Hubble-telescoop viert 25 jaar in de ruimte

Vrijwel iedereen kent de plaatjes van ruimtetelescoop Hubble, maar die waren niet mogelijk geweest zonder zijn ‘bril’. Toen de telescoop op 24 april 1990 werd gelanceerd bleek hij namelijk onscherpe beelden te maken. Kennislink spreekt ter gelegenheid van het 25-jarige jubileum van Hubble met een van de astronauten die de ruimtetelescoop repareerde.

4 maart 2015

Begin oktober 2018 blijkt een zogenoemde gyroscoop van de Hubble-telescoop niet goed meer te werken. Dat is een soort vliegwiel waarmee de telescoop kan draaien in de ruimte. Toen ook de modernere reserve-gyroscoop niet goed presteerde, werd Hubble tijdelijk op stand by gezet, terwijl ingenieurs proberen om het probleem vanaf de aarde te verhelpen.

Om te draaien gebruikt Hubble drie gyroscopen, maar in theorie werkt hij ook met slechts een van die apparaten. Alleen is hij dan minder wendbaar. NEMO Kennislink sprak eerder met de Zwitser Claude Nicollier, die in de jaren negentig in de ruimte aan Hubble sleutelde. Over de ‘bril’ van de telescoop, en waarom andere ruimtetelescopen niet zo oud zullen worden.

De Hubble-telescoop gezien vanuit een Spaceshuttle die hem een bezoek bracht. — De Hubble-telescoop.
NASA

De Hubble-telescoop is misschien wel de meest succesvolle PR-machine ooit voor de wetenschap. “De prachtige beelden zorgden voor een enorme promotie van de wetenschap”, zegt Claude Nicollier, de Zwitserse astronaut die in de jaren ’90 eigenhandig aan Hubble sleutelde, ruim 500 kilometer boven de aarde.

Maar natuurlijk deed Hubble ook waar hij in eerste instantie voor bedoeld was: een revolutie veroorzaken in de astronomie. Nicollier: “Hubble heeft een relatief groot blikveld, veel groter dan veel telescopen op aarde. Ook is het voor een telescoop in de ruimte erg makkelijk om lange tijd op een object gefocust te blijven. Op de draaiende aarde is dat wat moeilijker.”

Hubble keek daardoor dieper dan ooit te voren het heelal in. Een ogenschijnlijk leeg stukje nachthemel bleek na dagen belichting bomvol te zitten met verre sterrenstelsels.

De ‘geboortes’ van sterren werden gezien, poollichten op Saturnus, de inslag van een komeet op Jupiter. Stofwolken, protoplanetaire schijven en de resten van supernova’s werden beter dan ooit gefotografeerd. De uitdijing van het universum werd met grote precisie bepaald, alsmede de leeftijd van het universum. De lijst is te lang om op te noemen. (klik op de slideshow voor meer informatie)

Pilaren van de creatie

De zogenoemde _Pillars of Creation_ zijn gaswolken die vooral bestaan uit (moleculair) waterstof. Wanneer een deel van deze langgerekte wolken door de zwaartekracht 'instort' ontstaat een nieuwe ster. Verschillende van die verse sterren blazen de wolk weer uiteen. In 1995 publiceerden astronomen een Hubble-foto van dit stervormingsgebied. Het werd een van de meeste beroemde plaatjes van de ruimtetelescoop. Inmiddels is het gebied meerdere malen opnieuw gefotografeerd.

<p>De zogenoemde <em>Pillars of Creation</em> gefotografeerd door de Hubble-telescoop. </p> — Wikimedia Commons, NASA/ESA/Hubble Heritage Team (STScI/AURA) via publiek domein

Diep, dieper...

Deze zogenoemde eXtreme Deep Field-foto werd gemaakt door zo’n 2000 foto’s van Hubble te combineren tot één opname. Samen hebben de foto’s een belichtingstijd van 2 miljoen seconden (ruim 23 dagen) en daarmee ziet Hubble zwakkere en verdere sterrenstelsels dan ooit. De foto is een _remake_ van de Hubble Deep Field-foto die in 1995 werd gemaakt. Deze foto had een belichtingstijd van ruim vier dagen. In een gebied ter grote van een tennisbal op 100 meter afstand bleken bijna 3000 sterrenstelsel zichtbaar te zijn.

<p>De zogenoemde eXtreme Deep Field-foto werd gemaakt door zo’n 2000 foto’s van Hubble te combineren tot één opname. Samen hebben de foto’s een belichtingstijd van 2 miljoen seconden (ruim 23 dagen) en daarmee ziet Hubble zwakkere en verdere sterrenstelsels dan ooit.</p> — NASA/ESA/G. Illingworth, D. Magee en P. Oesch van University of California, Santa Cruz/R. Bouwens van Universiteit Leiden/HUDF09-Team

Sterrenstelsels onder de loep

Sterrenstelsel UGC 1810 gezien door Hubble. Het stelsel staat op ongeveer 300 miljoen lichtjaar afstand. Een naburig sterrenstelsel verstoord de spiraalstructuur van het stelsel. Het laat zien dat sterrenstelsel dynamisch zijn en elkaar flink kunnen beïnvloeden met hun zwaartekracht.

