Satellitenastronomie: Weltraumteleskop Hubble 20 Jahre im All
© NASA / ESA / STScI, Mario Livio (Ausschnitt)
Seit dem Start im Jahre 1990 besuchten insgesamt sechsmal Astronauten das Weltraumteleskop, die Reparaturen durchführten und neue wissenschaftliche Instrumente installierten. Keines der Instrumente, die beim Start dabei waren, entging dem Ersatz durch leistungsfähigere Nachfolger, so dass sich auch heute Hubble in wissenschaftlicher Bestform präsentiert und nach wie vor ein sehr begehrtes Beobachtungsgerät bei den professionellen Astronomen ist. Zum 20-jährigen Jubiläum veröffentlichte die US-Weltraumbehörde NASA ein farbenprächtiges Porträt eines kleinen Ausschnitts des Carina-Nebels im südlichen Sternbild Schiffskiel (lateinisch: Carina).
Das im sichtbaren und infraroten Licht mit der Weitfeldkamera-3 (WFC3) aufgenommene Bild zeigt Details einer Sternentstehungsregion. Große Ansammlungen aus Gas und Staub bilden säulenförmige Strukturen, die bis zu drei Lichtjahre lang sind und von jungen massereichen Sternen im Carina-Nebel beleuchtet werden.
Die Säulen waren ursprünglich dichtere Partien des Carina-Nebels, die dem Strahlungsdruck und den Sternwinden der neugebildeten massereichen Sterne besser standhalten konnten. Ähnlich wie Erdpyramiden, wo ein Deckstein den unmittelbar darunter befindlichen Erdboden vor Abtragung schützt, verhindern die dichteren Nebelpartien eine vollständige Auflösung der Gas- und Staubansammlungen.
In den besonders dichten Partien an den Säulenspitzen bilden sich neue Sterne. Zwei von ihnen lassen sich an den äußersten Enden der beiden Hauptsäulen erkennen. Sie verraten sich durch jeweils zwei enge Gasstrahlen, die in entgegengesetzten Richtungen von den jungen Sternen wegströmen. Solche hochkollimierten Ströme ionisierten Gases bezeichnen die Astronomen auch als stellare Jets. Die auf dem Bild sichtbaren Jets erstrecken sich über 20 000 bis 40 000 Astronomische Einheiten. Die zugehörigen jungen Sterne sind nicht direkt sichtbar; sie sind in den Enden der Gas- und Staubsäulen verborgen, deren Aussehen an Fingerspitzen erinnert.
In den Jets strömt das Gas mit Geschwindigkeiten von einigen hundert Kilometern pro Sekunde entlang der Polachsen der jungen Sterne ab. Dieser Zustand ist äußerst kurzlebig und dauert nur wenige zehntausend Jahre. In einigen zehntausend bis hunderttausend Jahren werden die jungen Sterne nach Auflösung der sie umgebenden Gas- und Staubwolken zum Vorschein kommen und vielleicht von neugebildeten Planeten begleitet sein.
Seit dem Beginn der Beobachtungen im Jahre 1990 hat Hubble mehr als 30 000 Himmelsobjekte anvisiert und mehr als eine halbe Million Bilder zur Erde gefunkt. Aber das Weltraumteleskop hatte einen rauhen Start, der zunächst einmal nichts Gutes verhieß.
Rund vier Wochen nach dem Aussetzen in der Erdumlaufbahn sandte das Teleskop seine ersten Bilder zur Erde, aber anstatt in Jubel auszubrechen, waren die Astronomen und Missionskontrolleure entsetzt: Statt brillanter Bilder zeigten alle Sterne breite Strahlungshöfe, und das Teleskop ließ sich nicht richtig scharf stellen. Nur etwa 15 Prozent des Lichts eines Sterns ließen sich auf einen Bereich von 20 Mikrometern Durchmesser auf den Detektoren fokussieren, der Rest erzeugte die Lichthöfe. Die Optik litt an sphärischer Aberration, das Weltraumteleskop war de facto "kurzsichtig".
Schnell stellte sich heraus, dass ein zwar präzise geschliffener, aber falsch geformter Hauptspiegel die Wurzel des Übels war. Nur mit Hilfe von Korrekturoptiken ließ sich Hubble auf seine volle Leistung bringen. Fortschritte in der Bildverarbeitung per Computer erlaubten es allerdings, zumindest bei hellen Objekten die störenden Lichtschleier teilweise herauszurechnen.
Mehr als drei Jahre nach dem Start des Weltraumteleskops widmeten sich die Astronauten der Mission STS-61 der Wiederherstellung der vollen Abbildungsleistung von Hubble. Da die Art des Schlifffehlers exakt bekannt war, ließ sich eine Art von Kontaktlinsen in den Strahlengang des Teleskops einschwenken und sorgten nun für eine exakte Fokussierung. Alle nachfolgenden moderneren Instrumente, die bei den späteren Wartungsmissionen installiert wurden, enthielten von vorneherein Korrekturoptiken.
Erst nach der Korrektur des für die NASA äußerst peinlichen Fehlers konnte das Weltraumteleskop zeigen, was in ihm steckt. Bis heute erstaunen seine fantastischen Bilder Laien wie Fachleute gleichermaßen, obwohl es sich nach heutigen Maßstäben mit einem Hauptspiegeldurchmesser von 2,4 Metern um ein eher kleines Teleskop handelt.
