Gebruiker:Academicsman/Kladblok
De ruimtetelescoop Hubble (HST) is een ruimtetelescoop die in 1990 in een lage baan rond de Aarde gelanceerd werd, en die tot op vandaag operationeel is. Met een spiegel van 2,4 m observeren Hubble's vier hoofdinstrumenten in het infrarood, ultraviolet en zichtbaar licht. De telescoop is vernoemd naar de astronoom Edwin Hubble.
| Ruimtetelescoop Hubble | ||||
|---|---|---|---|---|
| ||||
| Algemene informatie | ||||
| NSSDC ID | 1990-037B | |||
| Organisatie | NASA/ESA/STScl | |||
| Aannemers | PerkinElmer (optica) Lockheed (ruimtetuig) | |||
| Lancering | 24 april 1990 | |||
| Lanceerplaats | Kennedy LC-39B | |||
| Gelanceerd met | Discovery (STS-31) | |||
| Missielengte | 30 jaar | |||
| Terugkeer | geschat op 2030–2040 | |||
| Massa | 11 110 kg | |||
| Type omloopbaan | Lage baan | |||
| Baanhoogte | 551,4 – 555,6 km | |||
| Omloopduur | 95,6 min | |||
| Snelheid in baan | 7160 m/s | |||
| Type telescoop | Ritchey-Chrétien Spiegeltelescoop | |||
| Golflengte waarnemingen | infrarood, zichtbaar licht, ultraviolet | |||
| Telescoop diameter | 2,4 m | |||
| Brandpuntsafstand | 57,6 m | |||
| Instrumenten | ||||
| ACS | fotometrische optische camera | |||
| WFC3 | brede optische camera | |||
| STIS | optische spectrometer/camera | |||
| NICMOS | infrarode camera/spectrometer | |||
| COS | ultraviolette spectrograaf | |||
| FGS | fijn begeleidingsinstrument | |||
| ||||
Dankzij de baan van deze telescoop buiten de vervorming van de aardatmosfeer kan het afbeeldingen met een zeer hoge resolutie maken, met verwaarloosbaar achtergrondlicht. De Hubble heeft enkele van de meest gedetailleerde afbeeldingen ooit gemaakt, wat een diepgaande kijk op tijd en ruimte mogelijk maakt. Veel Hubble-waarnemingen hebben tot astrofysische doorbraken geleid, zoals de exacte snelheid van de uitdijing van het heelal.
De Hubble werd gebouwd door de Amerikaanse ruimte-agentschap NASA, met bijdragen van de ESA, en wordt beheerd door het Space Telescope Science Institute (STScl). De Hubble is een deel van NASA's Great Observatories-programma, samen met de Compton Gamma Ray Telescope, het Chandra X-Ray Observatory en de Spitzer Space Telescope.
Plannen voor ruimtetelescopen werden al sinds 1923 voorgesteld. Hubble werd gefinancierd in de jaren 1970, en zou origineel in 1983 gelanceerd worden, maar door technische vertragingen en budgettaire problemen, in combinatie met het ''Challenger''-ongeval, werd het hele project vertraagd. Na de uiteindelijke lancering in 1990 ontdekte men dat de hoofdspiegel verkeerd geslepen was, wat het vermogen van de telescoop sterk verminderde. De optica werden kwalitatief hersteld tijdens een onderhoudsmissie in 1993.
Hubble is de enige ruimtetelescoop die is ontworpen om door astronauten in de ruimte onderhouden te worden. Na de lancering met ruimteveer Discovery in 1990 volgden er vier latere onderhoudsmissies om systemen van de telescoop te repareren, bij te werken en te vervangen. Een vijfde missie werd geschrapt voor veiligheidsredenen na het ''Columbia''-ongeval, maar na een levendige publieke discussie stond NASA-directeur Mike Griffin een laatste onderhoudsmissie toe, die voltooid werd in 2009. De telescoop zal waarschijnlijk in gebruik blijven tot 2020. De lancering van zijn opvolger, de James Webb-ruimtetelescoop, staat gepland voor 2018.
Visie, ontwerp en doel bewerken
Voorstellen en voorgangers bewerken
In 1923 publiceerde Hermann Oberth – gezien als de vader van moderne raketwetenschap, samen met Robert H. Goddard en Konstantin Tsiolkovski – Die Rakete zu den Planetenräumen ("De raket in planetaire ruimte"), wat besprak hoe een telescoop in een baan rond de aarde gebracht kon worden door een raket.
De geschiedenis van de ruimtetelescoop Hubble kan herleid worden tot 1946, naar het verslag van astronoom Lyman Spitzer "Astronomical advantages of an extraterrestrial observatory". Spitzer bespreekt de twee grootste voordelen van een buitenaardse telescoop tegenover een aardse telescoop. Ten eerste zou de resolutie (de kleinste scheiding waarbij objecten nog kunnen onderscheiden worden) enkel beperkt worden door diffractie, en dus niet door atmosferische turbulentie, hetgeen is wat sterren doet fonkelen. Zulk onverhinderd zicht noemen astronomen astronomisch zicht. Destijds werden aardse telescopen beperkt tot resoluties van 0,5–1,0 boogseconden, vergeleken met een resolutie van 0,05 boogseconden voor een telescoop met een spiegel met diameter 2,5 m, die enkel door diffractie beperkt wordt. Ten tweede, een buitenaardse telescoop zou infrarood en ultraviolet licht kunnen waarnemen, die sterk geabsorbeerd worden door de atmosfeer.
Spitzer wijdde een groot deel van zijn carrière aan het promoten van de ontwikkeling van een ruimtetelescoop. In 1962 raadde een rapport van de National Academy of Sciences aan om een ruimtetelescoop te ontwikkelen als deel van het ruimtevaartprogramma, en in 1965 werd Spitzer aangesteld als hoofd van een comité met de taak wetenschappelijke doelen vast te stellen voor zo'n project.
Buitenaardse astronomie begon op een kleine schaal na de Tweede Wereldoorlog, toen wetenschappers ontwikkelingen in de raketwetenschap begonnen toe te passen. Het eerste ultraviolette spectrum van de zon werd in 1946 gemaakt, en NASA lanceerde in 1962 de Orbiting Solar Observatory (OSO) om spectra van UV, x-stralen en gammastralen te verkrijgen. Het Verenigd Koninkrijk lanceerde datzelfde jaar een omwentelende zonnetelescoop als deel van het Ariel-ruimteprogramma, en in 1966 lanceerde NASA de eerste Orbiting Astronomical Observatory (AOA) missie. De batterij van AOA-1 begaf het na drie dagen, waardoor er een vroegtijdig einde kwam aan de missie. De opvolger, AOA-2, verrichte ultraviolette waarnemingen van sterren en sterrenstelsels tussen 1968 en 1972, veel langer dan zijn originele missieduur van 1 jaar.
De OSO- en AOA-missies toonden de belangrijke rol van buitenaardse waarnemingen aan voor de astronomie, en in 1968 ontwikkelde NASA plannen voor een buitenaardse spiegeltelescoop met een spiegel met een diameter van 3 m, tijdelijk bekend als de "Large Orbiting Telescope" of "Large Space Telescope" (LST), met een geplande lancering voor 1979. Deze plannen benadrukten de nood aan bemande onderhoudsmissies voor de telescoop, om te verzekeren dat het kostelijk project een lange levensduur zou hebben. De gelijktijdige ontwikkeling van plannen om een herbruikbare ruimteveer te bouwen wezen erop dat de nodige technologie al gauw beschikbaar zou worden.
Zoektocht naar financiering bewerken
Door het aanhoudende success van het AOA-programma zagen meer en meer astronomen de LST als een belangrijk hoofddoel. In 1970 stichtte NASA twee committees op, één voor het ontwerpen en bouwen van het ruimtetelescoop-project, en de ander om de wetenschappelijke doelen van de missie vast te stellen. Hierna zocht NASA financiering voor de constructie van het instrument, wat veel duurder zou worden dan enige aardse telescoop. Het Amerikaans Congres betwijfelde veel aspecten van het voorgestelde budget, en verminderde het voor de planningsfase, wat bestond uit zeer gedetailleerde studies over mogelijke instrumenten en hardware voor de telescoop. In 1974 werd het volledig budget voor de telescoop geschrapt vanwege een vermindering in overheidsuitgaven.
Hierop begon een nationale lobby-actie, gecoördineerd door astronomen, die congresleden en senatoren ontmoetten om een nieuw budget te bespreken. De National Academy of Sciences publiceerde een rapport om de nood aan een ruimtetelescoop te benadrukken, en uiteindelijk ging de Senaat akkoord met de helft van het originele budget.
