25 jaar Hubble- ruimtetelescoop

De Pillars of creation zijn misschien wel het meest iconische beeld uit het fotorepertoire van de Hubble-ruimtetelescoop. In 1995 fotografeerde Hubble deze ‘pilaren’ van interstellair stof en geboorteplek van nieuwe sterren voor het eerst. NASA, ESA en het Hubble Heritage Team publiceerden in januari een nieuwe opname van de stofpilaren, deze keer niet alleen in zichtbaar licht maar ook in het nabije infrarood. Dit naar aanleiding van de 25ste verjaar- dag van de lancering van de ruimtetelescoop op 24 april. Ook Zenit staat met dit themanum- mer stil bij het zilveren jubileum van Hubble. Edwin Mathlener neemt allereerst de soms roerige geschiedenis van de ruimtetelescoop onder de loep. Claude Doom beschrijft aan de hand van de citatiefrequentie de belangrijkste wetenschappelijke resultaten die met Hubble behaald zijn. Tot slot werpt Fred Lahuis alvast een blik op Hubble’s opvolger: de James Webb Space Telescope, waarin ook Nederland een belangrijk aandeel heeft.
hubble001

hubble005
De eerste ideeën voor een telescoop in de ruimte werden al gepubliceerd in de jaren twintig van de 20e eeuw. Natuurlijk moesten we wachten op de ruimtevaart, voordat het mogelijk werd om een grote optische telescoop in een baan rond de aarde te brengen. De geschiedenis van de Hubbletelescoop is er één van mislukking en triomf.


Door Edwin Mathlener
Amateurastronomen weten het maar al te goed: de atmosfeer boven ons hoofd zit vreselijk in de weg. Zelfs als we bij onbewolkt weer goed zicht denken te hebben op de sterrenhemel, kan luchtonrust het beeld dermate verstoren dat serieus waarnemen en fotograferen bij- na niet mogelijk is. Beroepsastronomen proberen daarom om zo veel mogelijk atmosfeer onder zich te krijgen en wijken graag uit naar hoge bergtoppen. Maar wat als je de atmosfeer volledig achter je zou kunnen laten met een tele- scoop in een baan om de aarde? Die zou niet alleen geen last meer hebben van de beeldversmerende werking van de luchtonrust, maar ook in een breder golflengtegebied kunnen kijken, tot ver in het infrarood en het ultraviolet. Bo- vendien kan een telescoop vanuit de ruimte in principe 24 uur per dag waarnemen, omdat de hemel boven de dampkring altijd donker is.
De Duitse raketgeleerde Hermann Oberth stelde als eerste zo’n ruimtetele- scoop voor in zijn boek Die Rakete zu den Planeträumen uit 1923. Natuurlijk was de techniek er toen nog absoluut niet rijp voor. De Amerikaanse astro- noom Lyman Spitzer publiceerde het idee opnieuw in 1946 en bleef het bijna dertig jaar lang uitdragen (Zie De Pio- nier elders in dit nummer). In 1969 kreeg het Amerikaanse ruimtevaartbu- reau NASA toestemming om het idee serieus te onderzoeken en in 1975 werd ook de Europese tegenhanger ESA partner in het project.
Het eerste ontwerp voor een ruimtete- lescoop, de Large Space Telescope, ging nog uit van een spiegeldoorsnede van
hubble006

De Duitse raketgeleerde Hermann Oberth stelde als eerste zo’n ruimtetelescoop voor in zijn boek Die Rakete zu den Planeträumen uit 1923.

drie meter, maar de ontwikkeling was gekoppeld aan die van de spaceshuttle, waarmee de telescoop in de ruimte ge- bracht moest worden. Het laadruim van het ruimteveer pakte kleiner uit dan eerst was voorzien. De ruimtetele- scoop kreeg daarom uiteindelijk een spiegel met een diameter van 2,4 meter. In 1977 ging het Congres van de Ver- enigde Staten definitief akkoord met de financiering van het project en kon de bouw beginnen. Zes jaar later werd ook besloten om de telescoop de vernoemen naar de astronoom Edwin P. Hubble, die door zijn onderzoek aan sterrenstel- sels de uitdijing van het heelal heeft ontdekt. Het Congres gaf overigens pas groen licht nadat ESA haar medewer- king aan het project had toegezegd en daarmee een deel van de kosten zou dragen. Europa nam de zonnepanelen en één van de instrumenten, de Faint Object Camera, voor zijn rekening.

Modulair ontwerp
Vanaf het begin was duidelijk dat de kostbare Hubble-telescoop een levens- duur van tientallen jaren zou krijgen en daarom met enige regelmaat door een spaceshuttle bezocht moest worden op- dat astronauten onderhoud konden ple- gen. Daarom lag de baan van de ruimte- telescoop, op 600 kilometer boven het aardoppervlak, nog net binnen het bereik van de ruimteveren. Onderhoud zou niet alleen nodig zijn om kapotte onderdelen te vervangen, maar ook om de telescoop up-to-date te houden. Zo stond tijdens de ontwerpfase van de ruimtetelescoop de ontwikkeling van de ccd-camera nog in de kinderschoe- nen. De grote waarneeminstrumenten zitten om die reden in vier modules, on- geveer ter grootte van een ouderwetse telefooncel, die betrekkelijk makkelijk verwisseld kunnen worden. Ook andere onderdelen zoals de zonnepanelen wa- ren zo gemaakt dat astronauten ze relatief eenvoudig konden vervangen.