Einzigartig ist bis heute der weite Spektralbereich, den Hubble abdecken kann. Das Weltraumteleskop kann das Universum vom nahen Ultravioletten über das sichtbare Licht bis weit hinein in den infraroten Bereich erkunden. Wegen dieser hohen Flexibilität und der stetigen Verbesserung seiner Instrumentierung spielt das Weltraumteleskop noch immer in der ersten Liga des Forschungsgeschehens mit. Tatsächlich beantragen die Astronomen weltweit etwa das Dreifache an Beobachtungszeit auf Hubble, als tatsächlich zur Verfügung steht.
Tilmann Althaus
Das im sichtbaren und infraroten Licht mit der Weitfeldkamera-3 (WFC3) aufgenommene Bild zeigt Details einer Sternentstehungsregion. Große Ansammlungen aus Gas und Staub bilden säulenförmige Strukturen, die bis zu drei Lichtjahre lang sind und von jungen massereichen Sternen im Carina-Nebel beleuchtet werden.
Die Säulen waren ursprünglich dichtere Partien des Carina-Nebels, die dem Strahlungsdruck und den Sternwinden der neugebildeten massereichen Sterne besser standhalten konnten. Ähnlich wie Erdpyramiden, wo ein Deckstein den unmittelbar darunter befindlichen Erdboden vor Abtragung schützt, verhindern die dichteren Nebelpartien eine vollständige Auflösung der Gas- und Staubansammlungen.
In den besonders dichten Partien an den Säulenspitzen bilden sich neue Sterne. Zwei von ihnen lassen sich an den äußersten Enden der beiden Hauptsäulen erkennen. Sie verraten sich durch jeweils zwei enge Gasstrahlen, die in entgegengesetzten Richtungen von den jungen Sternen wegströmen. Solche hochkollimierten Ströme ionisierten Gases bezeichnen die Astronomen auch als stellare Jets. Die auf dem Bild sichtbaren Jets erstrecken sich über 20 000 bis 40 000 Astronomische Einheiten. Die zugehörigen jungen Sterne sind nicht direkt sichtbar; sie sind in den Enden der Gas- und Staubsäulen verborgen, deren Aussehen an Fingerspitzen erinnert.
In den Jets strömt das Gas mit Geschwindigkeiten von einigen hundert Kilometern pro Sekunde entlang der Polachsen der jungen Sterne ab. Dieser Zustand ist äußerst kurzlebig und dauert nur wenige zehntausend Jahre. In einigen zehntausend bis hunderttausend Jahren werden die jungen Sterne nach Auflösung der sie umgebenden Gas- und Staubwolken zum Vorschein kommen und vielleicht von neugebildeten Planeten begleitet sein.
Seit dem Beginn der Beobachtungen im Jahre 1990 hat Hubble mehr als 30 000 Himmelsobjekte anvisiert und mehr als eine halbe Million Bilder zur Erde gefunkt. Aber das Weltraumteleskop hatte einen rauhen Start, der zunächst einmal nichts Gutes verhieß.
Rund vier Wochen nach dem Aussetzen in der Erdumlaufbahn sandte das Teleskop seine ersten Bilder zur Erde, aber anstatt in Jubel auszubrechen, waren die Astronomen und Missionskontrolleure entsetzt: Statt brillanter Bilder zeigten alle Sterne breite Strahlungshöfe, und das Teleskop ließ sich nicht richtig scharf stellen. Nur etwa 15 Prozent des Lichts eines Sterns ließen sich auf einen Bereich von 20 Mikrometern Durchmesser auf den Detektoren fokussieren, der Rest erzeugte die Lichthöfe. Die Optik litt an sphärischer Aberration, das Weltraumteleskop war de facto "kurzsichtig".
Schnell stellte sich heraus, dass ein zwar präzise geschliffener, aber falsch geformter Hauptspiegel die Wurzel des Übels war. Nur mit Hilfe von Korrekturoptiken ließ sich Hubble auf seine volle Leistung bringen. Fortschritte in der Bildverarbeitung per Computer erlaubten es allerdings, zumindest bei hellen Objekten die störenden Lichtschleier teilweise herauszurechnen.
Mehr als drei Jahre nach dem Start des Weltraumteleskops widmeten sich die Astronauten der Mission STS-61 der Wiederherstellung der vollen Abbildungsleistung von Hubble. Da die Art des Schlifffehlers exakt bekannt war, ließ sich eine Art von Kontaktlinsen in den Strahlengang des Teleskops einschwenken und sorgten nun für eine exakte Fokussierung. Alle nachfolgenden moderneren Instrumente, die bei den späteren Wartungsmissionen installiert wurden, enthielten von vorneherein Korrekturoptiken.
Erst nach der Korrektur des für die NASA äußerst peinlichen Fehlers konnte das Weltraumteleskop zeigen, was in ihm steckt. Bis heute erstaunen seine fantastischen Bilder Laien wie Fachleute gleichermaßen, obwohl es sich nach heutigen Maßstäben mit einem Hauptspiegeldurchmesser von 2,4 Metern um ein eher kleines Teleskop handelt.
Einzigartig ist bis heute der weite Spektralbereich, den Hubble abdecken kann. Das Weltraumteleskop kann das Universum vom nahen Ultravioletten über das sichtbare Licht bis weit hinein in den infraroten Bereich erkunden. Wegen dieser hohen Flexibilität und der stetigen Verbesserung seiner Instrumentierung spielt das Weltraumteleskop noch immer in der ersten Liga des Forschungsgeschehens mit. Tatsächlich beantragen die Astronomen weltweit etwa das Dreifache an Beobachtungszeit auf Hubble, als tatsächlich zur Verfügung steht.
Tilmann Althaus
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