Het project werd verkleind vanwege de financieringsproblemen: de diameter van de spiegel werd verkleind van 3 m naar 2,4 m, omdat het goedkoper was en zodat de telescoop in een compactere vorm gebouwd kon worden; het voorstel om een extra ruimtetelescoop te bouwen van 1,5 m om de systemen te testen werd geschrapt; en door een geldtekort begon NASA samen te werken met de Europese Ruimtevaartorganisatie. De ESA ging akkoord met de financiering en bouwde één van de eerste generatie-instrumenten voor de telescoop, en ook de zonnecellen; en leverde personeel om in Amerika aan de telescoop te werken. In ruil mochten Europese astronomen ten minste 15% van de tijd de telescoop voor henzelf hebben. Het Congres ging in 1978 akkoord met $36 miljoen voor het project, en de LST kon eindelijk ontworpen worden, met een geplande lancering voor 1983. Ook in 1983 werd het project naar de astronoom Edwin Hubble vernoemd, wie beschouwd wordt als één van de belangrijkste wetenschappers van de twintigste eeuw, voor zijn ontdekking van het uitdijen van het heelal.
Constructie bewerken
Eens het ruimtetelescoop-project goedgekeurd werd, werd het werk verdeeld onder meerdere instituten. Het Marshall Space Flight Center (MSFC) kreeg de verantwoordelijkheid voor het ontwerpen, ontwikkelen en samenstellen van de telescoop, en Goddard Space Flight Center kreeg de controle over de wetenschappelijke instrumenten en het controlecentrum voor de missie. Het optica-bedrijf PerkinElmer werd ingehuurd om het Optical Telescope Assembly (OTA) en de Fine Guidance Sensors (FSG) te ontwerpen en te bouwen voor de ruimtetelescoop. Lockheed werd ingehuurd om het ruimtetuig waarin de telescoop geïnstalleerd zou worden te bouwen en te integreren.
Optical Telescope Assembly (OTA) bewerken
Optisch gezien is de telescoop een Cassegrain-reflector met een Ritchey-Chrétien-ontwerp, net als de meeste grote, professionele telescopen. Dit ontwerp, met twee hyperbolische spiegels, staat bekend voor goede beelden over een wijd gezichtsveld, met het nadeel dat de vormen van de spiegels moeilijk te bouwen en te testen zijn. De spiegel en optische systemen zijn het belangrijkst voor de uiteindelijke prestaties, en ze werden dus ontworpen met zeer exacte eisen. De spiegels van een telescoop worden meestal gepolijst tot een nauwkeurigheid van ongeveer een tiende van de golflengte van zichtbaar licht, maar de Hubble was bedoeld voor waarnemingen in zowel zichtbaar als ultraviolet licht (wat kortere golflengtes heeft), en moest specifiek ontworpen worden om te profiteren van zijn omgeving. Daarom moest de spiegel gepolijst worden tot een nauwkeurigheid van 10 [[nanometer]nm]], of ongeveer een vijfenzestigste van de golflengte van rood licht. De OTA werd niet ontworpen voor infrarood licht – de spiegels worden namelijk aan stabiele temperaturen gehouden door een verwarmingssysteem. Hierdoor zijn Hubble's prestaties op het vlak van infrarode waarnemingen beperkt.
PerkinElmer wou zeer gesofisticeerde "Computer-Aided Manufacturing"-machines gebruiken om de spiegel tot de juiste vorm te slijpen. Voor het geval dat deze gloednieuwe technologie problemen zou opbrengen, wou NASA dat PerkinElmer Kodak inhuurde om een reservespiegel te bouwen met conventionele technieken. Het team van Kodak en Itek had zich ook kandidaat gesteld voor het polijsten van de hoofdspiegel. De twee bedrijven hadden voorgesteld om elkaars werk te controleren, wat bijna zeker de latere problemen met de spiegel vermeden zou hebben. De Kodak spiegel wordt nu tentoongesteld in het National Air and Space Museum. Een Itek spiegel die ook gebouwd werd als deel van het project wordt nu gebruikt in de 2,4 m telescoop in het Magdalena Ridge Observatory.
De constructie van de PerkinElmer-spiegel begon in 1979, met een standaard van Corning Incorporated van glas met een ultra-lage uitdijing. Om het gewicht zo laag mogelijk te houden bestond het uit boven- en onderplaten, elk 25,4 mm dik, in een bijengraat-formatie. PerkinElmer simuleerde microzwaartekracht door de spiegel van achteren te ondersteunen met 130 staven met verschillende hoeveelheden kracht. Dit garandeerde dat de uiteindelijke vorm van de spiegel correct was en aan de eisen van NASA zou voldoen. Het polijsten duurde tot mei 1981. NASA betwijfelde PerkinElmer's management, en het polijsten begon achter schema te raken terwijl de kosten zich bleven opstapelen. Om geld te sparen werd de constructie van de reservespiegel stopgezet, en de lancering werd verplaatst naar oktober 1984. De spiegel was af in het najaar 1981; het werd gewassen met 9100 L heet, gedemineraliseerd water, en kreeg een reflectieve laag van 65 nm-dik aluminium en een beschermlaag van 25 nm-dik magnesiumfluoride.
PerkinElmer's bekwaamheid met zo'n belangrijk project werd steeds twijfelachtiger, omdat het afmaken van de OTA steeds langer duurde en steeds duurder werd. NASA verplaatste de lancering naar april 1985, omdat PerkinElmer's planning "wisselvallig" was. PerkinElmer's agenda bleef achterop raken met één maand per drie maanden, en soms waren er vertragingen van één dag per dag werk. NASA moest de lancering nogmaals vertragen naar maart, en dan september 1986. Tegen die tijd waren de kosten tot $1,175 miljard gestegen.
Ruimtetuig bewerken
Het ruimtetuig waarin de telescoop en de instrumenten geborgen werden was een andere uitdaging. Het zou regelmatig van rechtstreeks zonlicht naar de schaduw van de Aarde moeten overgaan, en moest dus ook grote, frequente temperatuursveranderingen kunnen doorstaan, en toch stabiel genoeg zijn om de telescoop zeer precies te kunnen richten. Een isolatie met meerdere lagen houdt de temperatuur binnen de telescoop stabiel, en daaronder zijn de telescoop en instrumenten verwikkeld in een lichte aluminium-laag. Binnen die laag houdt een kader van grafiet-epoxy de werkende delen van de telescoop stevig op hun plaats. Aangezien grafiet-verbindingen hygroscopisch zijn, was er een risico dat het waterstof dat het spant absorbeerde in Lockheed's opslagkamer later in de ruimtevacuüm de telescoop zou bevriezen. Om dit te vermijden werd de telescoop met stikstof gezuiverd voor de lancering.
Hoewel de constructie van het ruimtetuig vlotter verliep dan dat van de OTA, had Lockheed toch problemen met op schema en binnen het budget te blijven. Tegen de zomer van 1985 was het ruimtetuig 30% over budget en drie maanden achter schema. Een rapport van MSFC vond dat Lockheed teveel op de instructies van NASA steunde, in plaats van zelf het initiatief te nemen.
Initiële instrumenten bewerken
Na lancering beschikte de Hubble over vijf wetenschappelijke instrumenten: de Wide Field and Planetary Camera (WF/PC), Goddard High Resolution Spectrograph (GHRS), High Speed Photometer (HSP), Faint Object Camera (FOC) en de Faint Object Spectrograph (FOS). WF/PC was een beeldapparaat met hoge resolutie, bedoeld voor optische waarnemingen. Het werd gebouwd door NASA's Jet Propulsion Laboratory, en bevatte 48 filters om astrofysisch interessante spectraallijnen te isoleren. Het bevatte ook acht "Charge-Coupled Device" (CCD) chips, gelijk verdeeld tussen twee camera's. Elke CCD heeft een resolutie van 0,64 megapixels. De "Wide Field Camera" (WFC) omvatte een groot hoekveld, ten koste van resolutie, terwijl de "Planetary Camera" (PC) beelden maakte met een langere brandpuntsafstand dan de WF-chips, zodat het beter uitvergroot kon worden.
De GHRS was een spectrograaf, ontworpen om in het ultraviolet te werken. Het werd gebouwd door Goddard Space Flight Center en kon een spectrale resolutie van 90 000 behalen. De FOC en FOS waren ook geoptimaliseerd voor ultraviolette waarnemingen, en ze hadden ook de hoogste ruimtelijke resolutie van alle Hubble-instrumenten. In plaats van CCD's gebruikten deze drie instrumenten foton-tellende licht-detectoren die gebruik maakten van het foto-elektrisch effect. De FOC werd door ESA gebouwd, en de FOS werd door de Universiteit van Californië - San Diego en het Martin Marietta-bedrijf gebouwd.
