer reflektierenden Oberfläche beschichtet ist.

Perkin-Elmer beabsichtigte, maßgeschneiderte und äußerst hoch entwickelte computergesteuerte Poliermaschinen zu verwenden , um den Spiegel in die gewünschte Form zu schleifen. Für den Fall, dass ihre Spitzentechnologie in Schwierigkeiten geriet, forderte die NASA von PEak einen Unterauftrag an Kodak , um einen Reservespiegel unter Verwendung traditioneller Spiegelpoliertechniken zu konstruieren. (Das Team von Kodak und Itek bewarb sich auch um die ursprüngliche Spiegelpolierarbeit. In ihrem Angebot forderten die beiden Unternehmen, die Arbeit des anderen zu überprüfen, was mit ziemlicher Sicherheit den Polierfehler aufgefangen hätte, der später solche Probleme verursachte .) Der Kodak-Spiegel ist jetzt permanent im Nationalen Luft- und Raumfahrtmuseum ausgestellt . Ein im Rahmen dieser Bemühungen gebauter Itek-Spiegel wird jetzt im 2,4-m-Teleskop des Magdalena Ridge Observatory verwendet .

Der Bau des Perkin-Elmer-Spiegels begann 1979 mit einem von Corning aus einem Glas mit extrem geringer Ausdehnung hergestellten Rohling . Um das Gewicht des Spiegels auf ein Minimum zu beschränken, bestand er aus oberen und unteren Platten mit einer Dicke von jeweils 25 mm, die ein Wabengitter einschlossen. Perkin-Elmer simulierte die Mikrogravitation, indem er den Spiegel von hinten mit 130 Stäben stützte, die unterschiedliche Kräfte ausübten. Dies stellte sicher, dass die endgültige Form des Spiegels beim endgültigen Einsatz korrekt und spezifikationsgerecht war. Das Spiegelpolieren wurde bis Mai 1981 fortgesetzt. Die damaligen NASA-Berichte stellten die Führungsstruktur von Perkin-Elmer in Frage, und das Polieren geriet hinter den Zeitplan und über das Budget hinaus. Um Geld zu sparen, stellte die NASA die Arbeiten am Rückspiegel ein und setzte das Startdatum des Teleskops auf Oktober 1984 zurück. Der Spiegel wurde Ende 1981 fertiggestellt. Es wurde unter Verwendung von 9.100 l heißem, entionisiertem Wasser gewaschen und erhielt dann eine reflektierende Beschichtung aus 65 nm dickem Aluminium und eine Schutzbeschichtung aus 25 nm dickem Magnesiumfluorid .

Das OTA, das Dosierfachwerk und die sekundäre Schallwand sind in diesem Bild von Hubble während des frühen Baus sichtbar.

Es wurden weiterhin Zweifel an der Kompetenz von Perkin-Elmer in Bezug auf ein Projekt dieser Bedeutung geäußert, da sich das Budget und der Zeitrahmen für die Erstellung des restlichen OTA weiter erhöhten. Als Reaktion auf einen Zeitplan, der als "ungeklärt und täglich wechselnd" beschrieben wurde, verschob die NASA den Starttermin des Teleskops auf April 1985. Perkin-Elmers Zeitpläne rutschten weiterhin mit einer Rate von etwa einem Monat pro Quartal ab, und zeitweise erreichten die Verzögerungen einen Tag für jeden Arbeitstag. Die NASA war gezwungen, den Starttermin auf März und dann auf September 1986 zu verschieben. Zu diesem Zeitpunkt war das Gesamtprojektbudget auf 1,175 Milliarden US-Dollar gestiegen .

Raumfahrzeugsysteme

Das Raumschiff, in dem das Teleskop und die Instrumente untergebracht werden sollten, war eine weitere große technische Herausforderung. Es müsste häufigen Passagen von direktem Sonnenlicht in die Dunkelheit des Erdschattens standhalten , was zu starken Temperaturänderungen führen würde, während es stabil genug wäre, um eine äußerst genaue Ausrichtung des Teleskops zu ermöglichen. Eine mehrschichtige Isolierung hält die Temperatur im Teleskop stabil und umgibt eine leichte Aluminiumhülle, in der das Teleskop und die Instrumente sitzen. Innerhalb der Schale hält ein Graphit-Epoxid- Rahmen die Arbeitsteile des Teleskops fest ausgerichtet. Da Graphit-Verbundwerkstoffe hygroskopisch sind , bestand die Gefahr, dass Wasserdampf, der vom Fachwerk im Reinraum von Lockheed absorbiert wird, später im Vakuum des Weltraums ausgedrückt wird. Dies führt dazu, dass die Instrumente des Teleskops mit Eis bedeckt sind. Um dieses Risiko zu verringern, wurde vor dem Start des Teleskops in den Weltraum eine Stickstoffgasspülung durchgeführt.

Während der Bau des Raumfahrzeugs, in dem das Teleskop und die Instrumente untergebracht sein würden, etwas reibungsloser verlief als der Bau des OTA, kam es bei Lockheed immer noch zu einer gewissen Budget- und Zeitplanverschiebung, und bis zum Sommer 1985 lag der Bau des Raumfahrzeugs 30% über dem Budget und drei Monate hinter dem Zeitplan. In einem MSFC-Bericht heißt es, Lockheed verlasse sich eher auf die Anweisungen der NASA als auf eigene Initiative beim Bau.

Computersysteme und Datenverarbeitung

DF-224 in Hubble, bevor es 1999 ersetzt wurde

Die beiden ersten primären Computer auf dem HST waren das von Rockwell Autonetics gebaute 1,25-MHz- DF-224- System, das drei redundante CPUs und zwei redundante NSSC-1-   Systeme (NASA Standard Spacecraft Computer, Modell 1) enthielt , die von Westinghouse und Westinghouse entwickelt wurden GSFC mit Dioden-Transistor-Logik (DTL). Während der Wartungsmission   1 im Jahr 1993 wurde ein Co-Prozessor für den DF-224 hinzugefügt , der aus zwei redundanten Zeichenfolgen eines Intel-basierten 80386-Prozessors mit einem 80387-Mathe-Co-Prozessor bestand. Der DF-224 und sein 386-Co-Prozessor wurden 1999 während der Wartungsmission 3A durch ein Intel-basiertes 80486-Prozessorsystem mit 25 MHz ersetzt . Der neue Computer ist mit sechsmal mehr Speicher 20-mal schneller als der ersetzte DF-224 . Es erhöht den Durchsatz, indem einige Computeraufgaben vom Boden auf das Raumschiff verlagert werden, und spart Geld, indem moderne Programmiersprachen verwendet werden.

Darüber hinaus verfügten einige der wissenschaftlichen Instrumente und Komponenten über eigene eingebettete mikroprozessorbasierte Steuerungssysteme. Die MATs-Komponenten (Multiple Access Transponder), MAT-1 und MAT-2, verwenden Hughes Aircraft CDP1802CD-Mikroprozessoren. Die Weitfeld- und Planetenkamera (WFPC) verwendete auch einen RCA 1802-Mikroprozessor (oder möglicherweise die ältere 1801-Version). Die WFPC-1 wurde   1993 während der Wartungsmission 1 durch die WFPC-2 ersetzt, die 2009   während der Wartungsmission   4 durch die Weitfeldkamera 3 (WFC3) ersetzt wurde .

Erste Instrumente

Explosionszeichnung des Hubble-Weltraumteleskops

Beim Start des HST befanden sich fünf wissenschaftliche Instrumente: die Weitfeld- und Planetenkamera (WF / PC), der hochauflösende Goddard-Spektrograph (GHRS), das Hochgeschwindigkeitsphotometer (HSP), die Kamera für schwache Objekte (FOC) und der Spektrograph für schwache Objekte (FOS) ). WF / PC war ein hochauflösendes Bildgebungsgerät, das hauptsächlich für optische Beobachtungen gedacht war. Es wurde vom Jet Propulsion Laboratory der NASA gebaut und enthielt einen Satz von 48 Filtern, die Spektrallinien von besonderem astrophysikalischem Interesse isolierten . Das Instrument enthielt acht CCD-Chips ( Charge Coupled Device ), die auf zwei Kameras mit jeweils vier CCDs aufgeteilt waren. Jeder CCD hat eine Auflösung von 0,64 Megapixeln. Die Weitfeldkamera (WFC) deckte auf Kosten der Auflösung ein großes Winkelfeld ab, während die Planetenkamera (PC) Bilder mit einer längeren effektiven Brennweite als die WF-Chips aufnahm, wodurch sie eine größere Vergrößerung erhielt.

Das GHRS war ein Spektrograph, der für den Betrieb im ultravioletten Bereich entwickelt wurde. Es wurde vom Goddard Space Flight Center gebaut und konnte eine spektrale Auflösung von 90.000 erreichen. Ebenfalls für ultraviolette Beobachtungen optimiert waren FOC und FOS, die die höchste räumliche Auflösung aller Hubble-Instrumente erreichen konnten. Anstelle von CCDs verwendeten diese drei Instrumente photonenzählende Digicons als Detektoren. Das FOC wurde von der ESA gebaut, während die University of California in San Diego und die Martin Marietta Corporation den FOS bauten.

Das letzte Instrument war das HSP, das an der University of Wisconsin - Madison entworfen und gebaut wurde . Es wurde für Beobachtungen von variablem Stern und anderen astronomischen Objekten mit unterschiedlicher Helligkeit im sichtbaren und ultravioletten Licht optimiert . Es können bis zu 100.000 Messungen pro Sekunde mit einer photometrischen Genauigkeit von etwa 2% oder besser durchgeführt werden.

Das Leitsystem von HST kann auch als wissenschaftliches Instrument verwendet werden. Die drei Feinführungssensoren (FGS) dienen in erster Linie dazu, das Teleskop während einer Beobachtung genau zu halten, können aber auch zur Durchführung einer äußerst genauen Astrometrie verwendet werden . Messungen mit einer Genauigkeit von 0,0003 Bogensekunden wurden erreicht.

Bodenunterstützung

Hubble Control Center im Goddard Space Flight Center, 1999

Das Space Telescope Science Institute (STScI) ist für den wissenschaftlichen Betrieb des Teleskops und die Lieferung von Datenprodukten an Astronomen verantwortlich. STScI wird von der Association of Universities for Research in Astronomy (AURA) betrieben und befindet sich physisch in Baltimore , Maryland, auf dem Homewood-Campus der Johns Hopkins University , einer der 39 US-amerikanischen Universitäten und sieben internationalen Tochtergesellschaften, aus denen das AURA-Konsortium besteht. STScI wurde 1981 nach einem Machtkampf zwischen der NASA und der gesamten wissenschaftlichen Gemeinschaft gegründet. Die NASA wollte diese Funktion intern beibehalten, aber Wissenschaftler wollten, dass sie in einer akademischen Einrichtung angesiedelt ist. Die 1984 in Garching bei München bei München eingerichtete European Coordinating Facility (ST-ECF) für Weltraumteleskope unterstützte europäische Astronomen bis 2011, als diese Aktivitäten in das Europäische Weltraumastronomiezentrum verlegt wurden.

Hubbles niedrige Umlaufbahn bedeutet, dass viele Ziele für etwas mehr als die Hälfte der verstrichenen Zeit einer Umlaufbahn sichtbar sind, da sie für fast die Hälfte jeder Umlaufbahn von der Erde blockiert werden .
Animation der Umlaufbahn von Hubble vom 31. Oktober 2018 bis 25. Dezember 2018. Die Erde ist nicht dargestellt.

