SG_LogoDas ist die Transkription einer Folge meines Sternengeschichten-Podcasts. Die Folge gibt es auch als MP3-Download und YouTube-Video. Und den ganzen Podcast findet ihr auch bei Spotify.

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Über Bewertungen und Kommentare freue ich mich auf allen Kanälen.

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Sternengeschichten Folge 389: Das Hubble-Weltraumteleskop

Am 24. April 1990 gab es großen Jubel unter den Astronominnen und Astronomen der Welt. Das Space Shuttle “Discovery” startete erfolgreich ins Weltall. Mit an Bord war ein neues Teleskop; mit einem Spiegeldurchmesser von 2,4 Metern so groß wie kein anderes das bis dahin ins All geschickt worden war. Vier Wochen später, am 20. Mai 1990 betrachteten die Forscherinnen und Forscher das erste Bild das dieses Teleskop gemacht hatte und waren schockiert. Es war fehlerhaft; das Gerät arbeitete nicht so wie es sollte. Danach aber ging es steil aufwärts und heute ist das Hubble-Weltraumteleskop eines der erfolgreichsten wissenschaftlichen Instrumente aller Zeiten. Es hat unseren Blick auf das Universum revolutioniert.

Die Geschichte von “Hubble”, wie es in der Astronomie gerne auch kurz genannt wird, beginnt aber schon lange vor dem April 1990. Schon lange bevor die erste Rakete ins All flog träumte man von Teleskopen im All. Die Vorteile waren klar: Wenn wir von der Erde aus in den Himmel schauen, müssen wir durch die Atmosphäre unseres Planeten hindurch blicken. Und so praktisch die Lufthülle der Erde auch für alle Lebewesen ist die dort leben, so nervig ist sie für die Astronomie. Wenn es bewölkt ist sieht man gar nichts. Und selbst wenn der Himmel klar ist, stört die immer vorhandene Unruhe in den Luftschichten die Beobachtung, wie ich in den Folgen 106 und 309 schon erklärt habe. Das Licht der Sterne wird abgelenkt, wir sehen sie deswegen auch flackern und wenn wir mit den Kameras der Teleskop langbelichtete Aufnahmen machen, verschwimmen die Bilder und werden unscharf. Natürlich kann man trotz allem von der Erde aus vernünftige Forschung machen. Aber ein Teleskop im All könnte ohne diese störenden Einflüsse beobachten und Bilder liefern, die Details zeigen die von der Erde aus unsichtbar bleiben.

Das Hubble-Teleskop Bild: ESA, CC-BY-SA 3.0

Schon Hermann Oberth, einer der Raumfahrtpioniere dachte im Jahr 1923 über ein Teleskop im Weltall nach. Und im Jahr 1946 veröffentlichte der amerikanische Astronom Lyman Spitzer einen Aufsatz mit dem Titel „Die astronomischen Vorteile eines extraterrestrischen Observatoriums“. Darin stellte er sich ein Teleskop vor, dessen Spiegel einen Durchmesser von fünf bis 15 Metern hatte – was für den Rest der astronomischen Welt nach reiner Science-Fiction klingen musste. Das größte Teleskop der damaligen Zeit hatte einen Spiegel von 5,1 Metern Durchmesser und stand auf der Erde; an der Mount-Palomar-Sternwarte in Kalifornien. Wie sollte es möglich sein ein Teleskop zu bauen das bis zu dreimal größer war UND es auch noch ins All zu bringen. Raumfahrt im modernen Sinn hat damals nicht existiert. Das einzige das 1946 annähernd ins Weltall flog, waren umgebaute V2-Raketen die die Amerikaner im zweiten Weltkrieg in Deutschland erbeutet hatten. Die erreichten gerade mal so die äußersten Schichten der Atmosphäre und konnte nur kleine wissenschaftliche Instrumente dorthin bringen.