Het laatste instrument, de HSP, werd ontworpen en gebouwd door de Universiteit van Wisconsin–Madison. Het werd geoptimaliseerd voor waarnemingen van veranderlijke sterren en andere astronomische objecten die in helderheid verschillen, met zichtbaar en ultraviolet licht. Het kon tot 100 000 metingen per seconde nemen, met een fotometrische nauwkeurigheid van ongeveer 2% of beter.
Hubble's directiesystemen kunnen ook als wetenschappelijk instrument gebruikt worden. De drie Fine Guidance Sensors (FGS) worden hoofdzakelijk gebruikt om de telescoop nauwkeurig te richten tijdens waarnemingen, maar kunnen ook gebruikt worden voor extreem nauwkeurige astrometrie; men heeft zo een nauwkeurigheid binnen 0,0003 boogseconden kunnen bereiken.
Grondsteun bewerken
Het Space Telescope Science Institute (STScl) is verantwoordelijk voor de wetenschappelijke bediening van de telescoop en data leveren aan astronomen. STScl wordt door de Association of Universities for Research in Astronomy (AURA) bestuurd, en is gezeteld in Baltimore, Maryland op de Homewood-campus van Johns Hopkins-universiteit, één van de 39 universiteiten en 7 internationale organisaties die samen AURA vormen. STScl werd opgericht in 1981 na een soort machtsstrijd tussen NASA en de algemene wetenschappelijke gemeenschap. NASA wou STScl's functie zelf behouden, maar wetenschappers wouden dat het in een academische organisatie gebaseerd werd. De Space Telescope European Coordinating Facility (ST-ECF), opgericht in Garching bei München dichtbij München in 1984, gaf gelijkaardige steun aan Europese astronomen tot 2011, toen deze activiteiten aan het European Space Astronomy Centre overgedragen werden.
Een vrij complexe taak van het STScl is het plannen van waarnemingen met de telescoop. Hubble draait in een lage baan rond de Aarde om onderhoudsmissies mogelijk te maken, wat betekent dat de meeste doelwitten geocculteerd worden door de aarde voor iets minder dan de helft van elke omcirkeling. Er kan niet waargenomen worden als de telescoop door de Zuid-Atlantische Anomalie passeert, vanwege de hogere stralingsniveau's, en er zijn ook grote oppervlaktes rond de zon (waardoor Mercurius niet kan waargenomen worden), de maan en de Aarde waar waarnemingen buitengesloten worden. De hoek voor het ontwijken van de zon is 50°, om te vermijden dat het zonlicht de OTA verlicht. De ontwijking van de maan en de Aarde houdt het felle licht buiten de FGSen en houdt het verspreid licht uit de instrumenten, maar als de FGSen uitgeschakeld zijn kan men de maan en Aarde waarnemen. In de zeer vroege fases van het project werden waarnemingen van de Aarde gebruikt om platte velden te genereren voor het WF/PC-instrument. Er bestaat een zogenaamde Continuous Viewing Zone (CVZ) (Nederlands: voortdurend zichtbare zone) op ongeveer 90° van Hubble's baan, waarin doelwitten het langst niet geocculteerd blijven. Door de precessie van de baan verandert de locatie van de CVZ geleidelijk in 8 weken. Aangezien de horizon van de aarde altijd 30° of dichter ligt bij de CVZ, kan de helderheid van het verspreide licht van de horizon lang verheven worden tijdens waarnemingen in de CVZ.
Hubble draait in de bovenste atmosfeer op een hoogte van ongeveer 569 km, met een inclinatie van 28,5°, en zijn positie verandert regelmatig op onvoorspelbare manieren. De dichtheid van de bovenste atmosfeer verandert door vele factoren, wat betekent dat Hubble's voorspelde positie tot 6 weken later tot 4000 km fout kan liggen. Hierdoor worden waarnemingen meestal slechts enkele dagen tevoren bevestigd.
Technologische ondersteuning voor Hubble wordt geleverd door NASA en Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland, 48 km zuid van het STScl. Hubble wordt constant gecontroleerd door vier teams vluchtcontroleurs die samen Hubble's Flight Operations Team vormen.
Challenger-ongeval, vertragingen en lancering bewerken
In het voorjaar 1986 leek de geplande lancering in oktober haalbaar, maar na het Challenger-ongeval werd het Amerikaanse ruimtevaartprogramma stopgezet, waardoor het de vloot ruimteveren verboden werd te vliegen en de lancering van de Hubble meerdere jaren uitgesteld moest worden. De telescoop moest in een schone kamer bewaard worden en met stikstof gezuiverd worden tot een nieuwe lancering gepland kon worden. Dit kostte $6 miljoen per maand, wat de hoge kosten van het project nogmaals verhoogde. Aan de andere kant zorgde deze vertraging voor meer tijd om uitgebreide tests te doen, een mogelijk kapotte batterij te vervangen, en andere verbeteringen uit te voeren. Daarbij was de software om Hubble mee te besturen nog niet klaar in 1986, en deze was nog steeds nauwelijks compleet in 1990.
Nadat ruimteveren in 1988 terug mochten vliegen werd de lancering gepland voor 1990. Op 24 april 1990 werd de telescoop succesvol gelanceerd in missie STS-31 met de ruimteveer Discovery.
De originele geschatte kost van de constructie, $400 miljoen, bleek uiteindelijk tot $2,5 miljard te zijn gestegen. In 2010 werden de totale kosten van het Hubble-project geschat op $10 miljard, twintig jaar na de lancering.
Gebrekkige spiegel bewerken
Enkele weken na de lancering van de telescoop toonden de teruggestuurde beelden dat er een serieus probleem was met het optische systeem. Hoewel deze beelden wel degelijk scherper waren dan die van aardse telescopen, kon Hubble zich niet scherp focussen en de beste beelden hadden een veel lagere kwaliteit dan verwacht. Beelden van puntbronnen spreidden zich uit over meer dan een boogseconde, in plaats van geconcentreerd te zijn binnen een cirkel van 0,1 boogseconden in diameter, zoals in het ontwerp gevraagd werd.
Uit analyse van de onscherpe beelden bleek dat de primaire spiegel in de verkeerde vorm, maar zeer precies geslepen was. De afwijking bedroeg slechts 10 nanometer, maar de spiegel was ongeveer 2200 nanometer (2,2 micrometer (eenheid)l micron) te plat aan de randen. Dit verschil veroorzaakte sferische aberratie (het licht dat van de randen werd weerkaatst had een ander brandpunt dan het licht van het centrum van de spiegel). Ter vergelijking: de fout van 10 nanometer op een spiegel van 2,4 meter diameter komt overeen met de diameter van een 5 eurocentstuk op de 'diameter' van de Verenigde Staten.
Het effect van deze fout op waarnemingen hing af van de waarneming. De kern was nog scherp genoeg om gedetailleerde waarnemingen te maken van heldere objecten, en er was enkel wat gevoeligheid verloren. Maar door gebrek aan licht in de onscherpe aureool was de telescoop minder bruikbaar voor onduidelijke objecten en beelden met hoog contrast. Dit betekende dat bijna alle kosmologische projecten onmogelijk werden, aangezien er veel wazige objecten moesten geobserveerd worden. NASA en de telescoop werden voor deze flater bespot, en het project werd gezien als een blok aan hun been. In de 1991 komedie [[The Naked Gun 21/2: The Smell of Fear]] wordt Hubble voorgesteld naast de Titanic, de Hindenburg en de Edsel. Nochtans werden er in de eerste drie jaar van de Hubble-missie, voordat de spiegel herstelt werd, veel studies ondernomen met minder veeleisende doelwitten. Aangezien de fout stabiel was, konden wetenschappers de beelden gedeeltelijk herstellen met beeldverwerking-technieken.
Oorzaak van het probleem bewerken
Een commissie onder leiding van Lew Allen, directeur van het Jet Propulsion Laboratory, werd opgericht om de oorzaak van de fout op te sporen. De Allen-commissie ontdekte dat de hoofd-nulcorrector, een testapparaat om een niet-bolvormige spiegel te juiste vorm mee te geven, niet juist was samengesteld – een van de lenzen week 1,3 mm af. Tijdens het slijpen en polijsten van de spiegel, testte PerkinElmer het oppervlak met twee conventionele nulcorrectors. Maar voor de laatste stap van de constructie werd overgeschakeld op een aangepaste nulcorrector, gemaakt om aan de zeer strikte eisen te voldoen. Dit toestel werd niet correct samengesteld, waardoor de spiegel nog steeds zeer precies gevormd werd, maar in de verkeerde vorm. Enkele van de laatste tests hadden de twee conventionele nulcorrectors nodig, waardoor de fout opgespoord had kunnen worden. Hoewel deze tests wel degelijk de sferische aberratie ontdekten, werd dit resultaat verworpen omdat de reflectieve nulcorrector als preciezer gezien werd.