Eine ziemlich komplexe Aufgabe, die STScI obliegt, ist die Planung von Beobachtungen für das Teleskop. Hubble befindet sich in einer erdnahen Umlaufbahn, um Wartungsmissionen zu ermöglichen. Dies bedeutet jedoch, dass die meisten astronomischen Ziele für etwas weniger als die Hälfte jeder Umlaufbahn von der Erde verdeckt werden. Beobachtungen können nicht stattfinden, wenn das Teleskop aufgrund erhöhter Strahlungswerte durch die Südatlantikanomalie fährt , und es gibt auch beträchtliche Sperrzonen um die Sonne (die Beobachtungen von Merkur ausschließen ), den Mond und die Erde. Der Sonnenvermeidungswinkel beträgt ca. 50 °, damit kein Sonnenlicht einen Teil des OTA beleuchtet. Die Vermeidung von Erde und Mond hält helles Licht von den FGS fern und verhindert, dass gestreutes Licht in die Instrumente gelangt. Wenn die FGS ausgeschaltet sind, können jedoch Mond und Erde beobachtet werden. Erdbeobachtungen wurden sehr früh im Programm verwendet, um flache Felder für das WFPC1-Instrument zu erzeugen. Es gibt eine sogenannte kontinuierliche Betrachtungszone (CVZ) in ungefähr 90 ° zur Ebene der Hubble-Umlaufbahn, in der Ziele für lange Zeiträume nicht verdeckt werden . Aufgrund der Präzession der Umlaufbahn bewegt sich der Ort des CVZ über einen Zeitraum von acht Wochen langsam. Da die Schenkel der Erde ist immer innerhalb von etwa 30 ° von Regionen innerhalb der CVZ, die Helligkeit von gestreutem Erdlicht werden kann für lange Zeiträume bei erhöhten CVZ Beobachtungen.

Hubble umkreist die erdnahe Umlaufbahn in einer Höhe von ungefähr 540 Kilometern und einer Neigung von 28,5 °. Die Position entlang ihrer Umlaufbahn ändert sich im Laufe der Zeit auf eine Weise, die nicht genau vorhersehbar ist. Die Dichte der oberen Atmosphäre hängt von vielen Faktoren ab. Dies bedeutet, dass Hubbles vorhergesagte Position für sechs Wochen um bis zu 4.000 km fehlerhaft sein kann. Beobachtungspläne werden in der Regel nur wenige Tage im Voraus fertiggestellt, da eine längere Vorlaufzeit bedeuten würde, dass das Ziel zu dem Zeitpunkt, zu dem es beobachtet werden sollte, möglicherweise nicht mehr beobachtet werden kann.

Die technische Unterstützung für HST wird von der NASA und Mitarbeitern von Auftragnehmern im Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland , 48 km südlich des STScI bereitgestellt. Hubbles Betrieb wird 24 Stunden am Tag von vier Teams von Fluglotsen überwacht, aus denen Hubbles Flugbetriebsteam besteht.

Challenger- Katastrophe, Verzögerungen und eventueller Start

STS-31 hebt ab und trägt Hubble in die Umlaufbahn
Hubble wird 1990 von Discovery bereitgestellt

Bis Januar 1986 schien der geplante Starttermin im Oktober machbar, aber die Explosion von Challenger brachte das US-Raumfahrtprogramm zum Stillstand, brachte die Shuttle-Flotte zum Erliegen und zwang den Start von Hubble um mehrere Jahre zu verschieben. Das Teleskop musste in einem Reinraum aufbewahrt, mit Strom versorgt und mit Stickstoff gespült werden, bis ein Start verschoben werden konnte. Diese kostspielige Situation (ca. 6 Mio. USD pro Monat) hat die Gesamtkosten des Projekts noch weiter erhöht. Diese Verzögerung gab den Ingenieuren Zeit, umfangreiche Tests durchzuführen, eine möglicherweise fehleranfällige Batterie auszutauschen und andere Verbesserungen vorzunehmen. Darüber hinaus war die zur Steuerung von Hubble erforderliche Bodensoftware 1986 noch nicht fertig und zum Start 1990 kaum fertig.

Nach der Wiederaufnahme der Shuttle-Flüge im Jahr 1988 war der Start des Teleskops für 1990 geplant. Am 24. April 1990 startete Space Shuttle Discovery es erfolgreich während der STS-31- Mission.

Nach seiner ursprünglichen Gesamtkostenschätzung von rund 400 Millionen US-Dollar kostete das Teleskop zum Zeitpunkt seines Starts rund 4,7 Milliarden US-Dollar . Die kumulierten Kosten von Hubble wurden 2010, zwanzig Jahre nach dem Start , auf etwa 10 Milliarden US-Dollar geschätzt .

Liste der Hubble-Instrumente

Hubble bietet Platz für fünf wissenschaftliche Instrumente zu einem bestimmten Zeitpunkt sowie die Feinführungssensoren , die hauptsächlich zum Zielen des Teleskops, gelegentlich aber auch für wissenschaftliche Astrometriemessungen verwendet werden. Frühe Instrumente wurden während der Shuttle-Wartungsmissionen durch fortgeschrittenere ersetzt. COSTAR war eher ein Korrekturoptikgerät als ein wissenschaftliches Instrument, besetzte jedoch eine der fünf Instrumentenschächte.

Seit der letzten Wartungsmission im Jahr 2009 waren die vier aktiven Instrumente ACS, COS, STIS und WFC3. NICMOS befindet sich im Ruhezustand, kann jedoch wiederbelebt werden, wenn WFC3 in Zukunft ausfällt.

Von den früheren Instrumenten sind drei (COSTAR, FOS und WFPC2) im Smithsonian National Air and Space Museum ausgestellt . Das FOC befindet sich im Dornier Museum. Das HSP befindet sich am Space Place der University of Wisconsin - Madison . Der erste WFPC wurde zerlegt und einige Komponenten wurden dann in WFC3 wiederverwendet.

Fehlerhafter Spiegel

Ein Auszug aus einem WF / PC- Bild zeigt das Licht eines Sterns, der über einen weiten Bereich verteilt ist, anstatt sich auf einige Pixel zu konzentrieren.

Innerhalb von Wochen nach dem Start des Teleskops zeigten die zurückgegebenen Bilder ein ernstes Problem mit dem optischen System. Obwohl die ersten Bilder schärfer zu sein schienen als die von bodengestützten Teleskopen, konnte Hubble keinen endgültigen scharfen Fokus erzielen und die beste erhaltene Bildqualität war drastisch niedriger als erwartet. Bilder von Punktquellen, die sich über einen Radius von mehr als einer Bogensekunde ausbreiten , anstatt eine Punktstreufunktion (PSF) zu haben, die innerhalb eines Kreises mit einem Durchmesser von 0,1  Bogensekunden (485 n rad ) konzentriert ist, wie in den Entwurfskriterien angegeben.

Die Analyse der fehlerhaften Bilder ergab, dass der Primärspiegel in die falsche Form poliert worden war. Obwohl angenommen wurde , eine der gerade optische Spiegel gemustert je gemacht sein, glatt bis etwa 10 Nanometer, war der äußere Umfang von etwa 2200 Nanometer zu flach (etwa 1 / 450 mm oder 1 / 11000 inch). Dieser Unterschied war katastrophal und führte zu einer starken sphärischen Aberration , einem Fehler, bei dem Licht, das von der Kante eines Spiegels reflektiert wird, auf einen anderen Punkt fokussiert als das Licht, das von seiner Mitte reflektiert wird.

Die Auswirkung des Spiegelfehlers auf wissenschaftliche Beobachtungen hing von der jeweiligen Beobachtung ab - der Kern des aberrierten PSF war scharf genug, um hochauflösende Beobachtungen heller Objekte zu ermöglichen, und die Spektroskopie von Punktquellen wurde nur durch einen Empfindlichkeitsverlust beeinflusst. Der Lichtverlust des großen, unscharfen Lichthofs verringerte jedoch die Nützlichkeit des Teleskops für schwache Objekte oder kontrastreiche Bilder erheblich. Dies bedeutete, dass fast alle kosmologischen Programme im Wesentlichen unmöglich waren, da sie die Beobachtung außergewöhnlich schwacher Objekte erforderten. Dies führte dazu, dass Politiker die Kompetenz der NASA in Frage stellten, Wissenschaftler die Kosten, die für produktivere Unternehmungen hätten anfallen können, und Komiker Witze über die NASA und das Teleskop machten - in der Komödie The Naked Gun 2½: The Smell of Fear von 1991 in einer Szene Wo historische Katastrophen gezeigt werden, ist Hubble mit RMS Titanic und LZ 129 Hindenburg abgebildet . Trotzdem führte das Teleskop in den ersten drei Jahren der Hubble-Mission vor den optischen Korrekturen eine große Anzahl produktiver Beobachtungen weniger anspruchsvoller Ziele durch. Der Fehler war gut charakterisiert und stabil, so dass Astronomen den defekten Spiegel teilweise durch ausgefeilte Bildverarbeitungstechniken wie Entfaltung kompensieren konnten .

Ursprung des Problems

Optische Weiterentwicklung des primären Kamerasystems von Hubble. Diese Bilder zeigen die Spiralgalaxie M100, wie sie 1993 mit WFPC1 vor der Korrekturoptik (links), 1994 nach der Korrektur mit WFPC2 (Mitte) und 2018 mit WFC3 (rechts) zu sehen war.

Eine Kommission unter der Leitung von Lew Allen , Direktor des Jet Propulsion Laboratory , wurde eingerichtet, um festzustellen, wie der Fehler hätte auftreten können. Die Allen-Kommission stellte fest, dass ein reflektierender Nullkorrektor , ein Testgerät zur Erzielung eines richtig geformten nicht sphärischen Spiegels, falsch zusammengebaut wurde - eine Linse war um 1,3 mm nicht in Position. Während des anfänglichen Schleifens und Polierens des Spiegels analysierte Perkin-Elmer seine Oberfläche mit zwei herkömmlichen refraktiven Nullkorrektoren. Für den letzten Herstellungsschritt ( Abbildung ) wurde jedoch auf den speziell angefertigten reflektierenden Nullkorrektor umgestellt, der explizit für die Einhaltung sehr strenger Toleranzen ausgelegt ist. Die falsche Montage dieses Geräts führte dazu, dass der Spiegel sehr genau, aber in der falschen Form geschliffen wurde. Einige abschließende Tests unter Verwendung der herkömmlichen Nullkorrektoren berichteten korrekt über sphärische Aberration . Diese Ergebnisse wurden jedoch verworfen, so dass die Möglichkeit, den Fehler zu erkennen, verpasst wurde, da der reflektierende Nullkorrektor als genauer angesehen wurde.

Die Kommission machte Perkin-Elmer für die Mängel verantwortlich. Die Beziehungen zwischen der NASA und dem Optikunternehmen waren während des Teleskopbaus aufgrund häufiger Terminverschiebungen und Kostenüberschreitungen stark belastet. Die NASA stellte fest, dass Perkin-Elmer die Spiegelkonstruktion nicht angemessen überprüfte oder überwachte, dem Projekt nicht die besten optischen Wissenschaftler zuwies (wie dies für den Prototyp der Fall war) und insbesondere die optischen Designer nicht in die Konstruktion und Verifizierung von einbezog der Spiegel. Während die Kommission Perkin-Elmer wegen dieser Mängel im Management heftig kritisierte, wurde die NASA auch dafür kritisiert, dass sie die Mängel bei der Qualitätskontrolle nicht aufgegriffen hatte, beispielsweise weil sie sich vollständig auf die Testergebnisse eines einzelnen Instruments stützte.