Tegenslag
De spiegel van de Hubble-telescoop kwam al in 1981 gereed en werd trots gepresenteerd als meest nauwkeurig ge- slepen telescoopspiegel ooit. In artike- len uit die tijd las je vaak dat de superi- eure beeldkwaliteit van deze spiegel in de ruimte het mogelijk maakte om pla- neten bij andere sterren te zien, iets wat vanaf de aarde niet mogelijk was. De gehele ruimtetelescoop was gereed in 1985 met de bedoeling om hem in 1986 te lanceren. Maar dat pakte helaas an- ders uit. Op 28 januari
hubble0071986 verongelukte de spa- ceshuttle Challenger tijdens de lance- ring. Deze ramp veroorzaakte een jarenlange vertraging in het Amerikaanse ruimtevaartprogramma. Toen de tele- scoop uiteindelijk op 24 april 1990 in de ruimte werd gebracht met het ruimte- veer Discovery, waren de verwachtin- gen hoog gespannen. De kosten van het project bedroegen inmiddels zo’n 1,5 miljard dollar en insiders wisten dat de instrumenten aan boord eigenlijk al wat verouderd waren. Maar de superscherpe beelden moesten veel goed maken. Toen na enkele weken de eerste beelden volgden, bleek de beeldscherpte echter erg tegen te vallen. Zelfs telescopen op aarde maakten opnamen met een hoge- re resolutie. Uiteindelijk werd de oor- zaak herleid tot fabricagefouten in de hoofdspiegel. Die was weliswaar met grote nauwkeurigheid gepolijst, maar het meetinstrument dat tijdens het polijsten de kromming van de spiegel moest controleren, bleek niet goed afge- steld. De telescoop had last van sferische



hubble002

Vier astronauten onderwierpen de telescoop aan een grondige revisiebeurt tijdens ruimtewandelingen met een totale duur van 34 uur verspreid over vijf dagen.

aberratie, wat betekent dat niet alle lichtstralen die evenwijdig invallen, samenkomen in hetzelfde punt (zie het artikel over afbeeldingsfouten in tele- scopen elders in dit nummer).

Succes
Na de ramp met de Challenger kon NASA geen tweede grote mislukking gebruiken. Een oplossing was dringend nodig. Overigens was de telescoop ondanks de ‘foute’ hoofdspiegel niet on- bruikbaar. De Hubbletelescoop kan niet alleen afbeeldingen maken maar ook spectra vastleggen en de spectroscopen hadden veel minder last van wa- zige beelden. Bovendien kon de on- scherpte met nieuw ontwikkelde technieken gedeeltelijk worden weggepoetst, technieken die nu te vinden zijn in menig beeldbewerkingsprogramma. Maar een optische oplossing verdiende toch de voorkeur. Begin december 1993 bezocht Endea- vour als eerste shuttle de ruimtetele- scoop. Vier astronauten onderwierpen Hubble aan een grondige revisiebeurt tijdens ruimtewandelingen met een to- tale duur van 34 uur verspreid over vijf dagen. De module met de High Speed Photometer werd opgeofferd en vervan- gen door COSTAR (Corrective Optics Space Telescope Axial Replacement), een nieuwe module die correctieoptiek in de lichtweg van de overige drie grote instrumenten kon plaatsen. De Wide Field and Planetary Camera (WFPC) bevond zich hoger in de lichtweg van de tele- scoop, boven de vier grote instrumenten, en kon niet profiteren van COSTAR. Deze werd daarom in zijn geheel vervangen door WFPC2, die niet alleen eigen correctieoptiek bevatte maar ook veel betere ccd’s. Veel van Hubble’s iconische foto’s zijn met deze camera gemaakt. Ook had Hubble problemen met zijn zonnepanelen: zij gingen trillen door afkoelen en opwarmen telkens als de telescoop door de aardschaduw bewoog. Dit maakte het moeilijk om de telescoop goed gericht te houden. Deze zonnepanelen werden daarom in zijn geheel vervangen alsook vier van de gyroscopen, noodzakelijk voor de standregeling. Nog diezelfde decembermaand kon NASA de eerste foto’s vrijgeven die lie- ten zien hoe scherp de gereviseerde Hubbletelescoop nu kon kijken. hubble003


Shoemaker–Levy 9 en internet
De echte doorbraak naar een breed pu- bliek komt waarschijnlijk op rekening van komeet Shoemaker-Levy 9. Deze komeet, ontdekt in maart 1993, bleek op ramkoers te liggen met Jupiter. Sterren- kundigen konden met de Hubble-tele- scoop volgen hoe de komeet fragmen- teerde op zijn reis naar Jupiter en hoe deze fragmenten gedurende zes dagen in juli 1994 insloegen op de reuzenpla- neet. De gedetailleerde foto’s waren ra- zendsnel beschikbaar via internet en vonden direct hun weg naar de media. Deze gebeurtenis opende veel mensen de ogen voor het gevaar dat uitgaat van mogelijke inslagen vanuit de ruimte, maar betekende voor velen tevens de eerste kennismaking met de kracht van het internet. In de jaren hierna kregen steeds meer mensen toegang tot het world wide web en NASA was graag be- reid om hen te voorzien van een con- stante stroom indrukwekkende foto’s. (Zie het artikel over het wetenschappe- lijk succesverhaal van de Hubble-tele- scoop elders in dit nummer.)

