Sternengeschichten Folge 389: Das Hubble-Weltraumteleskop

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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.

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.

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.

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!