Entwurf einer Lösung

Viele befürchteten, Hubble würde aufgegeben. Das Design des Teleskops beinhaltete immer Wartungsmissionen, und Astronomen begannen sofort, nach möglichen Lösungen für das Problem zu suchen, das bei der ersten Wartungsmission, die für 1993 geplant war, angewendet werden konnte. Kodak hatte zwar einen Rückspiegel für Hubble geerdet, dies würde jedoch der Fall sein Es war unmöglich, den Spiegel im Orbit auszutauschen, und es war zu teuer und zeitaufwändig, das Teleskop für eine Überholung zur Erde zurückzubringen. Stattdessen führte die Tatsache, dass der Spiegel so genau auf die falsche Form geschliffen worden war, dazu, dass neue optische Komponenten mit genau demselben Fehler entworfen wurden, die jedoch im entgegengesetzten Sinne bei der Wartungsmission dem Teleskop hinzugefügt wurden und effektiv als " Brillen ", um die sphärische Aberration zu korrigieren.

Der erste Schritt war eine genaue Charakterisierung des Fehlers im Hauptspiegel. Ausgehend von Bildern von Punktquellen stellten Astronomen fest, dass die konische Konstante des gebauten Spiegels war -1,01390 ± 0,0002 , statt der beabsichtigten −1.00230 . Die gleiche Zahl wurde auch durch Analyse des von Perkin-Elmer zur Abbildung des Spiegels verwendeten Nullkorrektors sowie durch Analyse von Interferogrammen abgeleitet, die während der Bodentests des Spiegels erhalten wurden.

COSTAR wird 2009 entfernt

Aufgrund der Art und Weise, wie die Instrumente des HST konstruiert wurden, waren zwei verschiedene Korrektorsätze erforderlich. Das Design der Weitfeld- und Planetenkamera 2 , das bereits als Ersatz für das vorhandene WF / PC geplant war, umfasste Relaisspiegel, um das Licht auf die vier separaten CCD-Chips ( Charge Coupled Device ) zu lenken , aus denen die beiden Kameras bestehen. Ein in ihre Oberflächen eingebauter inverser Fehler könnte die Aberration der Primärwicklung vollständig aufheben. Den anderen Instrumenten fehlten jedoch Zwischenflächen, die auf diese Weise dargestellt werden konnten, und daher war eine externe Korrekturvorrichtung erforderlich.

Das COSTAR-System ( Corrective Optics Space Telescope Axial Replacement ) wurde entwickelt, um die sphärische Aberration für Licht zu korrigieren, das auf FOC, FOS und GHRS fokussiert ist. Es besteht aus zwei Spiegeln im Lichtweg mit einer Masse, um die Aberration zu korrigieren. Um das COSTAR-System am Teleskop anzubringen, musste eines der anderen Instrumente entfernt werden, und die Astronomen wählten das zu opfernde Hochgeschwindigkeitsphotometer aus . Bis 2002 wurden alle Originalinstrumente, für die COSTAR erforderlich war, durch Instrumente mit eigener Korrekturoptik ersetzt. COSTAR wurde 2009 entfernt und auf die Erde zurückgebracht, wo es im Nationalen Luft- und Raumfahrtmuseum ausgestellt wird. Das Gebiet, das zuvor von COSTAR genutzt wurde, wird jetzt vom Cosmic Origins Spectrograph belegt .

Wartungseinsätze und neue Instrumente

Space Telescope Imaging Spectrograph Faint Object Spectrograph Advanced Camera for Surveys Faint Object Camera Cosmic Origins Spectrograph Corrective Optics Space Telescope Axial Replacement High Speed Photometer Near Infrared Camera and Multi-Object Spectrometer Goddard High Resolution Spectrograph Wide Field Camera 3 Wide Field and Planetary Camera 2 Wide Field and Planetary Camera

Hubble wurde entwickelt, um regelmäßige Wartungs- und Ausrüstungs-Upgrades im Orbit zu ermöglichen. Instrumente und Gegenstände mit begrenzter Lebensdauer wurden als Orbitalersatzeinheiten konzipiert . Fünf Wartungsmissionen (SM 1, 2, 3A, 3B und 4) wurden von NASA -Raumfähren geflogen , die erste im Dezember 1993 und die letzte im Mai 2009. Wartungsmissionen waren heikle Operationen, die mit Manövern begannen, um das Teleskop im Orbit abzufangen und vorsichtig mit dem mechanischen Arm des Shuttles abrufen . Die notwendigen Arbeiten wurden dann über einen Zeitraum von vier bis fünf Tagen auf mehreren angebundenen Weltraumspaziergängen durchgeführt . Nach einer Sichtprüfung des Teleskops führten Astronauten Reparaturen durch, ersetzten ausgefallene oder beschädigte Komponenten, rüsteten die Ausrüstung auf und installierten neue Instrumente. Nach Abschluss der Arbeiten wurde das Teleskop wieder eingesetzt, typischerweise nachdem es auf eine höhere Umlaufbahn gebracht worden war, um den durch den Luftwiderstand verursachten Zerfall der Umlaufbahn zu beheben .

Wartungsmission 1

Die Astronauten Musgrave und Hoffman installieren während des SM1 eine Korrekturoptik

Die erste Hubble-Mission war für 1993 geplant, bevor das Spiegelproblem entdeckt wurde. Es gewann an Bedeutung, da die Astronauten umfangreiche Arbeiten zur Installation der Korrekturoptik durchführen müssten. Ein Misserfolg hätte dazu geführt, dass Hubble entweder aufgegeben oder seine dauerhafte Behinderung akzeptiert worden wäre. Andere Komponenten fielen vor der Mission aus und die Reparaturkosten stiegen auf 500 Millionen US-Dollar (ohne die Kosten für den Shuttle-Flug). Ein Auto mit so vielen Ausfällen könnte aufgegeben worden sein. Eine erfolgreiche Reparatur würde jedoch dazu beitragen, die Realisierbarkeit des Baus der Raumstation Alpha zu demonstrieren .

STS-49 im Jahr 1992 demonstrierte die Schwierigkeit der Weltraumarbeit. Während die Rettung von Intelsat VI gelobt wurde, waren die Astronauten dabei möglicherweise rücksichtslose Risiken eingegangen. Weder die Rettung noch die nicht zusammengesetzte Montage von Prototypen von Raumstationskomponenten erfolgte, wie die Astronauten trainiert hatten, was die NASA veranlasste, Planung und Training, einschließlich der Hubble-Reparatur, neu zu bewerten. Die der Mission Story Musgrave zugewiesene Agentur, die seit 1976 an Satellitenreparaturverfahren gearbeitet hatte, und sechs weitere erfahrene Astronauten, darunter zwei von STS-49. Der erste Missionsdirektor seit Project Apollo koordinierte eine Besatzung mit 16 früheren Shuttle-Flügen. Die Astronauten wurden im Umgang mit etwa hundert Spezialwerkzeugen geschult.

Hitze war das Problem auf früheren Weltraumspaziergängen gewesen, die im Sonnenlicht auftraten. Hubble musste ohne Sonnenlicht repariert werden. Musgrave entdeckte während des Vakuumtrainings sieben Monate vor der Mission, dass Raumanzughandschuhe nicht ausreichend vor der Kälte des Weltraums schützten. Nachdem STS-57 das Problem im Orbit bestätigt hatte, änderte die NASA schnell Ausrüstung, Verfahren und Flugplan. Vor dem Start wurden sieben Missionssimulationen durchgeführt, die gründlichste Vorbereitung in der Geschichte des Shuttles. Es gab kein vollständiges Hubble-Modell, daher untersuchten die Astronauten viele verschiedene Modelle (darunter eines im Smithsonian) und kombinierten mental ihre unterschiedlichen und widersprüchlichen Details. Service Mission 1 flog im Dezember 1993 an Bord von Endeavour und umfasste die Installation mehrerer Instrumente und anderer Geräte über zehn Tage.

Am wichtigsten ist, dass das Hochgeschwindigkeitsphotometer durch das COSTAR- Korrekturoptikpaket ersetzt wurde und WFPC durch die Weitfeld- und Planetenkamera 2 (WFPC2) mit einem internen optischen Korrektursystem ersetzt wurde. Die Solaranlagen und ihre Antriebselektronik wurden ebenfalls ersetzt, sowie vier Gyroskope im Teleskopzeigesystem, zwei elektrische Steuergeräte und andere elektrische Komponenten sowie zwei Magnetometer. Die Bordcomputer wurden mit zusätzlichen Coprozessoren aufgerüstet und die Umlaufbahn von Hubble wurde verbessert .

Am 13. Januar 1994 erklärte die NASA die Mission für einen vollständigen Erfolg und zeigte die ersten schärferen Bilder. Die Mission war eine der komplexesten, die bis zu diesem Zeitpunkt durchgeführt wurde und fünf lange Aktivitätsperioden außerhalb des Fahrzeugs umfasste . Sein Erfolg war ein Segen für die NASA sowie für die Astronomen, die jetzt ein leistungsfähigeres Weltraumteleskop hatten.

Wartungsmission 2

Hubble von Discovery aus gesehen während seiner zweiten Wartungsmission

Die Wartungsmission 2, die im Februar 1997 von Discovery geflogen wurde , ersetzte den GHRS und den FOS durch den Weltraumteleskop-Bildgebungsspektrographen (STIS) und die Nahinfrarotkamera und das Mehrobjektspektrometer (NICMOS) und ersetzte einen technischen und wissenschaftlichen Bandrekorder durch einen neuen Festkörperrekorder und reparierte Wärmedämmung. NICMOS enthielt einen Kühlkörper aus festem Stickstoff , um das thermische Rauschen des Instruments zu reduzieren. Kurz nach der Installation führte eine unerwartete Wärmeausdehnung dazu, dass ein Teil des Kühlkörpers mit einer optischen Schallwand in Kontakt kam. Dies führte zu einer erhöhten Erwärmungsrate des Instruments und reduzierte seine ursprünglich erwartete Lebensdauer von 4,5 Jahren auf etwa zwei Jahre.

Wartungsmission 3A

Die von Discovery geflogene Wartungsmission 3A fand im Dezember 1999 statt und war eine Trennung von Wartungsmission   3, nachdem drei der sechs Bordgyroskope ausgefallen waren. Der vierte scheiterte einige Wochen vor der Mission und machte das Teleskop unfähig, wissenschaftliche Beobachtungen durchzuführen. Die Mission ersetzte alle sechs Gyroskope, ersetzte einen Feinführungssensor und den Computer, installierte ein Spannungs- / Temperaturverbesserungskit (VIK), um ein Überladen der Batterie zu verhindern, und ersetzte Wärmedämmdecken.

Wartungsmission 3B

Bei der Wartung der Mission 3B, die im März 2002 von Columbia geflogen wurde, wurde ein neues Instrument installiert, bei dem der FOC (mit Ausnahme der Feinführungssensoren bei Verwendung für die Astrometrie das letzte der ursprünglichen Instrumente) durch die Advanced Camera for Surveys ersetzt wurde (ACS). Dies bedeutete, dass COSTAR nicht mehr benötigt wurde, da alle neuen Instrumente eine eingebaute Korrektur für die Hauptspiegelaberration hatten. Die Mission belebte NICMOS auch durch die Installation eines Kühlers mit geschlossenem Kreislauf und ersetzte die Solaranlagen zum zweiten Mal, wodurch 30 Prozent mehr Strom bereitgestellt wurden.