Hoe nu verder?
Intussen zijn we nog een ramp met een spaceshuttle en vier onderhoudsmissies verder. Vooral de gyroscopen bleken een zwakke plek en hadden geregeld on- derhoud nodig. Na het verongelukken van het ruimteveer Colombia in 2003 was het lange tijd onzeker of er nog een onderhoudsmissie zou komen. De ge- plande missie van 2005 ging niet door en de ruimtetelescoop ging snel achter- uit: gyroscopen en instrumenten be- gonnen uit te vallen. Uiteindelijk werd besloten tot een laatste onderhouds- beurt in mei 2009. Na de afronding van deze missie was de boodschap dat Hub- ble in betere staat verkeerde dan ooit tevoren, met de beste waarneeminstru- menten ooit, en dat hij nog wel tien jaar mee zou kunnen. Dat is goed nieuws, want de lancering van de beoogde op- volger, de James Webb Space Telescope (JWST), is vertraagd tot tenminste 2018 (zie het artikel over de JWST elders in dit nummer).
De spaceshuttlevloot is intussen opge- doekt en onderhoudsmissies zullen er niet meer komen. En als de Hubble-tele-scoop buiten gebruik gesteld wordt, zal hij niet aan boord van een shuttle terug kunnen keren naar de aarde. Van de ooit geplande tentoon- stelling in het museum komt dus niets terecht. In plaats daarvan wil men niet wachten totdat de huidige gyroscopen volledige kapot zijn, maar is het de bedoeling om de telescoop in de toekomst min of meer gecontroleerd naar de aarde terug te laten val- len. Daarbij wordt de standregeling gebruikt om de telescoop meer of JWST wel echt de opvolger van Hubble is. De nieuwe ruimtetelescoop neemt al- leen in het infrarood waar, maar dat maakt hem wel bij uitstek geschikt om te kijken naar planeten bij andere sterren, een belofte die Hubble nooit echt goed heeft ingelost. En het licht vanuit het verre heelal is door de kosmische uit- dijing dermate naar het rood verscho- ven, dan we het licht dat daar bij zichtba- re golflengten vertrok nu in het infrarood waarnemen. De echte opvolgers van de Hubble-telescoop staan waarschijnlijk gewoon op aarde: dat zijn de supergrote optische telescopen die nu in aanbouw zijn en die dankzij de steeds beter wor- dende adaptieve optiek ook geen last meer hebben van luchtonrust. scoop buiten gebruik gesteld wordt, zal hij niet aan boord van een shuttle terug kunnen keren naar de aarde. Van de minder luchtweerstand te laten onder- gaan.
Intussen kunnen we ons afvragen of de JWST wel echt de opvolger van Hubble is. De nieuwe ruimtetelescoop neemt al- leen in het infrarood waar, maar dat maakt hem wel bij uitstek geschikt om te kijken naar planeten bij andere sterren, een belofte die Hubble nooit echt goed heeft ingelost. En het licht vanuit het verre heelal is door de kosmische uit- dijing dermate naar het rood verscho- ven, dan we het licht dat daar bij zichtba- re golflengten vertrok nu in het infrarood waarnemen. De echte opvolgers van de Hubble-telescoop staan waarschijnlijk gewoon op aarde: dat zijn de supergrote optische telescopen die nu in aanbouw zijn en die dankzij de steeds beter wor- dende adaptieve optiek ook geen last meer hebben van luchtonrust.

hubble004
JWST wel echt de opvolger van Hubble is. De nieuwe ruimtetelescoop neemt alleen in het infrarood waar, maar dat maakt hem wel bij uitstek geschikt om te kijken naar  planeten bij andere sterren, een belofte die Hubble nooit echt goed heeft ingelost. En het licht vanuit het verre heelal is door de kosmische uitdijing dermate naar het rood verscho- ven, dan we het licht dat daar bij zichtba- re golflengten vertrok nu in het infrarood waarnemen. De echte opvolgers van de Hubble-telescoop staan waarschijnlijk gewoon op aarde: dat zijn de supergrote optische telescopen die nu in aanbouw zijn en die dankzij de steeds beter wordende adaptieve optiek ook geen last meer hebben van luchtonrust.
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Weersverwachting

Foto van de dag

Tweets over sterrenkunde

Contact

Stip Media

Louise de Colignystraat 15 

1814 JA Alkmaar

+3172 531 49 78

info@zenitonline.nl