Aber Spitzer war ein wahrer Visionär uns ließ sich durch die scheinbare Unmöglichkeit des Unterfangens nicht stören. Er dachte weiter nach, plante weiter und schickte kleine Teleskope mit Ballonen weit hinauf in den Himmel; bis in die Stratossphäre, wo schon fast keine Atmosphäre mehr den Blick stören kann. Damit wollte er zeigen, wie gut die Bilder eines Weltraumteleskops sein könnten. Und 1957 zeigte die Sowjetunion der ganzen Welt dass es durchaus möglich ist, Objekte in eine Umlaufbahn um die Erde zu schicken als sie mit Sputnik 1 den ersten künstlichen Satelliten ins All brachten.

Es dauerte dann nochmal fast 10 Jahre, bis Wissenschaft und Politik davon überzeugt waren, ein echtes Weltraumteleskop zu bauen. Das Projekt nannte sich damals “Large Space Telescope”, also einfach nur “Großes Weltraumteleskop”. Und sollte 1983 ins All starten. Aber wie das halt so ist mit großen Projekten in der Raumfahrt dauert alles immer länger als geplant und der Start wurde auf 1986 verschoben. In diesem Jahr aber explodierte das Space Shuttle Challenger und bis der Grund dieser Katastrophe geklärt war, konnte auch das Teleskop nicht fliegen.

Mittlerweile hatte man sich immerhin einen neuen Namen ausgedacht und es nach dem amerikanischen Astronom Edwin Hubble benannt. Dessen Beobachtungen in den 1920er und 1930er Jahren waren revolutionär und zeigten, dass es neben der Milchstraße noch unzählige andere Galaxien im Universum gibt. Außerdem konnte er demonstrieren dass sich das gesamte Universum ausdehnt und hat damit das Fundament für die moderne Beschreibung des Kosmos im Rahmen der Urknall-Theorie gelegt. So wie Hubble der Mensch sollte nun Hubble das Teleskop die Wissenschaft revolutionieren und am 24. April 1990 war es dann endlich soweit: Das Teleskop flog ins All.

Hubble hängt am Shuttle
Bild: NASA

Mehr als 11 Tonnen schwer. 13 Meter lang. Ein 2,4 Meter großer Spiegel. Und Kosten von 2,5 Milliarden Dollar. Es war ein gewaltiges Projekt und ebenso gewaltig war die Enttäuschung als die ersten Bilder auf der Erde eintrafen. Sie waren unscharf; viel schlechter als erwartet. So schlecht, dass nicht daran zu denken war auch all die ambitionierten Beobachtungsprogramme durchzuführen für die Hubble konstruiert war. Die Sache war nicht nur ein Problem für die direkt am Projekt beteiligten Forscherinnen und Forscher sondern für die gesamte Astronomie. Nach so einem teuren Fehlschlag würde es wohl lange dauern, bis man wieder ein ähnlich großes Projekt durchführt.

Aber wie kann sowas passieren? Man sollte doch meinen, dass man bei so einem Projekt extra vorsichtig und genau ist. War man auch, aber der Fehler war wirklich hinterhältig. Bevor ein Spiegel in ein Teleskop eingebaut wird, schaut man selbstverständlich nach, ob er exakt die Form hat, die er haben soll oder ob da irgendwelche Unebenheiten oder Fehler sind. Da geht es um winzigste Ungenauigkeiten und braucht Maschinen um sie zu entdecken. Nur: Exakt das Messinstrument das diese Fehler bei Hubble finden sollte war fehlerhaft…

Zum Glück hatte man Hubble von Anfang an so konstruiert, um es regelmäßig durch Besuche von Space Shuttles zu warten, reparieren oder erweitern. Am 2. Dezember 1993 flog daher das Shuttle Endeavour im Rahmen der STS-61-Mission der NASA ins All und fing das Teleskop ein. Die fehlerhafte Optik von Hubble wurde repariert und zwar durch kleine Korrekturspiegel. Oder anders gesagt: Man hat dem Teleskop eine Brille aufgesetzt damit es wieder scharf sehen konnte. Und weil man schon mal da war, hat man auch gleich ein paar andere technische Systeme ausgetauscht und modernisiert. Und jetzt endlich konnte Hubble all das sehen was es sehen sollte! Es funktionierte genau so perfekt wie man sich das immer vorgestellt hatte.