Wartungsmission 4

Hubble während der Wartungsmission 4
Hubble nach der Veröffentlichung

Die Pläne sahen vor, Hubble im Februar 2005 zu warten, aber die Katastrophe von Columbia im Jahr 2003, bei der sich der Orbiter beim Wiedereintritt in die Atmosphäre auflöste, hatte weitreichende Auswirkungen auf das Hubble-Programm. Der NASA-Administrator Sean O'Keefe entschied, dass alle zukünftigen Shuttle-Missionen in der Lage sein mussten, den sicheren Hafen der Internationalen Raumstation zu erreichen, falls sich während des Fluges Probleme entwickeln sollten. Da keine Shuttles während derselben Mission sowohl HST als auch die Raumstation erreichen konnten, wurden zukünftige Missionen mit Besatzung abgesagt. Diese Entscheidung wurde von zahlreichen Astronomen kritisiert, die Hubble für wertvoll genug hielten, um das menschliche Risiko zu verdienen. Der geplante Nachfolger von HST, das James Webb Telescope (JWST), sollte ab 2004 mindestens 2011 eingeführt werden. Eine Lücke in den Möglichkeiten zur Weltraumbeobachtung zwischen der Stilllegung von Hubble und der Beauftragung eines Nachfolgers war für viele Astronomen von großer Bedeutung angesichts der erheblichen wissenschaftlichen Auswirkungen von HST. Die Überlegung, dass sich JWST nicht in einer erdnahen Umlaufbahn befindet und daher im Falle eines frühen Ausfalls nicht einfach aufgerüstet oder repariert werden kann, hat die Bedenken nur noch verschärft. Auf der anderen Seite waren viele Astronomen der festen Überzeugung, dass die Wartung von Hubble nicht stattfinden sollte, wenn die Kosten aus dem JWST-Budget stammen sollten.

Im Januar 2004 sagte O'Keefe, er werde seine Entscheidung, die endgültige Wartungsmission für HST abzusagen, aufgrund des öffentlichen Aufschreis und der Aufforderung des Kongresses an die NASA, nach einer Möglichkeit zu suchen, sie zu retten, überprüfen. Die Nationale Akademie der Wissenschaften berief ein offizielles Gremium ein, das im Juli 2004 empfahl, das HST trotz der offensichtlichen Risiken beizubehalten. In ihrem Bericht wurde nachdrücklich darauf hingewiesen, dass die NASA keine Maßnahmen ergreifen sollte, die eine Space-Shuttle-Wartungsmission zum Hubble-Weltraumteleskop ausschließen würden. Im August 2004 bat O'Keefe das Goddard Space Flight Center, einen detaillierten Vorschlag für eine Roboterdienstmission vorzubereiten. Diese Pläne wurden später annulliert, wobei die Robotermission als "nicht realisierbar" beschrieben wurde. Ende 2004 führten mehrere Kongressmitglieder unter der Leitung von Senatorin Barbara Mikulski öffentliche Anhörungen durch und führten mit großer öffentlicher Unterstützung (einschließlich Tausender Briefe von Schulkindern in den USA) einen Kampf, um die Bush-Administration und die NASA zu veranlassen, die Entscheidung zu überdenken Pläne für eine Hubble-Rettungsmission fallen lassen.

Nickel-Wasserstoff-Akku für Hubble

Die Ernennung eines neuen NASA-Administrators, Michael D. Griffin , im April 2005 änderte die Situation, als Griffin erklärte, er würde eine Mission mit Besatzung in Betracht ziehen. Kurz nach seiner Ernennung ermächtigte Griffin Goddard, die Vorbereitungen für einen Hubble-Wartungsflug mit Besatzung fortzusetzen, und sagte, er werde die endgültige Entscheidung nach den nächsten beiden Shuttle-Missionen treffen. Im Oktober 2006 gab Griffin den endgültigen Startschuss, und die elftägige Mission von Atlantis war für Oktober 2008 geplant. Hubbles Hauptdatenverarbeitungseinheit fiel im September 2008 aus und stoppte die gesamte Berichterstattung über wissenschaftliche Daten, bis die Sicherung online gestellt wurde am 25. Oktober 2008. Da ein Ausfall der Backup-Einheit das HST hilflos machen würde, wurde die Servicemission verschoben, um einen Ersatz für die primäre Einheit aufzunehmen.

Die Wartung von Mission 4 (SM4), die im Mai 2009 von Atlantis geflogen wurde , war die letzte geplante Shuttle-Mission für HST. SM4 installierte die Ersatzdatenverarbeitungseinheit, reparierte die ACS- und STIS-Systeme, installierte verbesserte Nickelwasserstoffbatterien und ersetzte andere Komponenten, einschließlich aller sechs Gyroskope. SM4 installierte außerdem zwei neue Beobachtungsinstrumente - Wide Field Camera 3 (WFC3) und Cosmic Origins Spectrograph (COS) - sowie das Soft Capture- und Rendezvous-System , mit dem Hubble künftig von einer Besatzung mit Rendezvous erfasst, erfasst und sicher entsorgt werden kann oder Robotermission. Mit Ausnahme des hochauflösenden Kanals des ACS , der nicht repariert werden konnte und deaktiviert wurde, wurde das Teleskop durch die während SM4 durchgeführten Arbeiten voll funktionsfähig.

Hauptprojekte

Eines der berühmtesten Bilder von Hubble, Pillars of Creation , zeigt Sterne, die sich im Adlernebel bilden .

Seit Beginn des Programms wurden eine Reihe von Forschungsprojekten durchgeführt, einige davon fast ausschließlich mit Hubble, andere koordinierten Einrichtungen wie das Chandra-Röntgenobservatorium und das Very Large Telescope der ESO . Obwohl sich das Hubble-Observatorium dem Ende seines Lebens nähert, sind noch große Projekte geplant. Ein Beispiel ist das bevorstehende Frontier Fields-Programm, das von den Ergebnissen von Hubbles tiefer Beobachtung des Galaxienhaufens Abell 1689 inspiriert wurde .

Cosmic Assembly Nahinfrarot Deep Extragalactic Legacy Survey

In einer Pressemitteilung vom August 2013 wurde CANDELS als "das größte Projekt in der Geschichte von Hubble" bezeichnet. Die Umfrage "zielt darauf ab, die galaktische Evolution im frühen Universum und die ersten Keime der kosmischen Struktur weniger als eine Milliarde Jahre nach dem Urknall zu erforschen." Auf der CANDELS-Projektseite werden die Ziele der Umfrage wie folgt beschrieben:

Die Deep Extragalactic Legacy Survey der kosmischen Versammlung im nahen Infrarotbereich soll das erste Drittel der galaktischen Evolution von z = 8 auf 1,5 durch Tiefenbildgebung von mehr als 250.000 Galaxien mit WFC3 / IR und ACS dokumentieren. Es wird auch die erste SNe vom Typ Ia jenseits von z> 1,5 finden und ihre Genauigkeit als Standardkerzen für die Kosmologie festlegen. Es werden fünf erstklassige Himmelsregionen mit mehreren Wellenlängen ausgewählt. Jedes hat Daten mit mehreren Wellenlängen von Spitzer und anderen Einrichtungen und verfügt über eine umfassende Spektroskopie der helleren Galaxien. Die Verwendung von fünf weit voneinander entfernten Feldern verringert die kosmische Varianz und liefert statistisch robuste und vollständige Proben von Galaxien bis zu 10 9 Sonnenmassen bis zu z ~ 8.

Frontier Fields-Programm

Farbbild des Galaxienhaufens MCS J0416.1–2403, untersucht vom Hubble Frontier Fields-Programm
Das Frontier Fields-Programm untersuchte MACS0416.1-2403 .

Das Programm mit dem offiziellen Namen "Hubble Deep Fields Initiative 2012" zielt darauf ab, das Wissen über die frühe Galaxienbildung zu erweitern, indem Galaxien mit hoher Rotverschiebung in leeren Feldern mithilfe von Gravitationslinsen untersucht werden , um die "schwächsten Galaxien im fernen Universum" zu sehen. Die Webseite von Frontier Fields beschreibt die Ziele des Programms wie folgt:

  • bisher unzugängliche Populationen von z = 5–10 Galaxien aufzudecken, die an sich zehn- bis fünfzigmal schwächer sind als alle derzeit bekannten
  • um unser Verständnis der Sternmassen und Sternentstehungsgeschichten von Sub-L * -Galaxien zu den frühesten Zeiten zu festigen
  • die erste statistisch aussagekräftige morphologische Charakterisierung sternbildender Galaxien bei z> 5 zu liefern
  • um z> 8 Galaxien zu finden, die durch Clusterlinsen ausreichend ausgestreckt sind, um die innere Struktur zu erkennen, und / oder durch Clusterlinsen für spektroskopische Nachuntersuchungen ausreichend vergrößert sind.

Cosmic Evolution Survey (COSMOS)

Die Cosmic Evolution Survey (COSMOS) ist eine astronomische Untersuchung, die die Bildung und Entwicklung von Galaxien als Funktion sowohl der kosmischen Zeit (Rotverschiebung) als auch der lokalen Galaxienumgebung untersuchen soll. Die Umfrage deckt ein äquatoriales Feld von zwei Quadratgraden mit Spektroskopie und Röntgen- bis Radiobildgebung durch die meisten großen weltraumgestützten Teleskope und eine Reihe großer bodengestützter Teleskope ab, was es zu einem Schwerpunkt der extragalaktischen Astrophysik macht. COSMOS wurde 2006 als das größte Projekt gestartet, das das Hubble-Weltraumteleskop zu dieser Zeit verfolgte, und ist immer noch das größte zusammenhängende Gebiet des Himmels, das für die Kartierung des Weltraums in leeren Feldern bedeckt ist , das 2,5-fache der Fläche des Mondes am Himmel und 17-mal größer als die größte der CANDELS- Regionen. Die wissenschaftliche Zusammenarbeit von COSMOS, die aus der ersten COSMOS-Umfrage hervorgegangen ist, ist die größte und am längsten laufende extragalaktische Zusammenarbeit, die für ihre Kollegialität und Offenheit bekannt ist. Die Untersuchung von Galaxien in ihrer Umgebung kann nur mit großen Himmelsbereichen durchgeführt werden, die größer als ein halbes Quadrat sind. Es werden mehr als zwei Millionen Galaxien entdeckt, die 90% des Alters des Universums umfassen. Die COSMOS-Zusammenarbeit wird von Caitlin Casey , Jeyhan Kartaltepe und Vernesa Smolcic geleitet und umfasst mehr als 200 Wissenschaftler in einem Dutzend Ländern.

Öffentliche Nutzung

Sternhaufen Pismis 24 mit Nebel

Politik

Jeder kann am Teleskop Zeit beantragen; Es gibt keine Einschränkungen hinsichtlich der Nationalität oder der akademischen Zugehörigkeit, aber die Finanzierung für die Analyse steht nur US-amerikanischen Institutionen zur Verfügung. Der Wettbewerb um die Zeit auf dem Teleskop ist intensiv. Etwa ein Fünftel der in jedem Zyklus eingereichten Vorschläge verdient Zeit auf dem Zeitplan.

Vorschläge

Aufforderungen zur Einreichung von Vorschlägen werden ungefähr jährlich veröffentlicht, wobei die Zeit für einen Zyklus von etwa einem Jahr vorgesehen ist. Die Vorschläge sind in mehrere Kategorien unterteilt. Vorschläge für "allgemeine Beobachter" sind die häufigsten und decken Routinebeobachtungen ab. "Schnappschuss-Beobachtungen" sind solche, bei denen Ziele nur 45 Minuten oder weniger Teleskopzeit benötigen, einschließlich Overheads wie das Erfassen des Ziels. Schnappschussbeobachtungen werden verwendet, um Lücken im Teleskopplan zu schließen, die von regulären allgemeinen Beobachterprogrammen nicht geschlossen werden können.