De commissie gaf de schuld grotendeels aan PerkinElmer. De band tussen NASA en het optica-bedrijf was zeer gespannen tijdens de constructie van de spiegel, door de regelmatige vertragingen en extra kosten. NASA vond dat PerkinElmer de constructie niet genoeg controleerde of beheerde, zijn beste optische wetenschappers niet aan het project toewees (zoals wel het geval was bij het prototype), en zijn optische ontwerpers niet genoeg betrok bij de constructie en tests van de spiegel. Hoewel de commissie het meest kritiek had voor PerkinElmer, werd NASA ook bekritiseerd omdat ze deze tekortkomingen niet opmerkten, en enkel op de testresultaten van één instrument vertrouwden.
De oplossing bewerken
Onderhoudsmissies waren een fundamenteel aspect van het ontwerp van Hubble, en astronomen begonnen dan ook snel met zoeken naar een mogelijke oplossing die in de eerste onderhoudsmissie geïmplementeerd kon worden, gepland voor 1993. Hoewel Kodak een reservespiegel geslepen had, kon de spiegel niet vervangen worden tijdens zijn baan rond de aarde, en het zou te duur en tijdrovend zijn om de telescoop terug naar Aarde te brengen voor herstel. In plaats daarvan werd het feit dat de spiegel zo precies in de verkeerde vorm geslepen was gebruikt om een nieuwe optische component te ontwerpen, met precies dezelfde fout maar omgekeerd. Deze moest aan de telescoop toegevoegd worden tijdens de onderhoudsmissie, en zou als een soort bril werken om de sferische aberratie weg te werken.
Eerst moesten de specifieke kenmerken van de fout in de spiegel achterhaald worden. Uit beelden van de puntbron konden astronomen vaststellen dat de conische constante –1,01390±0,0002 was, in plaats van de bedoelde −1,00230. Men bekwam hetzelfde nummer na een analyse van de nulcorrector die PerkinElmer gebruikte om de spiegel te vormen, alsook in de interferogrammen uit de tests rond de spiegel.
Vanwege het ontwerp van de instrumenten van de HST, waren er twee verschillende correctors nodig. De Wide Field and Planetary Camera 2 (WFPC2), bedoeld om de WF/PC te vervangen, werd ontworpen met relais-spiegels om licht te weerkaatsen naar de vier Charge-coupled Devices-chips (CCD) die samen zijn twee camera's vormden. Een omgekeerde fout, ingebouwd in hun oppervlak zou de aberratie van de hoofdspiegel tegengaan. Maar de andere instrumenten hadden geen tussenliggende oppervlakken die op deze manier konden gefigureerd worden, dus was er nood aan een extern verbeteringsapparaat.
Het Corrective Optics Space Telescope Axial Replacement-systeem (COSTAR) werd ontworpen om de sferische aberratie van het licht in de FOC, FOS en GHRS te herstellen. Het bestaat uit twee spiegels, met één geslepen om de aberratie tegen te gaan. Om ervoor te zorgen dat het COSTAR-systeem op de telescoop zou passen moest één van de instrumenten verwijdert worden, en astronomen verkozen de High Speed Photometer als slachtoffer. Tegen 2002 waren alle originele instrumenten die COSTAR nodig hadden vervangen door instrumenten met hun eigen optische correctiesystemen. In 2009 werd COSTAR terug naar Aarde gebracht en wordt nu tentoongesteld in het National Air and Space Museum. In het oppervlak dat voordien door COSTAR bezet werd, zit nu de Cosmic Origins Spectrograph.
Onderhoudsmissies en nieuwe instrumenten bewerken
Hubble werd ontworpen om regelmatig onderhoud en bijwerkingen te ondersteunen. NASA vloog vijf onderhoudsmissies (SM 1, 2, 3A, 3B, 4 en 5), de eerste in december 1993, de laatste in mei 2009. Onderhoudsmissies waren delicate operaties die begonnen met te manoeuvreren om de telescoop uit zijn baan te plukken, en het binnen te halen met een mechanische arm. Het nodige werk werd uitgevoerd in meerdere ruimtewandelingen, gespreid over vier of vijf dagen. Na een inspectie van de telescoop, werden de onderdelen waar nodig gerepareerd of vervangen, en nieuwe instrumenten geïnstalleerd. Eens het werk klaar was, werd de telescoop terug in zijn baan gelanceerd, nadat het tot een hoger niveau werd getild om de atmosferische luchtweerstand tegen te gaan.
Onderhoudsmissie 1 bewerken
Nadat de problemen met Hubble's spiegel ontdekt werden, werd de eerste onderhoudsmissie extra belangrijk, aangezien de astronauten uitgebreid werk moesten verrichten om de corrigerende optica te installeren. De zeven astronauten werden getraind om met zo'n 100 verschillende gespecialiseerde gereedschappen te werken. SM1 vloog met ruimteveer Endeavour in december 1993, en moest in tien dagen tijd meerdere instrumenten en andere uitrustingen installeren.
Het belangrijkste onderdeel was het vervangen van de High Speed Photometer door het COSTAR-systeem, en WF/PC werd vervangen door Wide Field and Planetary Camera 2 (WFPC2) met een intern optisch verbeteringssysteem. De zonnepanelen en hun bijhorende electronica werden ook vervangen, alsook vier gyroscopen in het richtsysteem van de telescoop, twee elektrische controle-eenheden en andere elektrische componenten, en twee magnetometers. Hubble's computers werden bijgewerkt, en zijn baan werd versneld.
Op 13 januari 1994 zei NASA dat de missie een compleet succes was, en toonde de eerste scherpere beelden. Destijds was dit een van de meest complexe missies ooit, met vijf lange ruimtewandelingen. Dit succes was een zegen voor NASA, alsook de astronomen die nu over een bekwamere telescoop beschikten.
Onderhoudsmissie 2 bewerken
Onderhoudsmissie 2, gevlogen met ruimteveer Discovery in februari 1997, verving de GHRS en FOS met de Space Telescope Imaging Spectrograph (STIS) en de Near Infrared Camera and Multi-Object Spectrometer (NICMOS), verving een Engineering and Science Tape Recorder met een nieuwe Solid State Recorder, en repareerde de thermische isolatie. NICMOS bevatte een koelplaat met vast stikstof om de thermische ruis van het instrument te verminderen, maar kort na installatie zorgde een onverwachte thermische uitbreiding ervoor dat een deel van de koelplaat in contact kwam met een optische demper. Hierdoor verwarmde het instrument sneller dan gedacht, wat zijn levensduur van 4,5 jaar naar ongeveer 2 jaar verminderde.
Onderhoudsmissie 3A bewerken
Onderhoudsmissie 3A , gevlogen met Discovery in december 1999, was een tak van onderhoudsmissie 3 nadat drie van de zes gyroscopen het begaven. Een vierde begaf het enkele weken voor de missie, waardoor de telescoop geen wetenschappelijke waarnemingen meer kon maken. Deze missie verving alle gyroscopen, een Fine Guidance Sensor en de computer, installeerde een Voltage/temperature Improvement Kit (VIK) om te vermijden dat de batterij defect werd, en verving de dekens van de thermische isolatie. De nieuwe computer is 20 keer sneller en heeft 6 keer meer geheugen dan zijn voorganger. Het verhoogt de productiviteit door enkele taken van het aardse personeel naar de telescoop te verplaatsen, en het spaart geld doordat het moderne programmeertalen toestaat.
Onderhoudsmissie 3B bewerken
Onderhoudsmissie 3B, gevlogen met Columbia in maart 2002, installeerde een nieuw instrument, waarbij de FOC vervangen werd door de Advanced Camera Survey (ACS). Aangezien alle instrumenten aan boord nu hun eigen verbeteringssystemen hadden tegen de sferische aberratie van de hoofdspiegel, was het COSTAR-systeem niet langer nodig. Deze missie reanimeerde ook NICMOS door een gesloten koeler te installeren, en de zonnepanelen werden nogmaals vervangen, met nieuwe modellen die voor 30% extra energie zorgden.