Es würde definitiv den Rahmen einer einzigen Podcastfolge sprengen wenn ich all das vorstellen wollte, was wir dank Hubble entdeckt haben. Ich habe in Folge 194 der Sternengeschichten ja schon ausführlich über das “Hubble Deep Field” gesprochen; das war nur eine einzige Aufnahme des Teleskops und die hat seit ihrer Erstellung im Jahr 1995 mehr als 500 Fachartikel generiert und beschäftigt die Wissenschaft heute noch. Hubble hat so gut wie alles gesehen: Die Planeten anderer Sterne, kollidierende Galaxien, die ältesten Sterne des Universums, schwarze Löcher, die Geburt und den Tod von Sternen – und überall haben wir dank ihm neue Dinge gelernt. Hubble hat geholfen das Alter des Universums zu bestimmen, seine Geschichte und seine Zukunft zu verstehen und arbeitet daran, noch unverstandende Phänomene wie dunkle Materie oder dunkle Energie zu erklären. Hubble ist eines der produktivsten Instrumente der Wissenschaft – aber es wird leider nicht ewig weiter arbeiten können.

Ein Hubble-Klassiker: Die “Säulen der Schöpfung” (Bild: NASA, ESA, and the Hubble Heritage Team (STScI/AURA)

Weltraumteleskop haben nämlich nicht nur Vorteile. Ihr größter Nachteil ist genau die Tatsache, dass sie sich im Weltall befinden. Das zeigt sich gerade bei Hubble besonders gut. Wenn irgendwo auf der Erde ein Teleskop kaputt geht, kann man einfach hinfahren und es reparieren. Wenn ein Instrument veraltet ist, kann man es durch ein besseres ersetzen. Wenn das Teleskop aber im All rumschwirrt, kommt man nicht so einfach hin. Die meisten Teleskope im All haben ein fixes Ablaufdatum. Hubble war insofern eine Ausnahme als das es darauf ausgelegt ist, regelmäßig von Space Shuttles besucht und gewartet zu werden. Nur deshalb war es überhaupt möglich, den grandiosen optischen Fehler überhaupt zu korrigieren. Insgesamt gab es 5 Shuttlemissionen zu Hubble und jedesmal wurden Instrumente ausgetauscht, repariert, und so weiter. Die letzte Mission zu Hubble fand im Mai 2009 statt. Und 2011 wurde das Space-Shuttle-Projekt der NASA komplett eingestellt. Seit damals musste Hubble selbst sehen, wie es klar kommt. Jetzt konnten keine Komponenten mehr getauscht werden; die Flugbahn des Teleskops konnte nicht mehr korrigiert werden. Seinen 30. Geburtstag im April 2020 hat des Teleskop noch bei voller Funktionstüchtigkeit erlebt. Aber früher oder später wird es den Geist aufgeben.

Das Ende von Hubble ist das Ende eines fantastischen wissenschaftlichen Abenteuers. Natürlich werden auch weiterhin neue Teleskope ins All fliegen. Aber keines wie Hubble. Die Situation hat sich seit den 1990er Jahren geändert. Mittlerweile hat man Techniken wie die adaptive Optik entwickelt von der ich in Folge 106 mehr erzählt habe. Die Unruhen in der Atmosphäre sind nicht mehr so ein Problem wie sie es früher waren. Man hat sich daher eher darauf verlegt, große Teleskope auf der Erde zu bauen anstatt sie ins All zu schicken. Das tut man nur noch mit Geräten, die auf der Erde prinzipiell nicht funktionieren können. Weil sie Bereiche des Lichts beobachten sollen, die durch die Atmosphäre nicht nur gestört sondern komplett blockiert werden. Von der Erde aus können wir ja nur das “normale” Licht der Sterne sehen (also das Licht, das wir auch mit freiem Auge sehen können) und ihre Radiostrahlung. Will man den Himmel aber im Ultraviolettlicht beobachten, im Infrarotlicht, im Röntgenlicht, und so weiter, dann hat man tatsächlich keine andere Wahl als das vom All aus zu tun. Die Weltraumteleskope der Zukunft sind solche Spezialteleskope; die Aufgabe die Hubble so lange so zufriedenstellend erledigt hat, werden wir immer mehr direkt von der Erde aus erledigen.