Astronomen können Vorschläge zum "Ziel der Gelegenheit" machen, bei denen Beobachtungen geplant werden, wenn während des Planungszyklus ein vorübergehendes Ereignis auftritt, das von dem Vorschlag abgedeckt wird. Darüber hinaus werden bis zu 10% der Teleskopzeit als "Director's Discretionary" (DD) -Zeit bezeichnet. Astronomen können zu jeder Jahreszeit die Verwendung der DD-Zeit beantragen. Sie wird in der Regel für die Untersuchung unerwarteter vorübergehender Phänomene wie Supernovae vergeben.

Andere Verwendungen der DD-Zeit umfassten die Beobachtungen, die zu Ansichten des Hubble-Tiefenfelds und des Hubble-Ultra-Tiefenfelds führten, und in den ersten vier Zyklen der Teleskopzeit Beobachtungen, die von Amateurastronomen durchgeführt wurden.

Die öffentliche Bildverarbeitung von Hubble-Daten wird empfohlen, da die meisten Daten in den Archiven nicht zu Farbbildern verarbeitet wurden.

Verwendung durch Amateurastronomen

Das HST ist manchmal vom Boden aus sichtbar, wie bei dieser 39-Sekunden-Belichtung im Orion. Maximale Helligkeit um Größe 1.

Der erste Direktor von STScI, Riccardo Giacconi , gab 1986 bekannt, dass er beabsichtige, einen Teil seines Ermessensspielraums für die Nutzung des Teleskops durch Amateurastronomen aufzuwenden. Die zugewiesene Gesamtzeit betrug nur wenige Stunden pro Zyklus, erregte jedoch großes Interesse bei Amateurastronomen.

Vorschläge für die Amateurzeit wurden von einem Komitee von Amateurastronomen streng geprüft, und die Zeit wurde nur für Vorschläge vergeben, die als echt wissenschaftlich wertvoll angesehen wurden, keine Vorschläge von Fachleuten duplizierten und die einzigartigen Fähigkeiten des Weltraumteleskops erforderten. Dreizehn Amateurastronomen erhielten Zeit für das Teleskop, wobei Beobachtungen zwischen 1990 und 1997 durchgeführt wurden. Eine solche Studie war " Transition Comets - UV Search for OH ". Der erste Vorschlag, "Eine Hubble-Weltraumteleskopstudie zur Aufhellung von Posteclipse und zu Albedoveränderungen auf Io", wurde in Icarus veröffentlicht , einer Zeitschrift, die sich mit Studien zum Sonnensystem befasst. Eine zweite Studie einer anderen Gruppe von Amateuren wurde ebenfalls in Icarus veröffentlicht . Nach dieser Zeit machten jedoch Budgetkürzungen bei STScI die Unterstützung der Arbeit von Amateurastronomen unhaltbar, und es wurden keine zusätzlichen Amateurprogramme durchgeführt.

Regelmäßige Hubble-Vorschläge enthalten immer noch Erkenntnisse oder entdeckte Objekte von Amateuren oder Bürgerwissenschaftlern . Diese Beobachtungen werden häufig in Zusammenarbeit mit professionellen Astronomen durchgeführt. Eine der frühesten Beobachtungen ist der große weiße Fleck von 1990 auf dem Planeten Saturn, der vom Amateurastronomen S. Wilber entdeckt und von HST auf Vorschlag von J. Westphal ( Caltech ) beobachtet wurde. Spätere Pro-Am-Beobachtungen von Hubble beinhalten Entdeckungen des Galaxienzoo- Projekts wie Voorwerpjes und Green Pea-Galaxien . Das Programm "Gems of the Galaxies" basiert auf einer Liste von Objekten von Freiwilligen des Galaxienzoos, die mithilfe einer Online-Abstimmung gekürzt wurde. Zusätzlich gibt es Beobachtungen von Kleinplaneten , die von Amateurastronomen wie 2I / Borisov entdeckt wurden, und Veränderungen in der Atmosphäre der Gasriesen Jupiter und Saturn oder der Eisriesen Uranus und Neptun. In den Hinterhofwelten der Pro-Am-Zusammenarbeit wurde das HST verwendet, um ein planetarisches Massenobjekt namens WISE J0830 + 2837 zu beobachten . Die Nichterkennung durch das HST half, dieses besondere Objekt zu klassifizieren.

Wissenschaftliche Ergebnisse

Schlüsselprojekte

In den frühen 1980er Jahren beriefen die NASA und STScI vier Gremien ein, um wichtige Projekte zu erörtern. Dies waren Projekte, die sowohl wissenschaftlich wichtig waren als auch eine erhebliche Teleskopzeit erfordern würden, die explizit jedem Projekt gewidmet wäre. Dies garantierte, dass diese speziellen Projekte vorzeitig abgeschlossen wurden, falls das Teleskop früher als erwartet ausfiel. Die Platten wurden drei solche Projekte: 1) eine Studie , in der Nähe des Mediums intergalaktisch quasar Verwendung Absorptionslinien , die Eigenschaften des bestimmen intergalaktisch Mediums und den gasförmigen Inhalts von Galaxien und Galaxiengruppen; 2) eine mitteltiefe Vermessung mit der Weitfeldkamera, um Daten zu erfassen, wann immer eines der anderen Instrumente verwendet wurde, und 3) ein Projekt zur Bestimmung der Hubble-Konstante innerhalb von zehn Prozent durch Reduzierung der externen und internen Fehler bei der Kalibrierung von die Entfernungsskala.

Wichtige Entdeckungen

Hubbles sichtbares STIS UV- und ACS-Licht enthüllte zusammen die südliche Aurora des Saturn

Hubble hat dazu beigetragen, einige langjährige Probleme in der Astronomie zu lösen und gleichzeitig neue Fragen zu stellen. Einige Ergebnisse erforderten neue Theorien , um sie zu erklären.

Alter des Universums

Zu seinen Hauptzielen gehörte es, Entfernungen zu variablen Sternen der Cepheid genauer als je zuvor zu messen und damit den Wert der Hubble-Konstante zu beschränken , das Maß für die Geschwindigkeit, mit der sich das Universum ausdehnt, was auch mit seinem Alter zusammenhängt. Vor dem Start von HST hatten Schätzungen der Hubble-Konstante typischerweise Fehler von bis zu 50%, aber Hubble-Messungen von Cepheid-Variablen im Virgo-Cluster und anderen entfernten Galaxienhaufen ergaben einen gemessenen Wert mit einer Genauigkeit von ± 10%, was konsistent ist mit anderen genaueren Messungen, die seit Hubbles Start mit anderen Techniken durchgeführt wurden. Das geschätzte Alter liegt jetzt bei 13,7 Milliarden Jahren, aber vor dem Hubble-Teleskop sagten Wissenschaftler ein Alter zwischen 10 und 20 Milliarden Jahren voraus.

Erweiterung des Universums

Während Hubble dazu beitrug, Schätzungen des Alters des Universums zu verfeinern, bezweifelte es auch Theorien über seine Zukunft. Astronomen des High-z Supernova Search Teams und des Supernova Cosmology Project verwendeten bodengestützte Teleskope und HST, um entfernte Supernovae zu beobachten, und deckten Beweise dafür auf, dass sich die Expansion des Universums unter dem Einfluss der Schwerkraft nicht verlangsamt , sondern tatsächlich beschleunigt . Drei Mitglieder dieser beiden Gruppen wurden anschließend für ihre Entdeckung mit Nobelpreisen ausgezeichnet . Die Ursache dieser Beschleunigung ist nach wie vor wenig bekannt. Die häufigste Ursache ist die Dunkle Energie .

Braune Flecken markieren die Einschlagstellen von Comet Shoemaker - Levy 9 auf der südlichen Hemisphäre von Jupiter . Bild von Hubble.

Schwarze Löcher

Die vom HST bereitgestellten hochauflösenden Spektren und Bilder waren besonders gut geeignet, um die Prävalenz von Schwarzen Löchern im Zentrum nahegelegener Galaxien festzustellen . Während in den frühen 1960er Jahren angenommen wurde, dass Schwarze Löcher in den Zentren einiger Galaxien gefunden werden würden und Astronomen in den 1980er Jahren eine Reihe guter Kandidaten für Schwarze Löcher identifizierten, zeigt die Arbeit mit Hubble, dass Schwarze Löcher wahrscheinlich in den Zentren häufig sind aller Galaxien. Die Hubble-Programme stellten ferner fest, dass die Massen der nuklearen Schwarzen Löcher und die Eigenschaften der Galaxien eng miteinander verbunden sind. Das Erbe der Hubble-Programme für Schwarze Löcher in Galaxien besteht somit darin, eine tiefe Verbindung zwischen Galaxien und ihren zentralen Schwarzen Löchern aufzuzeigen.

Bilder mit sichtbarer Wellenlänge erweitern

Hubble Extreme Deep Field Bild des Weltraums im Sternbild Fornax

Ein einzigartiges Fenster im Universum, das Hubble ermöglicht, sind die Bilder Hubble Deep Field , Hubble Ultra-Deep Field und Hubble Extreme Deep Field , bei denen Hubbles unübertroffene Empfindlichkeit bei sichtbaren Wellenlängen verwendet wurde, um Bilder von kleinen Himmelsflecken zu erstellen, die die tiefsten sind, die jemals erhalten wurden bei optischen Wellenlängen. Die Bilder enthüllen Galaxien in Milliarden von Lichtjahren Entfernung und haben eine Fülle wissenschaftlicher Arbeiten hervorgebracht, die ein neues Fenster zum frühen Universum bieten. Die Weitfeldkamera   3 verbesserte die Sicht auf diese Felder im Infrarot- und Ultraviolettbereich und unterstützte die Entdeckung einiger der am weitesten entfernten Objekte, die bisher entdeckt wurden, wie z. B. MACS0647-JD .

Das nicht standardmäßige Objekt SCP 06F6 wurde im Februar 2006 vom Hubble-Weltraumteleskop entdeckt.

Am 3. März 2016 kündigten Forscher, die Hubble-Daten verwenden, die Entdeckung der bislang am weitesten bekannten Galaxie an: GN-z11 . Die Hubble - Beobachtungen traten am 11. Februar 2015 und 3. April 2015 im Rahmen der CANDELS / IST -North Umfragen.

Entdeckungen des Sonnensystems

HST wurde auch verwendet, um Objekte im äußeren Bereich des Sonnensystems zu untersuchen, einschließlich der Zwergplaneten Pluto und Eris .

Die Kollision von Comet Shoemaker-Levy 9 mit Jupiter im Jahr 1994 war für Astronomen zufällig geplant, nur wenige Monate nachdem Servicing Mission   1 Hubbles optische Leistung wiederhergestellt hatte. Hubble-Bilder des Planeten waren schärfer als alle seit der Passage von Voyager 2 im Jahr 1979 aufgenommenen und entscheidend für die Untersuchung der Dynamik der Kollision eines Kometen mit Jupiter, einem Ereignis, von dem angenommen wird, dass es alle paar Jahrhunderte auftritt.

Im Juni und Juli 2012 entdeckten US-Astronomen, die Hubble verwendeten, Styx , einen winzigen fünften Mond, der Pluto umkreist.