Onderhoudsmissie 4 bewerken
Er waren plannen voor een onderhoudsmissie in februari 2005, maar het ''Columbia''-ongeval in 2003, waar de ruimteveer uiteenviel tijdens de terugkeer in de atmosfeer, had een groot effect op het Hubble-programma. NASA-directeur Sean O'Keefe besloot dat alle toekomstige ruimteveer-missies het internationaal ruimtestation ISS moesten kunnen bereiken in geval van nood. Aangezien er geen ruimteveren waren die zowel de Hubble als het ISS konden bereiken in één missie, werden alle geplande bemande onderhoudsmissies geschrapt. Deze beslissing kwam onder zware kritiek, omdat astronomen vonden dat Hubble het risico waard was. Hubble's geplande opvolger, de James Webb-ruimtetelescoop (JWST), wordt pas verwacht vanaf ten vroegste 2018. De gemiste kansen voor ruimtewaarnemingen tegen die tijd zijn zeer bezorgend voor astronomen, gezien het wetenschappelijk belang van de Hubble. Het feit dat de JWST zich niet in een lage baan zal bevinden, waardoor het moeilijker te repareren zal zijn in geval van een fout, vergroot deze zorgen nog meer. Aan de andere kant vinden veel astronomen dat Hubble's onderhoud niet ten koste mag zijn van het JWST-budget.
In januari 2004, na veel publiek bezwaar en verzoeken van het Congres om Hubble te redden, zei O'Keefe dat hij zijn beslissing om de laatste onderhoudsmissie naar de Hubble te schrappen zou herzien. De National Academy of Sciences kwam samen in een officieel forum, en adviseerde in juli 2004 om de Hubble te behouden, ondanks de risico's. Hun rapport adviseerde NASA om geen onderhoudsmissies naar de Hubble in de weg te staan. In augustus 2004 vroeg O'Keefe aan Goddard Space Flight Center om een gedetailleerd voorstel voor te bereiden voor een onderhoudsmissie met robots. Deze plannen werden later geschrapt, omdat een robotmissie niet haalbaar was. In het najaar 2004 sprokkelde een groep congresleden, onder leiding van senator Barbara Mikulski, publieke steun samen om de Bush-administratie en NASA te overtuigen om de geschrapte onderhoudsmissie verder te zetten.
In april 2005 werd Michael D. Griffin, wie een ingenieursachtergrond heeft in plaats van boekhouden, tot nieuwe NASA-directeur verkozen, wat de situatie compleet veranderde aangezien Griffin zei dat hij een bemande onderhoudsmissie zou overwegen. Kort na zijn aanstelling gaf Griffin toestemming aan Goddard om een bemande onderhoudsmissie voor te bereiden, en zei dat hij zijn definitieve beslissing na de volgende twee missies zou nemen. In 2006 gaf Griffin het groen licht, en de 11-dagen missie met Atlantis werd gepland voor oktober 2008. Hubble's belangrijkste dataverwerkingseenheid ging stuk in september 2008, waardoor wetenschappelijke data niet langer terug naar Aarde kon gestuurd worden tot de reserve werd geactiveerd op 25 oktober 2008. Als deze reserve stuk ging zou de Hubble hulpeloos zijn, dus werd de onderhoudsmissie vertraagt tot een vervanging gemaakt kon worden.
Onderhoudsmissie 4, gevlogen met Discovery in mei 2009, was de laatste geplande ruimteveer-missie naar de Hubble. SM4 installeerde de vervangende dataverwerkingseenheid, repareerde de ACS- en STIS-systemen, installeerde betere nikkel-waterstof-accu's en verving andere componenten. SM4 installeerde ook twee nieuwe waarnemingsinstrumenten – Wide Field Camera 3 (WFC3) en de Cosmic Origins Spectrograph (COS) – alsook het Soft Capture and Rendezvous-systeem, wat een toekomstige rendezvous, vangst en veilige vrijlating van Hubble mogelijk maakt voor zowel bemande en robotachtige onderhoudsmissies. Dankzij het werk van SM4 was de telescoop weer grotendeels functioneel (behalve het hoge resolutie-kanaal van de ACS, wat niet gerepareerd kon worden), en is zo gebleven tot vandaag.
Hoofdprojecten bewerken
Sinds het begin van het programma zijn een aantal onderzoeksprojecten uitgevoerd, waaronder sommigen met Hubble alleen, anderen samen met coördinerende faciliteiten, zoals het Chandra X-Ray Observatory en ESO's Very Large Telescope. Hoewel de Hubble het einde van zijn leven nadert, zijn er nog belangrijke projecten voor gepland, bijvoorbeeld het Frontier Fields-programma, geïnspireerd door de resultaten van Hubble's waarnemingen van de cluster Abell 1689.
Cosmic Assembly Near-infrared Deep Extragalactic Legacy Survey bewerken
In een persbericht in augustus 2013 werd CANDELS het grootste project in de geschiedenis van Hubble genoemd. Het project heeft als doel het verkennen van de galactische evolutie in het Vroege Heelal, en de eerste beginselen van kosmische structuur, minder dan een miljard jaar na de Big Bang. De site van het CANDELS-project beschrijft zijn doelen als volgt:
Het Cosmic Assembly Near-IR Deep Extragalactic Legacy Survey is ontworpen om het eerste derde van galactische evolutie te documenteren, van z=8 tot 1,5 via diepe beelden van meer dan 250 000 sterrenstelsels met WFC3/IR en ACS. Het zal ook het eerste Type la SNe vinden hoger dan z>1,5; en hun nauwkeurigheid als standaard voor kosmologie vaststellen. Vijf luchtregio's met meerdere golflengtes worden geselecteerd; elk beschikt over data over meerdere golflengtes van Spitzer en andere faciliteiten, alsook uitgebreide spectroscopie van de helderdere sterrenstelsels. Vijf verspreide velden gebruiken vermijdt kosmische variantie, en geeft statistisch robuuste en complete monsters van sterrenstelsels van 109 zonnemassa's tot z~8.
Frontier Fields-programma bewerken
Het programma, officieel het "Hubble Deep Fields Initiative 2012", heeft als doel het verkennen van vroege sterrenstelsel-vorming, door sterrenstelsels met hoge roodverschuiving te bestuderen in blanco velden met de hulp van zwaartekrachtlenzen, om de wazigste sterrenstelsels in het verre heelal te kunnen zien. De site van Frontier Fields beschrijft de doelen als volgt:
- Om tot zover ontoegankelijke populaties te ontdekken van z=5–10 sterrenstelsels die 10 tot 50 keer waziger zijn dan enige tot nu toe bekende
- Om onze kennis van sterrenmassa's en de geschiedenis van sterrenformatie uit sub-L* sterrenstelsels op hun vroegst te verbeteren
- Om de eerste statistisch betekenisvolle morfologische karakterisering van ster-vormende sterrenstelsels te verkrijgen
- Om z>8 sterrenstelsels te vinden die ver genoeg verspreid zijn door zwaartekrachtslenzen om interne structuur te onderscheiden en/of vergroot genoeg zijn door zwaartekrachtslenzen voor spectroscopische opvolging.
Publiek gebruik bewerken
Iedereen kan tijd met de telescoop aanvragen; er zijn geen grenzen voor nationale of academische organisaties, maar de financiering voor analyses is enkel beschikbaar voor Amerikaanse instituties. De strijd voor tijd met de telescoop is intens, en slechts een vijfde van alle voorstellen per cyclus krijgen tijd op de planning.
Voorstellen worden ongeveer jaarlijks verkregen, met ongeveer één jaar beschikbare tijd per cyclus. De voorstellen worden in verschillende categorieën verdeeld; "general observer"-voorstellen komen het meest voor, en omvatten routine waarnemingen. "Snapshot observations" zijn diegene die slechts 45 minuten of minder tijd met de telescoop nodig hebben, inclusief algemene voorbereidingen zoals het doelwit in beeld krijgen. "Snapshot observations" worden gebruikt om de gaten in het schema van de telescoop te dichten, als ze niet kunnen gevuld worden met algemene waarnemingen.
Astronomen mogen een "mogelijk doel" voorstellen, waarbij waarnemingen worden gepland als een vergankelijke gebeurtenis zich voordoet wat door een voorstel omvat wordt, en wat tijdens een cyclus plaatsvindt. Daarbij is tot 10% van de tijd gereserveerd voor "director's discretion"-tijd. Astronomen kunnen doorheen het jaar "director's discretion" aanvragen, en het is bedoeld voor het observeren van onverwachte vergankelijke fenomenen, zoals een supernova.
Anderen gebruiken "director discretion" voor waarnemingen die leidden tot het Hubble Deep Field en Hubble Ultra Deep Field, en in de eerste vier cycli van de tijd met de telescoop werden waarnemingen gedaan met amateur-astronomen.
Amateuristische waarnemingen bewerken
De eerste directeur van STScl, Riccardo Giacconi, kondigde in 1986 aan dat hij een deel van de Director's Discretion-tijd aan amateur-astronomen wou besteden. Dit was enkel een paar uur per cyclus, maar kreeg toch veel interesse van amateur-astronomen.