Das Hubble-Weltraumteleskop war eine beeindruckende technische und wissenschaftliche Leistung. Aber auch eine kulturelle von der die ganze Menschheit profitiert hat. All die schönen, faszinierenden bunten Bilder von kosmischen Nebeln, Galaxien und Sternenmeeren die wir in farbenprächtigen Großformaten immer dann bewundern wenn es um das Universum geht; all diese Aufnahmen die Teil des kollektiven Gedächtnisses der Menschheit geworden sind: Den größten Teil davon haben wir Hubble zu verdanken!

Kommentare (8)

  1. #1 Captain E.
    8. Mai 2020

    Soweit ich weiß, hat man die Reparaturmissionen gestartet, obwohl es gerade eben nicht darauf ausgelegt gewesen war, im All gewartet zu werden. Unter anderem musste man sich doch mit der Frage beschäftigen, was mit den Schräubchen zu geschehen sei, die man würde lösen müssen. Es bestand tatsächlich die Gefahr, dass einige davon im Inneren von Hubble herumschweben und Schäden verursachen könnten.

    Die Kosten der Shuttle-Missionen hätten eigentlich auch einen wirtschaftlichen Totalschaden bedeutet. Mit anderen Worten: Ein kontrollierter Absturz und dann der Bau und Start eines Nachfolgemodells wäre billiger gewesen. Aber immerhin gab es das Geld für diese Missionen. Ein Ersatzteleskop wäre womöglich niemals gebaut worden. Außerdem waren es faszinierende Missionen, die sicherlich auch einen hohen Lerneffekt für die NASA gehabt haben.

    Die NRO (National Reconnaissance Office, US-Militärnachrichtendienst, verantwortlich für das militärische Satellitenprogramm) hat vor einigen Jahren zwei nicht benötigte Keyhole-Satelliten an die NASA übergeben. Im Prinzip sind das Vettern von Hubble. Womöglich werden die also noch gestartet werden.

  2. #2 Heljerer
    8. Mai 2020

    @Captain E.

    Die Kosten der Shuttle-Missionen hätten eigentlich auch einen wirtschaftlichen Totalschaden bedeutet. Mit anderen Worten: Ein kontrollierter Absturz und dann der Bau und Start eines Nachfolgemodells wäre billiger gewesen.

    Um den Mythos Hubble vollständig zu machen, gehört aber die Heldengeschichte der Reparatur dazu. Hast du schon mal eine alte griechische Heldengeschichte gelesen, die eine Kosten-Nutzen-Analyse enthält?

    Ich habe selber schon festgestellt, dass ich als Spielverderber abgestempelt wurde, nachdem ich auf die Kosten von Raumfahrtprogrammen hingewiesen hatte.

    Ob man Hubble besser geopfert und neu gebaut hätte, anstatt es zu reparieren, hängt natürlich davon ab, welche Kosten man genau zugrunde legt. Hubbles Kosten wurden zu Projektbeginn mit 400 Mio. Dollar beziffert. Eine Zweitversion hätte man vielleicht dann tatsächlich dafür bauen können. Gekostet hat es aber schließlich 4,7 Milliarden Dollar. Eine Space-Shuttle-Mission kostete laut NASA 450 Mio. Dollar. Rechnet man die Space-Shuttle-Kosten aber anders, indem man die Gesamtkosten des Programms durch die Anzahl der Missionen teilt, kommt man auf 1,5 Milliarden Dollar. Aus diesen Zahlen kann man sich jetzt was passendes zurechtbasteln.

  3. #3 Christian
    8. Mai 2020

    @Captain E.

    Soweit ich weiß, hat man die Reparaturmissionen gestartet, obwohl es gerade eben nicht darauf ausgelegt gewesen war, im All gewartet zu werden.

    Nein, das Teleskop war von Anfang für Wartungsmissionen durch die Space Shuttles vorgesehen. [1] Etwa alle drei Jahre sollte eine Wartung durchgeführt werden. Viele Teile waren so gestaltet, dass sie im Orbit gewechselt werden konnten. [2] Wozu hätte man sonst eine Andockstelle für den Canadarm des Shuttles rangebaut?