Im März 2015 gaben Forscher bekannt, dass Messungen von Auroren um Ganymed , einen der Jupitermonde, ergeben haben, dass es sich um einen unterirdischen Ozean handelt. Mithilfe von Hubble zur Untersuchung der Bewegung seiner Auroren stellten die Forscher fest, dass ein großer Salzwasserozean dazu beitrug, die Wechselwirkung zwischen Jupiters Magnetfeld und dem von Ganymed zu unterdrücken. Der Ozean ist schätzungsweise 100 km tief und unter einer Eiskruste von 150 km eingeschlossen.

Von Juni bis August 2015 wurde Hubble verwendet, um nach einem Kuiper Belt Object (KBO) -Ziel für die New Horizons Kuiper Belt Extended Mission (KEM) zu suchen, wenn ähnliche Suchvorgänge mit Bodenteleskopen kein geeignetes Ziel fanden. Dies führte zur Entdeckung von mindestens fünf neuen KBOs, einschließlich des späteren KEM-Ziels 486958 Arrokoth , für das New Horizons am 1. Januar 2019 einen Vorbeiflug durchführte .

Im August 2020 haben Astronomen, die das Hubble-Weltraumteleskop der NASA nutzen, unter Ausnutzung einer totalen Mondfinsternis die Sonnenschutzmarke der Erde - Ozon - in unserer Atmosphäre entdeckt. Diese Methode simuliert, wie Astronomen und Astrobiologen nach Beweisen für das Leben jenseits der Erde suchen, indem sie mögliche "Biosignaturen" auf Exoplaneten (Planeten um andere Sterne) beobachten.

Hubble- und ALMA-Image von MACS J1149.5 + 2223

Supernova taucht wieder auf

Am 11. Dezember 2015 erfasst Hubble ein Bild des ersten Mal vorhergesagten Wiedererscheinen einer Supernova, genannt „ Refsdal “, die unterschiedliche Massenmodelle einer Galaxie Cluster berechnet wurde , dessen Schwere Verziehen der Supernova Licht. Die Supernova wurde zuvor im November 2014 hinter dem Galaxienhaufen MACS J1149.5 + 2223 im Rahmen von Hubbles Frontier Fields-Programm gesehen. Astronomen entdeckten vier separate Bilder der Supernova in einer Anordnung, die als Einsteinkreuz bekannt ist . Das Licht des Clusters hat ungefähr fünf Milliarden Jahre gebraucht, um die Erde zu erreichen, obwohl die Supernova vor etwa 10 Milliarden Jahren explodierte. Basierend auf frühen Linsenmodellen wurde vorausgesagt, dass bis Ende 2015 ein fünftes Bild wieder erscheint. Die Erkennung von Refsdals Wiedererscheinen im Dezember 2015 bot Astronomen die einmalige Gelegenheit, ihre Modelle zu testen, wie sich Masse, insbesondere dunkle Materie , darin verteilt Galaxienhaufen.

Masse und Größe der Milchstraße

Im März 2019 wurden Beobachtungen von Hubble und Daten des Gaia- Weltraumobservatoriums der Europäischen Weltraumorganisation kombiniert, um festzustellen, dass die Milchstraßengalaxie ungefähr 1,5 Billionen Solareinheiten wiegt und einen Radius von 129.000 Lichtjahren hat.

Andere Entdeckungen

Andere Entdeckungen, die mit Hubble-Daten gemacht wurden, umfassen protoplanetare Scheiben ( Proplyden ) im Orionnebel ; Beweise für das Vorhandensein von extrasolaren Planeten um sonnenähnliche Sterne; und die optischen Gegenstücke der immer noch mysteriösen Gammastrahlenexplosionen .

Auswirkungen auf die Astronomie

Darstellung des Fortschritts bei der Entdeckung des frühen Universums
Evolution der Entdeckung des frühen Universums
Einige der Carina-Nebel von WFC3

Viele objektive Maßnahmen zeigen die positiven Auswirkungen von Hubble-Daten auf die Astronomie. Über 15.000 Papiere auf Basis von Hubble - Daten werden in Peer-Review - Zeitschriften veröffentlicht und unzählige mehr in der Konferenz erschienen Verfahren . Bei Betrachtung von Artikeln einige Jahre nach ihrer Veröffentlichung enthält etwa ein Drittel aller Astronomie-Artikel keine Zitate , während nur zwei Prozent der auf Hubble-Daten basierenden Artikel keine Zitate enthalten. Im Durchschnitt erhält ein auf Hubble-Daten basierendes Papier etwa doppelt so viele Zitate wie auf Nicht-Hubble-Daten basierende Papiere. Von den 200 jährlich veröffentlichten Artikeln, die die meisten Zitate erhalten, basieren etwa 10% auf Hubble-Daten.

Obwohl das HST eindeutig zur astronomischen Forschung beigetragen hat, waren seine finanziellen Kosten hoch. Eine Studie über die relativen astronomischen Vorteile von Teleskopgrößen unterschiedlicher Größe ergab, dass Papiere, die auf HST-Daten basieren, 15-mal so viele Zitate generieren wie ein bodengestütztes 4-m-Teleskop wie das William-Herschel-Teleskop , das HST jedoch etwa 100 kostet mal so viel zu bauen und zu warten.

Die Entscheidung zwischen bodengebundenen und weltraumgestützten Teleskopen ist komplex. Noch vor dem Start von Hubble hatten spezielle bodengestützte Techniken wie die Aperturmaskierungsinterferometrie optische und infrarote Bilder mit höherer Auflösung erhalten, als Hubble erzielen würde, obwohl sie auf Ziele beschränkt waren, die etwa 10 bis 8 Mal heller waren als die schwächsten von Hubble beobachteten Ziele. Seitdem haben Fortschritte in der adaptiven Optik die hochauflösenden Abbildungsmöglichkeiten von bodengestützten Teleskopen auf die Infrarotabbildung schwacher Objekte erweitert. Die Nützlichkeit der adaptiven Optik gegenüber HST-Beobachtungen hängt stark von den besonderen Details der gestellten Forschungsfragen ab. In den sichtbaren Bändern kann die adaptive Optik nur ein relativ kleines Sichtfeld korrigieren, während HST eine hochauflösende optische Abbildung über ein weites Feld durchführen kann. Nur ein kleiner Teil der astronomischen Objekte ist für hochauflösende bodengestützte Bildgebung zugänglich. Im Gegensatz dazu kann Hubble hochauflösende Beobachtungen an jedem Teil des Nachthimmels und an Objekten durchführen, die extrem schwach sind.

Auswirkungen auf die Luft- und Raumfahrttechnik

Zusätzlich zu seinen wissenschaftlichen Ergebnissen hat Hubble auch wichtige Beiträge zur Luft- und Raumfahrttechnik geleistet , insbesondere zur Leistung von Systemen im erdnahen Orbit. Diese Erkenntnisse resultieren aus Hubbles langer Lebensdauer im Orbit, umfangreichen Instrumenten und der Rückkehr von Baugruppen zur Erde, wo sie detailliert untersucht werden können. Insbesondere hat Hubble zu Studien über das Verhalten von Graphitverbundstrukturen im Vakuum, die optische Kontamination durch Restgas und die Wartung durch Menschen, Strahlenschäden an Elektronik und Sensoren sowie das Langzeitverhalten der Mehrschichtisolierung beigetragen . Eine Lektion war, dass Gyroskope, die unter Verwendung von Drucksauerstoff zur Abgabe von Suspensionsflüssigkeit zusammengebaut wurden, aufgrund von Korrosion des elektrischen Drahtes zum Versagen neigten. Gyroskope werden jetzt mit unter Druck stehendem Stickstoff zusammengebaut. Ein weiterer Grund ist, dass optische Oberflächen in LEO überraschend lange Lebensdauern haben können. Hubble sollte nur 15 Jahre dauern, bevor der Spiegel unbrauchbar wurde, aber nach 14 Jahren gab es keine messbare Verschlechterung. Schließlich haben Hubble-Wartungsmissionen, insbesondere solche, die Komponenten gewartet haben, die nicht für die Wartung im Weltraum ausgelegt sind, zur Entwicklung neuer Werkzeuge und Techniken für die Reparatur im Orbit beigetragen.

Hubble-Daten

Die Hubble-Präzisionsmessung der Sternentfernung wurde zehnmal weiter in die Milchstraße ausgedehnt .

Übertragung zur Erde

Hubble-Daten wurden ursprünglich auf dem Raumschiff gespeichert. Beim Start waren die Speichereinrichtungen altmodische Tonbandgeräte , die jedoch während der Wartungsmissionen 2 und 3A durch Festkörper- Datenspeicher ersetzt wurden   . Ungefähr zweimal täglich sendet das Hubble-Weltraumteleskop Daten an einen Satelliten im geosynchronen Tracking- und Datenrelais-Satellitensystem (TDRSS), das die wissenschaftlichen Daten dann auf eine von zwei 18-Meter-Mikrowellenantennen mit einem Durchmesser von 60 Fuß (60 Fuß) herunterverweist befindet sich in der White Sands-Testanlage in White Sands, New Mexico . Von dort werden sie zum Space Telescope Operations Control Center im Goddard Space Flight Center und schließlich zur Archivierung an das Space Telescope Science Institute geschickt. Jede Woche verlinkt HST ungefähr 140 Gigabit Daten herunter.

Farbbilder

Datenanalyse eines Spektrums, das die Chemie versteckter Wolken enthüllt

Alle Bilder von Hubble sind monochromatische Graustufenbilder , die durch eine Vielzahl von Filtern aufgenommen wurden, die jeweils bestimmte Wellenlängen des Lichts durchlassen und in jede Kamera integriert sind. Farbbilder werden erstellt, indem separate Schwarzweißbilder kombiniert werden, die mit verschiedenen Filtern aufgenommen wurden. Dieser Prozess kann auch Falschfarbenversionen von Bildern einschließlich Infrarot- und Ultraviolettkanälen erstellen , wobei Infrarot typischerweise als tiefes Rot und Ultraviolett als tiefes Blau gerendert wird.

Archiv

Alle Hubble-Daten werden schließlich über das Mikulski-Archiv für Weltraumteleskope bei STScI , CADC und ESA / ESAC zur Verfügung gestellt . Die Daten sind in der Regel sechs Monate lang proprietär und stehen nur dem vom PI benannten Principal Investigator (PI) und den Astronomen zur Verfügung. Der PI kann beim Direktor des STScI unter bestimmten Umständen beantragen, die Schutzdauer zu verlängern oder zu verkürzen.

Bemerkungen zur Ermessensfrist des Direktors sind von der Schutzfrist ausgenommen und werden sofort der Öffentlichkeit zugänglich gemacht. Kalibrierungsdaten wie flache Felder und dunkle Rahmen sind ebenfalls sofort öffentlich verfügbar. Alle Daten im Archiv liegen im FITS- Format vor, das für astronomische Analysen geeignet ist, jedoch nicht für die öffentliche Verwendung. Das Hubble Heritage Project verarbeitet und veröffentlicht eine kleine Auswahl der auffälligsten Bilder in den Formaten JPEG und TIFF .