Voorstellen voor amateur-tijd werden streng beoordeeld door een committee van amateur-astronomen, en enkel voorstellen die echte wetenschappelijke waarde hadden, geen voorstellen van professionele astronomen kopieerden, en de unieke bekwaamheden van de Hubble nodig hadden, kregen hun gevraagde tijd. Dertien amateur-astronomen kregen tijd met de telescoop, tussen 1990 en 1997. Een van die studies was "Transition Comets—UV Search for OH". Het allereerste voorstel, "A Hubble Space Telescope Study of Posteclipse Brightening and Albedo Changes on Io", werd in Icarus gepubliceerd, een periodiek voor studies over het zonnestelsel. Een tweede studie van een andere groep amateurs werd later ook in Icarus gepubliceerd. Hierna zorgde een budgetverkleining voor STScl ervoor dat het werk van amateur-astronomen niet langer ondersteund kon worden, en er werden geen verdere amateur-programma's geprobeerd.
20ste en 25ste verjaardagen bewerken
De ruimtetelescoop Hubble vierde zijn 20ste verjaardag in de ruimte op 24 april 2010. Voor deze gelegenheid gaven NASA, ESA en STScl een afbeelding van de Carinanevel uit.
Voor Hubble 25ste verjaardag in de ruimte op 24 april 2015, gaf STScl afbeeldingen uit van de "Westerlund 2"-cluster, zo'n 20 000 lichtjaar weg van de Carinanevel, via de Hubble 25 website. De ESA voegde een toegewijde pagina toe aan hun website voor Hubble's 25ste verjaardag.
Wetenschappelijke resultaten bewerken
Hoofdprojecten bewerken
In de vroege jaren 1980 bespraken NASA en STScl in vier vergaderingen hun hoofdprojecten. Dit waren de projecten die zowel van wetenschappelijk belang waren en uitgebreide tijd met de telescoop nodig zouden hebben, die expliciet aan elk project zou toegewijd zijn. Dit zorgde ervoor dat deze projecten vroeg klaar zouden zijn, in het geval dat de telescoop vroeger dan gedacht zou stuk gaan. Er werden drie zulke projecten gevonden: 1) Een studie over het nabije intergalactisch medium met quasar absorptielijnen, om de eigenschappen van het intergalactisch medium en de gasvormige inhoud van sterrenstelsels en clusters vast te stellen; 2) Een studie met de Wide Field Camera om data te bekomen wanneer een van de andere instrumenten gebruikt wordt en 3) een project om de hubbleconstante binnen tien procent vast te stellen door zowel interne als externe fouten te verminderen bij het instellen van de afstandsschaal.
Belangrijke ontdekkingen bewerken
Hubble heeft veel oude problemen in de astronomie helpen oplossen, en heeft ook nieuwe vragen naar voren gebracht. Sommige resultaten vroegen om nieuwe theorieën om ze uit te kunnen leggen. Een van zijn hoofddoelen was om de afstand tot cepheïden preciezer te meten dan ooit tevoren, en zo de waarde van de hubbleconstante beter te kunnen bepalen, alsook het meten van de snelheid waarbij het heelal uitdijt, wat verbonden is aan zijn leeftijd. Voor de lancering van Hubble hadden schattingen van de hubbleconstante tot 50% fouten, maar dankzij Hubble's metingen van cepheïden in de virgocluster en andere verafgelegen clusters bekwam men een waarde met een nauwkeurigheid van ±10%, wat samenhangt met andere, nauwkeurigere waarnemingen die gemaakt zijn met andere methoden sinds Hubble's lancering.
Hoewel Hubble schattingen over de leeftijd van het heelal verfijnde, waren er ook nieuwe twijfels over zijn toekomst. Astronomen van het High-z Supernova Search Team en het Supernova Cosmology Project gebruikten aardse telescopen en Hubble om verre supernova's te observeren, en vonden bewijs dat, in plaats van te vertragen door zwaartekracht, de uitdijing van het heelal aan het versnellen is. De reden voor deze versnelling is nog niet bekend, maar de meesten denken dat het door donkere energie veroorzaakt word.
De hoge-resolutie spectra en beelden van de Hubble zijn vooral geschikt om de zwarte gaten in de kern van sterrenstelsels vast te stellen. De theorie dat zwarte gaten voorkomen in de kern van sterrenstelsels bestond al sinds de jaren 1960, in de jaren 1980 werden enkele goede kandidaten ontdekt, en Hubble's werk toonde aan dat zulke zwarte gaten waarschijnlijk vaak voorkomen. Het Hubble-programma toonde verder aan dat de massa van zwarte gaten en de eigenschappen van sterrenstelsels verbonden zijn. Hubble heeft zo kunnen aantonen dat er een diepe verbinding is tussen sterrenstelsels en hun zwarte gaten.
In 1994 crashte de komeet Shoemaker-Levy 9 op Jupiter, wat goed uitkwam voor astronomen, aangezien Onderhoudsmissie 1 enkele maanden geleden Hubble's optische systemen hersteld had. Hubble's beelden van de planeet waren de scherpste sinds die van Voyager 2 in 1979, en waren cruciaal bij het bestuderen van de dynamica van komeetinslagen op Jupiter, wat waarschijnlijk slechts eenmaal gebeurt per enkele eeuwen.
.png)
Enkele andere ontdekkingen van Hubble zijn proto-planetaire schijven in de Orionnevel; bewijs voor exoplaneten rond Zonachtige sterren; en de optische tegengestelden van de nog mysterieuze gammaflitsen. Hubble werd ook gebruikt om de buitenste delen van het zonnestelsel te verkennen, waaronder de dwergplaneten [[pluto (dwergplaneet]|Pluto]] en Eris.
Het Hubble Deep Field, Hubble Ultra Deep Field en Hubble Extreme Deep Field zijn beelden van Hubble die een speciale kijk geven op het heelal, en die gebruik maakten van Hubble's ongeëvenaarde gevoeligheid voor zichtbare golflengtes om kleine delen van de lucht in beeld te brengen, de diepste ooit in optische golflengtes. De beelden tonen sterrenstelsels miljarden lichtjaren ver, en liggen aan de basis van een berg wetenschappelijke studies die een nieuwe kijk geven op het Vroege Heelal. De Wide Field Camera 3 verbeterde deze beelden met infrarood en ultraviolet licht, wat de ontdekking van enkele van de verste objecten ooit helpt bevestigen, zoals MACS0647-JD.
Het object SCP 06F6 werd door Hubble ontdekt in februari 2006. In juni en juli 2012 gebruikten Amerikaanse astronomen de Hubble om een kleine, vijfde maan te vinden rond Pluto.
In maart 2015 kondigden onderzoekers aan dat metingen van de aurora's rond Ganymedes aantoonden dat de maan een ondergrondse oceaan heeft. Door de bewegingen van de aurora's te bestuderen met Hubble konden onderzoekers vaststellen dat een grote zoutwater oceaan de interactie tussen Jupiter's magnetische velden en die van Ganymedes onderdrukte. Men schat dat de oceaan 100 km diep is, onder een 150 km-dikke ijslaag.
Op 11 december 2015 maakte Hubble een afbeelding van de eerste voorspelde heropkomst van een supernova, "Refsdal" genaamd, wat berekent werd met de massa van een cluster waarvan de zwaartekracht het licht van de supernova vervormt. De supernova werd laatst gezien in november 2014 achter cluster MACS J1149.5+2223 als deel van Hubble's Frontier Fields-programma. Astronomen vonden vier verschillende afbeeldingen van de supernova in een "Einstein kruis"-formatie. Het duurde ongeveer 5 miljard jaar voor het licht van de cluster de Aarde bereikte, hoewel de supernova ongeveer 10 miljard jaar geleden plaatsvond. Refsdal's heropkomst was een unieke kans om modellen te testen over hou massa, vooral donkere materie binnen deze cluster verdeeld is.
Invloed op de astronomie bewerken
Veel objectieve metingen tonen de positieve invloed van de Hubble op de astronomie. Er zijn meer dan 9000 studies gepubliceerd in wetenschappelijke periodieken, gebaseerd op Hubble-data, en nog veel meer zijn gebruikt in overleggen. Een analyse van astronomische studies vele jaren na hun publicatie toont aan dat een derde van hen geen citaties bevatten, terwijl slechts 2% van studies gebaseerd op Hubble-data geen citaties bevatten. Gemiddeld hebben studies gebaseerd op Hubble-data tweemaal zoveel citaties als studies die niet op Hubble gebaseerd zijn. Uit de 200 meest geciteerde studies per jaar, zijn ongeveer 10% gebaseerd op Hubble-data.