    Zum Beispiel befinden sich die “Kameras” in einzelnen großen Containern, die von außen zugänglich im Ganzen ausgetauscht werden können. So konnte man damals eines der Instrumente ausbauen und statt dessen das COSTAR-System mit den Korrekturspiegeln einbauen. Das System hat dann die Spiegel in den Strahlengang vor die Instrumente gefahren. Im Laufe der Lebenszeit wurden alle Instrumente ausgetauscht, mittlerweile ist auch COSTAR wieder auf der Erde, weil alle neuen Instrumente den Spiegelfehler intern ausgleichen.

    Bei der letzten Service-Mission wurde übrigens ein Andock-Adapter (SCRS) angebracht, mit dem Raumfahrzeuge an das Teleskop andocken könnten [3]. Vielleicht fliegt ja doch noch mal eine Art Booster hoch und bringt es wieder auf einen höheren Orbit oder gar eine Kapsel mit einer Wartungscrew. So ne Crew Dragon hat doch ein paar m³ drucklosen Stauraum hinten dran… So ganz hab ich die Hoffnung noch nicht aufgegeben.

    [1] https://www.space.com/29507-hubble-space-telescope-repair-tools.html

    [2] https://web.archive.org/web/20130219022932/http://setas-www.larc.nasa.gov/HUBBLE/HARDWARE/hubble_ORU.html

    [3] https://www.nasa.gov/mission_pages/hubble/servicing/SM4/main/SCRS_FS_HTML.html

  4. #4 Thomas
    Oberhausen
    11. Mai 2020

    Moin,
    ich denke Florian hat einen wichtigen Punkt, der immer aktueller wird, in seiner Betrachtung übersehen:
    “Die Unruhen in der Atmosphäre sind nicht mehr so ein Problem wie sie es früher waren. Man hat sich daher eher darauf verlegt, große Teleskope auf der Erde zu bauen anstatt sie ins All zu schicken. Das tut man nur noch mit Geräten, die auf der Erde prinzipiell nicht funktionieren können. ”
    Wie lange werden denn optische Teleskope noch auf der Erde funktionieren können, wenn der tolle Multimilliardär 11.927 Satelliten, zu seinem finanziellen Vorteil, ins All geschossen hat? Gerade bei längeren Belichtungszeiten führt das wohl jetzt schon zu Problemen, obwohl gerade erstmal ein paar Hundert Satelliten dieser Art im Weltall herumschwirren.
    Und wie will man das dann mit der Radioastronomie weiter handhaben? Die müssen ja früher oder später auch alle ins All wandern, wenn man weiterhin Radioastronomie betreiben will.
    Zahlt die Mehrkosten eigentlich derselbe Multimilliardär, der mit seiner Gier nach mehr Geld, die terrestrisch gebundene Astronomie nachhaltig gestört hat/stören wird?

    Tom

  5. #5 Captain E.
    11. Mai 2020

    @Heljerer:

    Um den Mythos Hubble vollständig zu machen, gehört aber die Heldengeschichte der Reparatur dazu. Hast du schon mal eine alte griechische Heldengeschichte gelesen, die eine Kosten-Nutzen-Analyse enthält?

    Ich habe selber schon festgestellt, dass ich als Spielverderber abgestempelt wurde, nachdem ich auf die Kosten von Raumfahrtprogrammen hingewiesen hatte.

    Tja, den von Wirtschaftswissenschaftlern spezifizierte “homo oeconomicus” gibt es halt schlichtweg nicht.

    Ob man Hubble besser geopfert und neu gebaut hätte, anstatt es zu reparieren, hängt natürlich davon ab, welche Kosten man genau zugrunde legt. Hubbles Kosten wurden zu Projektbeginn mit 400 Mio. Dollar beziffert. Eine Zweitversion hätte man vielleicht dann tatsächlich dafür bauen können. Gekostet hat es aber schließlich 4,7 Milliarden Dollar. Eine Space-Shuttle-Mission kostete laut NASA 450 Mio. Dollar. Rechnet man die Space-Shuttle-Kosten aber anders, indem man die Gesamtkosten des Programms durch die Anzahl der Missionen teilt, kommt man auf 1,5 Milliarden Dollar. Aus diesen Zahlen kann man sich jetzt was passendes zurechtbasteln.