Reduzierung der Pipeline

Mit CCDs aufgenommene astronomische Daten müssen mehrere Kalibrierungsschritte durchlaufen, bevor sie für die astronomische Analyse geeignet sind. STScI hat eine ausgefeilte Software entwickelt, die Daten automatisch kalibriert, wenn sie aus dem Archiv angefordert werden, wobei die besten verfügbaren Kalibrierungsdateien verwendet werden. Diese "on-the-fly" -Verarbeitung bedeutet, dass es einen Tag oder länger dauern kann, bis große Datenanforderungen verarbeitet und zurückgegeben werden. Der Prozess, mit dem Daten automatisch kalibriert werden, wird als "Pipeline-Reduzierung" bezeichnet und ist in großen Observatorien immer häufiger anzutreffen. Astronomen können, wenn sie möchten, die Kalibrierungsdateien selbst abrufen und die Pipeline-Reduktionssoftware lokal ausführen. Dies kann wünschenswert sein, wenn andere als die automatisch ausgewählten Kalibrierungsdateien verwendet werden müssen.

Datenanalyse

Hubble-Daten können mit vielen verschiedenen Paketen analysiert werden. STScI unterhält die maßgeschneiderte Software STSDAS ( Space Telescope Science Data Analysis System ), die alle Programme enthält, die zum Ausführen der Pipeline-Reduzierung für Rohdatendateien erforderlich sind, sowie viele andere astronomische Bildverarbeitungswerkzeuge, die auf die Anforderungen von Hubble-Daten zugeschnitten sind. Die Software läuft als Modul von IRAF , einem beliebten astronomischen Datenreduktionsprogramm.

Outreach-Aktivitäten

Im Jahr 2001 befragte die NASA Internetnutzer, um herauszufinden, was Hubble am liebsten beobachten würde. Sie wählten überwiegend den Pferdekopfnebel aus .
Modell im Viertelmaßstab im Gerichtsgebäude in Marshfield, Missouri , einer Heimatstadt von Edwin Hubble

Angesichts des erheblichen Beitrags der Steuerzahler zu den Bau- und Betriebskosten war es für das Weltraumteleskop immer wichtig, die Vorstellungskraft der Öffentlichkeit zu wecken . Nach den schwierigen Anfangsjahren, in denen der fehlerhafte Spiegel Hubbles Ruf in der Öffentlichkeit stark beeinträchtigte, ermöglichte die erste Wartungsmission die Rehabilitation, da die korrigierte Optik zahlreiche bemerkenswerte Bilder hervorbrachte.

Mehrere Initiativen haben dazu beigetragen, die Öffentlichkeit über Hubble-Aktivitäten auf dem Laufenden zu halten. In den Vereinigten Staaten werden die Öffentlichkeitsarbeit vom Büro für Öffentlichkeitsarbeit des Space Telescope Science Institute (STScI) koordiniert, das im Jahr 2000 gegründet wurde, um sicherzustellen, dass die US-Steuerzahler die Vorteile ihrer Investition in das Weltraumteleskopprogramm sehen. Zu diesem Zweck betreibt STScI die Website HubbleSite.org. Das Hubble Heritage Project , das vom STScI aus betrieben wird, bietet der Öffentlichkeit qualitativ hochwertige Bilder der interessantesten und auffälligsten beobachteten Objekte. Das Heritage-Team besteht aus Amateur- und professionellen Astronomen sowie Menschen mit einem Hintergrund außerhalb der Astronomie und betont die ästhetische Natur von Hubble-Bildern. Dem Heritage-Projekt wird nur wenig Zeit eingeräumt, um Objekte zu beobachten, bei denen aus wissenschaftlichen Gründen möglicherweise nicht genügend Wellenlängen aufgenommen wurden, um ein Vollfarbbild zu erstellen.

Seit 1999 ist das Informationszentrum der Hubble European Space Agency (HEIC) die führende Hubble-Outreach-Gruppe in Europa . Dieses Büro wurde in der Europäischen Koordinierungsanlage für Weltraumteleskope in München eingerichtet. Die Mission von HEIC ist es, HST-Outreach- und Bildungsaufgaben für die Europäische Weltraumorganisation zu erfüllen. Die Arbeit konzentriert sich auf die Produktion von Nachrichten und Fotoveröffentlichungen, die interessante Hubble-Ergebnisse und Bilder hervorheben. Diese sind häufig europäischen Ursprungs und erhöhen daher das Bewusstsein sowohl für den Hubble-Anteil der ESA (15%) als auch für den Beitrag europäischer Wissenschaftler zum Observatorium. Die ESA produziert Lehrmaterial, einschließlich einer Videocast- Serie namens Hubblecast, mit der erstklassige wissenschaftliche Nachrichten mit der Öffentlichkeit geteilt werden sollen.

Das Hubble-Weltraumteleskop wurde 2001 und 2010 von der Space Foundation für seine Outreach-Aktivitäten mit zwei Space Achievement Awards ausgezeichnet .

Eine Nachbildung des Hubble-Weltraumteleskops befindet sich auf dem Rasen des Gerichtsgebäudes in Marshfield, Missouri , der Heimatstadt des Namensgebers Edwin P. Hubble.

Feierbilder

Eine Säule aus Gas und Staub im Carina-Nebel . Dieses als
Mystic Mountain bezeichnete Bild der Wide Field Camera 3 wurde 2010 zum Gedenken an Hubbles 20-jähriges Jubiläum im Weltraum veröffentlicht.

Das Hubble-Weltraumteleskop feierte am 24. April 2010 sein 20-jähriges Bestehen im Weltraum. Zu diesem Anlass veröffentlichten die NASA, die ESA und das Space Telescope Science Institute (STScI) ein Bild aus dem Carina-Nebel .

Zum 25-jährigen Jubiläum von Hubble im Weltraum am 24. April 2015 veröffentlichte STScI auf seiner Hubble 25-Website Bilder des Westerlund 2- Clusters, der sich etwa 20.000 Lichtjahre (6.100 pc) entfernt im Sternbild Carina befindet. Die Europäische Weltraumorganisation hat auf ihrer Website eine eigene Seite zum 25-jährigen Jubiläum erstellt. Im April 2016 wurde zu Hubbles 26. "Geburtstag" ein besonderes Festbild des Blasennebels veröffentlicht.

Geräteausfälle

Gyroskop-Rotationssensoren

HST verwendet Gyroskope , um Rotationen zu erfassen und zu messen, damit es sich im Orbit stabilisieren und genau und stetig auf astronomische Ziele zeigen kann. Für den Betrieb sind normalerweise drei Gyroskope erforderlich. Beobachtungen sind immer noch mit zwei oder eins möglich, aber der Bereich des Himmels, der betrachtet werden kann, wäre etwas eingeschränkt, und Beobachtungen, die ein sehr genaues Zeigen erfordern, sind schwieriger. 2018 ist geplant, in den Ein-Gyroskop-Modus zu wechseln, wenn weniger als drei Arbeitsgyroskope in Betrieb sind. Die Gyroskope sind Teil des Pointing Control Systems , das fünf Arten von Sensoren (Magnetsensoren, optische Sensoren und Gyroskope) und zwei Arten von Aktuatoren ( Reaktionsräder und magnetische Drehmomente ) verwendet. Hubble trägt insgesamt sechs Gyroskope.

Nach der Katastrophe in Columbia im Jahr 2003 war unklar, ob eine weitere Wartungsmission möglich sein würde, und die Lebensdauer des Gyroskops wurde erneut zu einem Problem. Daher entwickelten die Ingenieure eine neue Software für den Zwei-Gyroskop- und den Ein-Gyroskop-Modus, um die potenzielle Lebensdauer zu maximieren. Die Entwicklung war erfolgreich, und 2005 wurde beschlossen, für den regulären Teleskopbetrieb in den Zwei-Gyroskop-Modus zu wechseln, um die Lebensdauer der Mission zu verlängern. Der Wechsel in diesen Modus erfolgte im August 2005, sodass Hubble zwei Gyroskope im Einsatz hatte, zwei im Backup und zwei nicht funktionsfähig. Ein weiteres Gyroskop fiel 2007 aus.

Zum Zeitpunkt der letzten Reparaturmission im Mai 2009, bei der alle sechs Gyroskope ersetzt wurden (mit zwei neuen Paaren und einem überholten Paar), arbeiteten nur noch drei. Die Ingenieure stellten fest, dass die Gyroskopausfälle durch Korrosion der elektrischen Drähte verursacht wurden, die den Motor antreiben und durch Sauerstoffdruckluft ausgelöst wurden, die zur Abgabe der dicken Suspensionsflüssigkeit verwendet wurde. Die neuen Gyroskopmodelle wurden unter Verwendung von unter Druck stehendem Stickstoff zusammengebaut und sollten wesentlich zuverlässiger sein. Bei der Wartungsmission 2009 wurden alle sechs Gyroskope ausgetauscht, und nach fast zehn Jahren fielen nur drei Gyroskope aus, und zwar erst, nachdem die durchschnittlich erwartete Laufzeit für das Design überschritten worden war.

Von den sechs im Jahr 2009 ersetzten Gyroskopen hatten drei das alte Design, das für ein Versagen der Flex-Leitung anfällig war, und drei das neue Design mit einer längeren erwarteten Lebensdauer. Das erste Gyroskop im alten Stil fiel im März 2014 und das zweite im April 2018 aus. Am 5. Oktober 2018 fiel das letzte Gyroskop im alten Stil aus, und eines der Gyroskope im neuen Stil wurde aus dem Standby-Modus eingeschaltet Zustand. Dieses Reservegyroskop arbeitete jedoch nicht sofort innerhalb der Betriebsgrenzen, und so wurde das Observatorium in den "sicheren" Modus versetzt, während Wissenschaftler versuchten, das Problem zu beheben. Die NASA hat am 22. Oktober 2018 getwittert, dass "die vom Backup-Kreisel erzeugten Rotationsraten gesunken sind und nun in einem normalen Bereich liegen. Zusätzliche Tests [sollen] durchgeführt werden, um sicherzustellen, dass Hubble mit diesem Kreisel zu wissenschaftlichen Operationen zurückkehren kann."

Die Lösung, mit der das Backup-Gyroskop im neuen Stil wieder in den Betriebsbereich gebracht wurde, wurde allgemein als "Aus- und Wiedereinschalten" bezeichnet. Ein "laufender Neustart" des Gyroskops wurde durchgeführt, dies hatte jedoch keine Auswirkung, und die endgültige Lösung des Fehlers war komplexer. Das Versagen wurde auf eine Inkonsistenz in der den Schwimmer umgebenden Flüssigkeit innerhalb des Gyroskops (z. B. eine Luftblase) zurückgeführt. Am 18. Oktober 2018 leitete das Hubble Operations Team das Raumschiff in eine Reihe von Manövern ein, bei denen das Raumschiff in entgegengesetzte Richtungen bewegt wurde, um die Inkonsistenz zu verringern. Erst nach den Manövern und einer anschließenden Reihe von Manövern am 19. Oktober arbeitete das Gyroskop wirklich in seinem normalen Bereich.

Hubble betrachtet das Fomalhaut- System. Dieses Falschfarbenbild wurde im Oktober 2004 und Juli 2006 mit der Advanced Camera for Surveys aufgenommen.

Instrumente und Elektronik

Frühere Wartungsmissionen haben alte Instrumente gegen neue ausgetauscht, um Fehler zu vermeiden und neue Arten von Wissenschaft zu ermöglichen. Ohne Wartungsarbeiten werden alle Instrumente irgendwann ausfallen. Im August 2004 fiel das Stromversorgungssystem des Space Telescope Imaging Spectrograph (STIS) aus, wodurch das Instrument funktionsunfähig wurde. Die Elektronik war ursprünglich vollständig redundant, aber der erste Elektroniksatz fiel im Mai 2001 aus. Diese Stromversorgung wurde während der Wartungsmission   4 im Mai 2009 repariert .