<p>Sterrenstelsel <span class="caps">UGC</span> 1810 gezien door Hubble. Een naburig sterrenstelsel verstoord de spiraalstructuur van het stelsel.</p> — NASA/ESA

Planetaire nevel gezien door Hubble

Een zogenoemde planetaire nevel gezien door de Hubble-telescoop. In feite heeft deze nevel niets met een planeet te maken. Het is een uitdijende gaswolk die onder invloed van een ster in het midden oplicht.

<p>Een zogenoemde planetaire nevel gezien door de Hubble-telescoop. Een uitdijende gaswolk licht op door een ster (in het midden) die het gas bestookt met straling.</p> — ESA/NASA

De rode planeet van dichtbij

Ook planeten in ons eigen zonnestelsel kunnen door Hubble haarscherp op de foto worden gezet. Dit is een opname van Mars waarop de poolkappen van de planeet duidelijk zichtbaar zijn. Recentelijk speelde de ruimtetelescoop nog een rol in het onderzoek naar "mysterieuze pluimen":https://www.nemokennislink.nl/publicaties/mysterieuze-pluimen-op-mars-gezien die op de planeet waren waargenomen.

<p>Mars, gezien door door Hubble ruimtetelescoop</p> — NASA and The Hubble Heritage Team (STScI/AURA) via media commons, public domain

Reparaties in de ruimte

Zelfs foto's van de Hubble-telescoop zelf zijn mooi. Hier is hij gekoppeld aan de Spaceshuttle, tijdens een van de reparatiemissies. De Zwitserse astronaut Claude Nicollier is in het midden te zien, vastgemaakt aan een robotarm. In totaal kreeg de ruimtetelescoop vijf van deze servicebeurten, waarbij apparatuur werd vervangen door modernere versies.

<p>De Hubble-telescoop gekoppeld aan de Spaceshuttle, tijdens een van de reparatiemissies. De Zwitserse astronaut Claude Nicollier is in het midden te zien, gekoppeld aan een robotarm.</p> — NASA

Telescoop met een brilletje

De Hubble-telescoop is misschien wel de meest succesvolle PR-machine ooit voor de wetenschap. "De prachtige beelden zorgden voor een enorme promotie van de wetenschap", zegt Claude Nicollier, de Zwitserse astronaut die in de jaren ’90 eigenhandig aan Hubble sleutelde, ruim 500 kilometer boven de aarde. Maar die mooie foto's waren niet mogelijk geweest zonder zijn 'bril'. Toen de telescoop op 24 april 1990 werd gelanceerd bleek hij namelijk onscherpe beelden te maken. "Kennislink spreekt":https://www.nemokennislink.nl/publicaties/hubble-telescoop-viert-25-jaar-in-de-ruimte ter gelegenheid van het 25-jarige jubileum van Hubble met een van de astronauten die de ruimtetelescoop repareerde.

<p>De Hubble-telescoop gezien vanuit een Spaceshuttle die hem een bezoek bracht.</p> — NASA

Nieuwe bril

Maar het had weinig gescheeld of Hubble had helemaal niet zo’n belangrijke rol in het ruimteonderzoek gespeeld. Toen Hubble vanuit zijn baan op ongeveer 550 kilometer hoogte foto’s naar de aarde begon te sturen bleek er iets grondig mis te zijn. Het licht dat Hubble opving werd op foto’s als het ware uitgesmeerd. Nog steeds was de telescoop daarmee beter dan veel telescopen op de grond, maar lang niet zo scherp als de wetenschappers hadden gehoopt.

De hoofdspiegel van ruimtetelescoop Hubble heeft een diameter van 2,4 meter en wordt hier geslepen. — De hoofdspiegel in 1979, toen hij werd geslepen.
NASA

Het bleek zelfs dat Hubble het grootste deel van de wetenschappelijke waarnemingen níet kon uitvoeren. Bij NASA zat men met de handen in het haar. De betrokken ingenieurs gingen op zoek naar de fout en sloegen zich voor het hoofd toen ze hem vonden.

Wat bleek? De hoofdspiegel met een diameter van 2,4 meter was weliswaar met de grootste precisie ooit geslepen, maar in de verkeerde vorm! De randen van de holle spiegel bleken 2,2 micrometer te vlak te zijn.