Hoewel de Hubble duidelijk astronomisch onderzoek heeft vooruit geholpen, is het financieel zeer duur geweest. Een studie over de relatieve astronomische voordelen van telescopen die in grootte verschillen concludeerde dat, hoewel studies gebaseerd op Hubble-data 15 keer meer citaties kregen dan een 4 m aardse telescoop zoals de William Herschel-telescoop, de Hubble zo'n honderd keer meer kostte om te bouwen en onderhouden.
Beslissen tussen het bouwen van een aardse- of een ruimtetelescoop is complex. Zelfs voor Hubble gelanceerd werd, hadden gespecialiseerde aardse technieken optische- en infrarode beelden verkregen met een hogere resolutie dan Hubble ooit kon bereiken, maar beperkt tot doelwitten die 108 keer helderder zijn dan de wazigste objecten die door Hubble waargenomen worden. Sindsdien hebben vorderingen in adaptieve optiek de capaciteiten van aardse telescopen om infrarode beelden te maken van wazige objecten sterk uitgebreid. Het nut van adaptieve optiek versus Hubble-waarnemingen is sterk afhankelijk van de onderzoeksvragen in kwestie. In het zichtbare spectrum kan adaptieve optiek slechts een relatief klein gezichtsveld omvatten, terwijl Hubble hoge-resolutie optische afbeeldingen kan maken in een uitgebreid veld. Slechts een kleine fractie astronomische objecten kunnen met aardse telescopen afgebeeld worden in hoge resolutie, terwijl de Hubble hoge-resolutie waarnemingen kan ondernemen in enig welk deel van de lucht, en op objecten die extreem slecht zichtbaar zijn.
Hubble-data bewerken
Transmissie naar Aarde bewerken
Hubble-data werd eerst in het ruimtetuig opgeslagen. Ten tijde van de lancering waren de opslagfaciliteiten ouderwetse bandrecorders, maar ze werden vervangen door solid state-drives tijdens onderhoudsmissies 2 en 3A. Tweemaal per dag verzendt de Hubble data door radiosignaal naar een satelliet in het Tracking and Data Relay Satellite System (TDRSS), wat de wetenschappelijke data dan verstuurt naar een of twee microgolf-antennes van 18 m diameter in de White Sands Test Facility in White Sands (New Mexico). Daar worden ze verzonden naar het Space Telescope Operations Control Center in Goddard Space Flight Center, en uiteindelijk naar STScl voor archivering. Hubble verstuurt ongeveer 140 gigabytes informatie per week.
Kleurbeelden bewerken
Alle beelden van de Hubble zijn monochroom grijs, waaraan de camera's een collectie filters toevoegen die gevoelig zijn voor specifieke golflengtes. Kleurbeelden worden gemaakt door aparte monochrome beelden met verschillende filters te combineren. Dit proces kan ook beelden met valse kleuren creëren met infrarode en ultraviolette kanalen, waarbij infrarood meestal als dieprood getoond wordt, en ultraviolet als diepblauw.
Archieven bewerken
Alle Hubble-data wordt uiteindelijk beschikbaar gesteld via het Mikulski Archive for Space Telescopes van STScl, CADC en ESA/ESAC. Data is meestal beperkt toegankelijk – enkel toegankelijk voor de hoofdinspecteur en door hem toegelaten astronomen – voor één jaar na ontvangst. De hoofdinspecteur mag in sommige gevallen aan de directeur van de STScl een verlenging of verkorting van deze periode aanvragen. Waarnemingen uit "Director's Discretionary"-tijd mogen deze periode overslaan, en zijn meteen publiek verkrijgbaar. Alle data in het archief is opgeslagen in het FITS-formaat, wat passend is voor astronomische analyse, maar niet voor publiek gebruik. Het Hubble Heritage Project ontwikkeld een kleine verzameling van de meest opmerkelijke beelden in JPEG- en TIFF-formaat voor publiek gebruik.
Pijplijn-verkleining bewerken
Astronomische data verkregen met CCD's moet zo ingesteld worden om bruikbaar te zijn voor astronomische analyse. STScl heeft gespecialiseerde software ontwikkeld wat de data automatisch kalibreert wanneer het uit het archief wordt opgevraagd, gebruikmakend van de beste beschikbare instellingsfiles. Dit betekent dat het meer dan een dag kan duren tot grote opvragingen verwerkt worden. Deze automatische kalibratie wordt "Pipeline reduction" (pijplijn-verkleining) genoemd, en wordt steeds vaker gebruikt bij grote observatoriums. Astronomen mogen de files ook zelf ophalen en de pipeline reduction lokaal uitvoeren, wat handig kan zijn als er nog andere instellingsfiles nodig zijn.
Data-analyse bewerken
Hubble-data kan met veel verschillende pakketten geanalyseerd worden. STScl heeft speciaal-gemaakte Space Telescope Science Data Analysis System (STSDAS)-software, wat alle nodige programma's bevat om pipeline reduction op rauwe files te gebruiken, samen met vele andere astronomische gereedschappen voor beeldontwikkeling, speciaal gemaakt voor Hubble-data. De software gedraagt zich als een module van IRAF, een populair astronomisch datareductie-programma.
Extra activiteiten bewerken
Tot de verbeelding van de mensen spreken is altijd belangrijk geweest voor de ruimtetelescoop, gezien de grote hoeveelheden belastingsgeld die in de constructie gestoken werden. Na de moeilijke eerste jaren, toen Hubble's reputatie een hevige klap doorstond door de defecte spiegel, kon het zichzelf weer opbouwen met de opmerkelijke beelden die na de eerste onderhoudsmissie binnenkwamen.
Meerdere initiatieven hebben geholpen met de mensen op de hoogte te houden over Hubble's activiteiten.
In de Verenigde Staten worden zulke initiatieven gecoördineerd door de Office for Public Outreach van het STScl, wat in 2000 opgericht werd om Amerikaans belastingbetalers de voordelen van hun investering in de ruimtetelescoop te tonen. Hiervoor gebruikt STScl de site Hubblesite.org. Het Hubble Heritage Project zorgt voor beelden van hoge kwaliteit van de interessantste en opmerkelijkste waarnemingen voor het publiek. Het Heritage team bestaat uit professionele en amateur-astronomen, en mensen met een andere achtergrond dan astronomie, en benadrukt de esthetica van Hubble-beelden. Het Heritage Project krijgt een kleine hoeveelheid tijd om objecten waar te nemen die voor wetenschappelijke redenen nog niet genoeg afbeeldingen hebben om een kleurenfoto mee te maken.
Sinds 1999 is het hoofdteam voor publieke zaken in Europa het Hubble European Space Agency Information Centre (HEIC). Dit team werd opgericht in München, Duitsland in de Space Telescope European Coordinating Facility. HEIC's missie is om de publieke promotie en onderwijs over Hubble af te handelen voor de Europese Ruimtevaartorganisatie. Het werk draait rond het produceren van persberichten en foto's die interessante Hubble-resultaten en -beelden benadrukken. Deze zijn meestal Europees, en vertonen zo ESA's Hubble-onderzoek en de bijdragen van Europese wetenschappers aan het observatorium. ESA produceert ook educatief materiaal, zoals een videocast-serie genaamd "Hubblecast", ontworpen om belangrijk wetenschappelijk nieuws met het publiek te delen.
De Hubble-telescoop heeft twee Space achievement Awards van de Space Foundation gewonnen, in 2001 en 2010.
Er staat een replica van de ruimtetelescoop Hubble in het gazon van het gerechtshof van Marshfield, Missouri, de geboortestad van Edwin P. Hubble.
Toekomst bewerken
Uitrustingsdefecten bewerken
Voorbije onderhoudsmissies naar Hubble hebben oude instrumenten met nieuwe vervangen, zowel om defecten te vermijden en nieuwe wetenschappelijke technieken mogelijk te maken. Zonder onderhoudsmissies zullen alle instrumenten uiteindelijk stuk gaan. In augustus 2004 ging het energiesysteem van de Space Telescope Imaging Spectrograph (STIS) stuk, waardoor het instrument niet langer gebruikt kon worden. Hoewel zijn electronica eerst boventallig waren, ging de eerste set stuk in mei 2001. Het systeem werd gerepareerd tijdens onderhoudsmissie 4 in mei 2009. De hoofdcamera van de Advanced Camera for Surveys (ACS) ging op een gelijkaardige manier stuk in juni 2006, en de reserve-electronica gingen ook stuk op 27 januari 2007. Enkel het Solar Blind Channel (SBC) van het apparaat bleef bruikbaar. Er werd een nieuwe energiebron voor het groothoeklens-kanaal toegevoegd tijdens onderhoudsmissie 4, maar tests toonden aan dat dit het hoge-resolutie kanaal niet hielp.