In ähnlicher Weise fiel die Hauptelektronik der Hauptkamera der Advanced Camera for Surveys (ACS) im Juni 2006 aus, und die Stromversorgung für die Backup-Elektronik fiel am 27. Januar 2007 aus. Nur der Solar Blind Channel (SBC) des Instruments konnte mit der Seite 1 betrieben werden Elektronik. Während SM 4 wurde ein neues Netzteil für den Weitwinkelkanal hinzugefügt, aber schnelle Tests ergaben, dass dies dem hochauflösenden Kanal nicht half. Der Wide Field Channel (WFC) wurde im Mai 2009 von STS-125 wieder in Betrieb genommen , der High Resolution Channel (HRC) bleibt jedoch offline.

Am 8. Januar 2019 trat Hubble aufgrund vermuteter Hardwareprobleme in seinem fortschrittlichsten Instrument, dem Wide Field Camera 3- Instrument , in einen teilweise abgesicherten Modus ein. Die NASA berichtete später, dass die Ursache für den abgesicherten Modus innerhalb des Instruments die Erkennung von Spannungspegeln außerhalb eines definierten Bereichs war. Am 15. Januar 2019 sagte die NASA, die Ursache des Fehlers sei ein Softwareproblem. Die technischen Daten innerhalb der Telemetrieschaltungen waren nicht genau. Darüber hinaus enthielten alle anderen Telemetriegeräte in diesen Schaltkreisen fehlerhafte Werte, die darauf hinweisen, dass es sich um ein Telemetrieproblem und nicht um ein Stromversorgungsproblem handelt. Nach dem Zurücksetzen der Telemetriekreise und der zugehörigen Karten begann das Instrument wieder zu funktionieren. Am 17. Januar 2019 wurde das Gerät wieder in den Normalbetrieb versetzt und am selben Tag wurden die ersten wissenschaftlichen Beobachtungen durchgeführt.

Zukunft

Orbitalverfall und kontrollierter Wiedereintritt

Abbildung des auf Hubble installierten Soft Capture-Mechanismus (SCM)

Hubble umkreist die Erde in der äußerst dürftigen oberen Atmosphäre , und im Laufe der Zeit seine Umlaufbahn Zerfälle aufgrund ziehen . Wenn es nicht erneut verstärkt wird , tritt es innerhalb einiger Jahrzehnte wieder in die Erdatmosphäre ein. Das genaue Datum hängt davon ab, wie aktiv die Sonne ist und wie sie sich auf die obere Atmosphäre auswirkt. Wenn Hubble in einem völlig unkontrollierten Wiedereintritt absteigen würde, würden Teile des Hauptspiegels und seiner Stützstruktur wahrscheinlich überleben und das Potenzial für Schäden oder sogar Todesfälle bei Menschen hinterlassen. 2013 prognostizierte der stellvertretende Projektmanager James Jeletic, dass Hubble bis in die 2020er Jahre überleben könnte. Aufgrund der Sonnenaktivität und des Luftwiderstands oder eines Mangels daran wird zwischen 2028 und 2040 ein natürlicher atmosphärischer Wiedereintritt für Hubble stattfinden. Im Juni 2016 verlängerte die NASA den Servicevertrag für Hubble bis Juni 2021.

Der ursprüngliche Plan der NASA, Hubble sicher zu umkreisen, bestand darin, es mit einem Space Shuttle abzurufen . Hubble wäre dann höchstwahrscheinlich in der Smithsonian Institution ausgestellt worden . Dies ist nicht mehr möglich, da die Space-Shuttle-Flotte ausgemustert wurde , und wäre aufgrund der Kosten der Mission und des Risikos für die Besatzung auf jeden Fall unwahrscheinlich gewesen. Stattdessen erwog die NASA, ein externes Antriebsmodul hinzuzufügen, um einen kontrollierten Wiedereintritt zu ermöglichen. Im Jahr 2009 installierte die NASA im Rahmen der Wartungsmission 4, der letzten Wartungsmission des Space Shuttles, den Soft Capture Mechanism (SCM), um das Deorbit durch eine Besatzung oder eine Robotermission zu ermöglichen. Das SCM bildet zusammen mit dem Relative Navigation System (RNS), das auf dem Shuttle montiert ist, um Daten zu sammeln, damit "die NASA zahlreiche Optionen für die sichere Umlaufbahn von Hubble verfolgen kann", das Soft Capture and Rendezvous System (SCRS).

Mögliche Servicemissionen

Ab 2017 erwägt die Trump-Administration einen Vorschlag der Sierra Nevada Corporation , eine bemannte Version ihres Dream Chaser- Raumfahrzeugs zu verwenden, um Hubble in den 2020er Jahren einige Zeit zu warten, sowohl als Fortsetzung seiner wissenschaftlichen Fähigkeiten als auch als Versicherung gegen Fehlfunktionen in der zu startendes James Webb Space Telescope . Im Jahr 2020 sagte John Grunsfeld , dass SpaceX Crew Dragon oder Orion innerhalb von zehn Jahren eine weitere Reparaturmission durchführen könnten. Während die Robotertechnologie noch nicht hoch genug ist, sagte er bei einem weiteren bemannten Besuch "Wir könnten Hubble noch einige Jahrzehnte am Laufen halten" mit neuen Gyros und Instrumenten.

Nachfolger

  Sichtbares Spektrum Bereich 
Farbe Wellenlänge
violett 380–450 nm
Blau 450–475 nm
Cyan 476–495 nm
Grün 495–570 nm
Gelb 570–590 nm
Orange 590–620 nm
rot 620–750 nm

Es gibt keinen direkten Ersatz für Hubble als Weltraumteleskop für ultraviolettes und sichtbares Licht, da kurzfristige Weltraumteleskope die Wellenlängenabdeckung von Hubble (Wellenlängen im nahen Ultraviolett bis zum nahen Infrarot) nicht duplizieren, sondern sich auf die weiteren Infrarotbänder konzentrieren. Diese Bänder werden für die Untersuchung von Objekten mit hoher Rotverschiebung und niedriger Temperatur bevorzugt, Objekte, die im Allgemeinen älter und weiter entfernt im Universum sind. Es ist auch schwierig oder unmöglich, diese Wellenlängen vom Boden aus zu untersuchen, was die Kosten eines weltraumgestützten Teleskops rechtfertigt. Große bodengestützte Teleskope können einige der gleichen Wellenlängen wie Hubble abbilden, manchmal HST hinsichtlich der Auflösung durch Verwendung einer adaptiven Optik (AO) herausfordern , haben eine viel größere Lichtsammelleistung und können einfacher aufgerüstet werden, können jedoch noch nicht mit Hubbles übereinstimmen Hervorragende Auflösung über ein weites Sichtfeld mit sehr dunklem Hintergrund.

Pläne für einen Hubble-Nachfolger wurden als Space Telescope-Projekt der nächsten Generation verwirklicht, das in Plänen für das James Webb Space Telescope (JWST) gipfelte, den offiziellen Nachfolger von Hubble. Es unterscheidet sich stark von einem vergrößerten Hubble und ist so konzipiert, dass es am L2- Lagrange-Punkt , an dem die thermischen und optischen Störungen von Erde und Mond verringert werden , kälter und weiter von der Erde entfernt arbeitet . Es ist nicht so konstruiert, dass es vollständig gewartet werden kann (z. B. austauschbare Instrumente), aber das Design umfasst einen Andockring, um Besuche von anderen Raumfahrzeugen zu ermöglichen. Ein wissenschaftliches Hauptziel von JWST ist die Beobachtung der entferntesten Objekte im Universum, die außerhalb der Reichweite bestehender Instrumente liegen. Es wird erwartet, dass Sterne im frühen Universum ungefähr 280 Millionen Jahre älter sind als Sterne, die HST jetzt erkennt. Das Teleskop ist eine internationale Zusammenarbeit zwischen der NASA, der Europäischen Weltraumorganisation und der kanadischen Weltraumorganisation seit 1996 und soll mit einer Ariane 5- Rakete gestartet werden. Obwohl JWST in erster Linie ein Infrarotinstrument ist, erstreckt sich seine Abdeckung bis zu Licht mit einer Wellenlänge von 600 nm oder im sichtbaren Spektrum ungefähr orange . Ein typisches menschliches Auge kann Licht mit einer Wellenlänge von etwa 750 nm sehen, so dass es eine gewisse Überlappung mit den längsten sichtbaren Wellenlängenbändern gibt, einschließlich orangefarbenem und rotem Licht.

Hubble- und JWST-Spiegel (4,5 m 2 bzw. 25 m 2 )

Ein komplementäres Teleskop, das noch längere Wellenlängen als Hubble oder JWST betrachtet, war das Herschel-Weltraumobservatorium der Europäischen Weltraumorganisation , das am 14. Mai 2009 gestartet wurde. Wie JWST war Herschel nicht für die Wartung nach dem Start ausgelegt und hatte einen Spiegel, der wesentlich größer war als Hubbles, aber nur im fernen Infrarot und Submillimeter beobachtet . Es brauchte Heliumkühlmittel, das am 29. April 2013 aufgebraucht war.

Ausgewählte Weltraumteleskope und Instrumente
Name Jahr Wellenlänge Öffnung
Menschliches Auge - - 0,39–0,75 μm 0,01 m
Spitzer 2003 3–180 μm 0,85 m
Hubble STIS 1997 0,115–1,03 μm 2,4 m
Hubble WFC3 2009 0,2–1,7 μm 2,4 m
Herschel 2009 55–672 μm 3,5 m
JWST Geplant 0,6–28,5 μm 6,5 m

Weitere Konzepte für fortschrittliche Weltraumteleskope des 21. Jahrhunderts sind der Large Ultraviolet Optical Infrared Surveyor (LUVOIR), ein 8 bis 16,8 Meter (310 bis 660 Zoll) großes optisches Weltraumteleskop, dessen Realisierung ein direkterer Nachfolger von HST sein könnte astronomische Objekte im sichtbaren, ultravioletten und infraroten Bereich mit wesentlich besserer Auflösung als Hubble oder das Spitzer-Weltraumteleskop zu beobachten und zu fotografieren . Diese Bemühungen sind für den Zeitraum 2025–2035 geplant.

Bestehende bodengestützte Teleskope und verschiedene vorgeschlagene extrem große Teleskope können aufgrund größerer Spiegel die HST hinsichtlich der bloßen Lichtsammelleistung und der Beugungsgrenze überschreiten, andere Faktoren wirken sich jedoch auf Teleskope aus. In einigen Fällen können sie die Hubble-Auflösung mithilfe der adaptiven Optik (AO) erreichen oder übertreffen. AO bei großen bodengestützten Reflektoren macht Hubble und andere Weltraumteleskope jedoch nicht überflüssig. Die meisten AO-Systeme schärfen die Sicht über ein sehr enges Feld - Lucky Cam beispielsweise erzeugt gestochen scharfe Bilder mit einer Breite von nur 10 bis 20 Bogensekunden, während Hubbles Kameras gestochen scharfe Bilder über ein Feld von 150 Bogensekunden (2½ Bogenminuten) erzeugen. Darüber hinaus können Weltraumteleskope das Universum über das gesamte elektromagnetische Spektrum untersuchen, das größtenteils von der Erdatmosphäre blockiert wird. Schließlich ist der Hintergrundhimmel im Weltraum dunkler als am Boden, da Luft tagsüber Sonnenenergie absorbiert und nachts wieder abgibt, wodurch ein schwaches - aber dennoch erkennbares - Luftglühen entsteht , das kontrastarme astronomische Objekte auswäscht.

Siehe auch

Verweise

Literaturverzeichnis

Weiterführende Literatur

Externe Links