De Hubble-telescoop, gekoppeld aan een Spaceshuttle tijdens de eerste reparatiemissie in 1993. Rechts beweegt astronaut Story Musgrave een robotarm richting Hubble. — De Hubble-telescoop, gekoppeld aan een Spaceshuttle tijdens de eerste reparatiemissie in 1993.
NASA

Het duurder ruim drie jaar voordat er een oplossing was. De vorm van de hoofdspiegel was helaas niet meer te veranderen, maar wel de vorm van de veel kleinere zogenoemde secundaire spiegels. Deze vangen het licht van de hoofdspiegel op en weerkaatsen dat naar de meetinstrumenten.

In 1993 vertrok Spaceshuttle Endeavour naar Hubble met een aantal fout geslepen spiegels. De fout was echter precies de tegenovergestelde fout als die van de hoofdspiegel. Door het licht via deze spiegels op de meetinstrumenten te laten vallen werd het euvel van de hoofdspiegel verholpen. Hubble kon weer scherp zien.

Overigens heeft Hubble tot hij een bril kreeg nog wel nuttige foto’s gemaakt. Bijvoorbeeld van minder zwakke objecten, waarbij de precisie van de telescoop een kleinere rol speelde. Doordat de ‘fout’ precies bekend was konden de wetenschappers daarmee rekeningen houden in hun analyses.

Acht uur ‘wandelen’ in de ruimte

Nicollier was astronaut voor twee missies naar Hubble. Tijdens de eerste reparatiemissie, in 1993, was hij onder andere verantwoordelijk voor het besturen van de robotarm. Hij verbleef de gehele missie in de Spaceshuttle. Tijdens zijn tweede missie moest hij wél naar buiten, om onder andere de hoofdcomputer van Hubble te vervangen. “Knap lastig, om iets te repareren met dikke handschoenen en een vizier voor je gezicht”, zegt Nicollier. “Het was fantastisch om zo lang in de ruimte te zweven, heel anders dan het verblijf in de shuttle. Het uitzicht is adembenemend. Ik ben tijdens de ruimtewandeling vijf keer om de aarde gevlogen! Maar toch voel je de druk om goed te presteren en was ik heel erg gefocust op mijn taak. Het was gewoon werk.”

Het ‘geheim’ van oud worden

En, wat is nu het geheim van zo oud worden, wordt er op tv altijd gevraagd aan hoogbejaarden op hun verjaardag. Voor Hubble is het in ieder geval het grote aantal onderhoudsbeurten. Vijfmaal kwam er een Spaceshuttle op bezoek. De astronauten vervingen tijdens die missies versleten onderdelen of installeerden nieuwe en vaak betere apparatuur.

Nicollier zegt dat Hubble door de grondige service die hij ontving een relatief moderne telescoop is, nog steeds. “Als we er niks aan hadden gedaan dan was het nu een erg ouderwets apparaat geweest.” De vraag is of hij überhaupt nog zou werken…

Hubble presteert momenteel nog prima, en al enkele jaren langer dan de maximaal 20 jaar die in 1990 werd voorzien. NASA hoopt de telescoop, na de laatste servicebeurt in 2009, in ieder geval tot 2020 te kunnen gebruiken, maar als er ondertussen iets kapot gaat dan is het wellicht gedaan. Sinds het pensioen van de Spaceshuttle is er geen mogelijkheid meer om reparatiemissies uit te voeren.

Ruimte versus de grond

Ondertussen gaan de ontwikkelingen op de grond flink door. Telescopen zoals de VLT, ALMA en LOFAR weten steeds betere plaatjes te maken, bovendien in een enorm frequentiebereik. En ook de vervelende invloeden van de atmosfeer gaat men succesvol te lijf met adaptieve optiek. Is het dan eigenlijk nog wel nodig om dure ruimtetelescopen te ontwikkelen?

Model van ruimtetelescoop Webb op ware grote. De lancering staat gepland in 2018.
NASA

Volgens Nicollier wel: “Er zijn een paar soorten straling die door de atmosfeer worden geabsorbeerd, bijvoorbeeld UV-licht en infrarood. Je kunt dan nog zo’n grote telescoop op aarde bouwen, maar ze zijn voor die golflengtes waardeloos.”

Daarom wordt in 2018 ruimtetelescoop James Webb gelanceerd, de opvolger van Hubble. De hoofdspiegel van Webb wordt met een diameter van 6,5 meter bijna drie keer groter de Hubble. Verder zal hij (net als Hubble) gevoelig zijn voor zichtbaar licht en infrarode straling.

De missie van Webb duurt vijf jaar, maar men hoopt dat hij tien jaar meegaat. “Toch kunnen er helemaal niets aan doen als hij stuk gaat,” zegt Nicollier, “dus zo oud als Hubble gaat hij zeker niet worden.”

Reageer