    Die gesamten Entwicklungskosten hätte man natürlich für ein Ersatzgerät nicht aufbringen müssen. Wie auch immer, die Kosten für die Shuttle-Missionen wurden akzeptiert und bezahlt. Ob das auch für ein neues Hubble der Fall gewesen wäre, ist reine Spekulation.

  6. #6 Captain E.
    11. Mai 2020

    @Christian:

    Nein, das Teleskop war von Anfang für Wartungsmissionen durch die Space Shuttles vorgesehen. [1] Etwa alle drei Jahre sollte eine Wartung durchgeführt werden. Viele Teile waren so gestaltet, dass sie im Orbit gewechselt werden konnten. [2] Wozu hätte man sonst eine Andockstelle für den Canadarm des Shuttles rangebaut?

    Und warum musste man sich dann bei der ersten Missionsplanung Gedanken darüber machen, was mit den gelösten Schrauben geschehen würde? Das hört sich eher so an, als ob die Wartungsmissionen bzw. ihre Anforderung an die Satellitentechnik im Vorfeld nicht ganz so gründlich durchdacht worden sind wie es eigentlich nötig gewesen wäre.

    Die Andockstelle für den RMS war absolut notwendig, da das Aussetzen durch das Space Shuttle erfolgen sollte, was ja auch so gemacht wurde.

    Zum Beispiel befinden sich die “Kameras” in einzelnen großen Containern, die von außen zugänglich im Ganzen ausgetauscht werden können. So konnte man damals eines der Instrumente ausbauen und statt dessen das COSTAR-System mit den Korrekturspiegeln einbauen. Das System hat dann die Spiegel in den Strahlengang vor die Instrumente gefahren. Im Laufe der Lebenszeit wurden alle Instrumente ausgetauscht, mittlerweile ist auch COSTAR wieder auf der Erde, weil alle neuen Instrumente den Spiegelfehler intern ausgleichen.

    Bist du dir sicher, dass das für eine Orbitalwartung geschehen ist und nicht nur für den besseren Zugang beim Zusammenbau und ggf. für späte Modifikationen vor dem Start auf der Erde? Wenn das mit den Schrauben nicht bei einem Gerät gewesen ist, dann war ein Zugang zu Hubble im Orbit eigentlich eher nicht vorgesehen.

    Bei der letzten Service-Mission wurde übrigens ein Andock-Adapter (SCRS) angebracht, mit dem Raumfahrzeuge an das Teleskop andocken könnten [3]. Vielleicht fliegt ja doch noch mal eine Art Booster hoch und bringt es wieder auf einen höheren Orbit oder gar eine Kapsel mit einer Wartungscrew. So ne Crew Dragon hat doch ein paar m³ drucklosen Stauraum hinten dran… So ganz hab ich die Hoffnung noch nicht aufgegeben.

    […]

    Tja, möglich wäre es. Neben der üblichen leidigen Kostenfrage kommt es aber auch das Zeitfenster an. Zurzeit haben die USA nichts im Portfolio, mit dem sie Astronauten ins All bringen könnten. Ein Wartungsmission für Hubble müsste angesichts des bevor stehenden Endes und des langen Vorlaufs eigentlich jetzt schon vorbereitet werden. Hast du dazu irgendetwas gehört? Ich fürchte, alle in Frage kommenden Systeme werden zu spät einsatzbereit sein, um Hubble helfen zu können.

  7. #7 Dampier
    13. Mai 2020

    Mittlerweile hat man Techniken wie die adaptive Optik entwickelt (…). Die Unruhen in der Atmosphäre sind nicht mehr so ein Problem wie sie es früher waren. Man hat sich daher eher darauf verlegt, große Teleskope auf der Erde zu bauen anstatt sie ins All zu schicken.

    Könnte man denn heute solche Aufnahmen wie Hubble Deep Field oder die Pillars of Creation mit terrestrischen Teleskopen machen?

  8. #8 Karl-Heinz
    13. Mai 2020

    @Dampier

    Könnte man denn heute solche Aufnahmen wie Hubble Deep Field oder die Pillars of Creation mit terrestrischen Teleskopen machen?

    Kurzes Nachdenken. Meine Antwort dazu ist ein definitiven – NEIN -.