Hubble gebruikt gyroscopen om zichzelf in zijn baan te stabiliseren en nauwkeurig op doelwitten te richten. Normaal gezien zijn er drie gyroscopen nodig om te functioneren, maar waarnemingen zijn nog mogelijk met twee, hoewel dit zeer nauwkeurige waarnemingen moeilijker maakt en de waarneembare lucht beperkt. Er zijn eventuele plannen voor waarnemingen met slechts één gyroscoop, maar als ze allemaal zouden stuk gaan is observatie niet langer mogelijk. In 2005 werd besloten om standaard naar twee gyroscopen over te schakelen in plaats van drie, om zo de Hubble's missieduur te verlengen. Deze wissel gebeurde in augustus 2005, waarna Hubble twee gyroscopen gebruikte, met twee reserves en twee defecte. Nog een gyroscoop ging stuk in 2007. Tegen onderhoudsmissie 4, waarbij alle gyroscopen vervangen werden, werkten slechts drie nog. Ingenieurs zijn overtuigd dat ze de oorzaak van deze defecten hebben gevonden en de nieuwe modellen zijn ontworpen om betrouwbaarder te zijn.
Orbitaal verval bewerken
Hubble draait in een baan rond de aarde in de zuur dunne bovenste atmosfeer, en zijn baan vervalt langzaam door de luchtweerstand. Als het niet opnieuw omhoog geduwd wordt, zal het terug de aardse atmosfeer betreden, hoewel men niet zeker is wanneer, aangezien dit afhangt van de sterkte van de zon en zijn invloed op de bovenste atmosfeer. Als Hubble in een compleet vrije val de atmosfeer zou betreden, zouden delen van de hoofdspiegel en zijn ondersteuning het waarschijnlijk overleven, waardoor er kans is op schade en zelfs menselijke ongevallen. In 2013 schatte adjunct projectmanager James Jeletic dat Hubble tot 2020 zal overleven. Afhankelijk van de zon en de atmosferische luchtweerstand zal Hubble de atmosfeer dus betreden tussen 2030 en 2040.
NASA's originele plan was om Hubble veilig terug te brengen met een ruimteveer, waarna het waarschijnlijk tentoongesteld zou worden in het Smithsonian Institution. Dit is niet langer mogelijk, aangezien de vloot ruimteveren ontmanteld is, en zelfs als het dat niet was zou het toch onwaarschijnlijk zijn, door de kost van zulke missie en het gevaar voor de bemanning. In plaats daarvan overwoog NASA om een externe module toe te voegen om een gecontroleerde toegang mogelijk te maken. Uiteindelijk installeerde NASA het Soft Capture and Rendezvous System, zodat het door een bemande of robotachtige missie uit zijn baan kan gehaald worden.
Opvolgers bewerken
| Zichtbaar spectrum | |
| Kleur | Golflengte |
|---|---|
| violet | 380–450 nm |
| blauw | 450–475 nm |
| cyaan | 476–495 nm |
| groen | 495–570 nm |
| geel | 570–590 nm |
| oranje | 590–620 nm |
| rood | 620–750 nm |
Er is geen ultraviolette en zichtbaar-licht ruimtetelescoop die als directe opvolger van Hubble gezien kan worden, omdat korte-termijn ruimtetelescopen niet dezelfde golflengtes omvatten als Hubble, maar focussen op de infrarode spectra. Deze spectra werken beter voor het bestuderen van objecten met lage temperatuur, die vaak ouder en verder weg zijn in het heelal. Deze golflengtes zijn ook moeilijk of onmogelijk waar te nemen vanaf de Aarde, wat de kosten van een ruimtetelescoop verantwoord. Grote aardse telescopen kunnen enkele van Hubble's golflengtes waarnemen, en soms Hubble in kwaliteit evenaren dankzij adaptieve optiek, met een groter bereik van licht en die makkelijk bijgewerkt kunnen worden, maar ze kunnen Hubble's kwaliteit over een wijd veld met de zeer donkere achtergrond van de ruimte niet overtreffen.
Plannen voor een opvolger voor de Hubble begonnen met het Next Generation Space Telescope project, wat uiteindelijk de James Webb-ruimtetelescoop werd, de formele opvolger van de Hubble. In plaats van een grotere Hubble te zijn, is het ontworpen om kouder en verder van de aarde te kunnen werken, op het L2 Lagrange-punt, waar de thermische en optische verstoringen van de Aarde en de maan vermindert zijn. Het is niet volledig onderhoudbaar, maar het ontwerp bevat wel een landingsstation voor bezoeken van andere ruimtetuigen. Een van de wetenschappelijke hoofddoelen van de James Web-telescoop is om de verste objecten in het heelal te observeren, buiten het bereik van bestaande instrumenten. Er wordt verwacht dat het sterren uit het vroege heelal zal kunnen detecteren, ongeveer 280 miljoen jaar ouder dan de sterren die door Hubble kunnen waargenomen worden. De telescoop is een internationale samenwerking tussen NASA, de Europese Ruimtevaartorganisatie en de Canadian Space Agency sinds 1996, met een geplande lancering met een Ariane 5-raket. Hoewel de James Webb-telescoop hoofdzakelijk een infrarood instrument is, kan het golflengtes tot 600 nm waarnemen, wat ongeveer oranje is in het zichtbaar spectrum. Het menselijk oog kan tot ongeveer 750 nm golflengtes zien, dus er is wat overlapping met de langste zichtbare golflengtes, inclusief oranje en rood.
Er was ook de ESA's ruimtetelescoop Herschel, een complementaire telescoop die nog langere golflengtes kon waarnemen dan de James Webb of de Hubble, gelanceerd op 14 mei 2009. Net zoals de James Webb-telescoop werd Herschel niet ontworpen voor onderhoudsmissies na de lancering, en had een veel grotere spiegel dan de Hubble, hoewel het enkel diep infrarood en submillimeter kon waarnemen. Het had helium als koelmiddel nodig, wat opgebruikt werd tegen 29 april 2013.
Er waren ook enkele andere concepten voor 21ste-eeuw ruimtetelescopen. Bijvoorbeeld de Advanced Technology Large-Aperture Space Telescope, een conceptuele optische ruimtetelescoop van 8 tot 16 meter wat een directe opvolger voor de Hubble zou kunnen zijn, met de mogelijkheid om astronomische objecten in het infrarood, ultraviolet en zichtbaar licht te kunnen waarnemen en observeren, met een veel betere resolutie dan de Hubble of de Spitzer Space Telescope. Dit project wordt voor constructie gepland in de periode 2025–2035.
| Geselecteerde ruimtetelescopen & instrumenten | |||||||
| Naam | Jaar | Golflengte | Brandpuntsafstand | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Menselijk oog | — | 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 | Gepland | 0.6–28.5 μm | 6.5 m | ||||
Bestaande aardse telescopen, en veel voorgestelde extreem grote telescopen zijn beter in het verzamelen van licht dan de Hubble, en hebben een betere optische limiet door hun grotere spiegels, maar deze telescopen worden door andere factoren beïnvloed. In sommige gevallen zijn ze mogelijk beter dan de Hubble in resolutie door adaptieve optiek, maar dit zorgt voor een zeer dun gezichtsveld – bijvoorbeeld, Lucky Cam produceert zeer verfijnde beelden, die slechts 25 tot 51 cm breed zijn, terwijl Hubble's camera's ook zeer scherp zijn met een gezichtsveld van 150 cm. Verder kunnen ruimtetelescopen de hemel over het hele elektromagnetische spectrum observeren, terwijl de meeste door de atmosfeer geblokkeerd worden. Het achtergrondlicht is ook donkerder in de ruimte dan op Aarde, omdat de atmosferische lucht de zonne-energie overdag absorbeert, en het 's nachts weer uitlaat, waardoor een zeer kleine – maar toch waarneembare – gloed astronomische objecten met een laag contrast minder zichtbaar maakt.
Externe links bewerken
- (en) Officiële NASA site over de Hubble
- (en) ESA/Hubble
- (en) Site van 'The Hubble Heritage Project'
- (en) hubblesite.org
- (en) Locatie t.o.v. de aarde
Literatuur/noten bewerken
Dit artikel of een eerdere versie ervan is een (gedeeltelijke) vertaling van het artikel Hubble Space Telescope op de Engelstalige Wikipedia, dat onder de licentie Creative Commons Naamsvermelding/Gelijk delen valt. Zie de bewerkingsgeschiedenis aldaar.