De Hubble-ruimtetelescoop werd vijfentwintig jaar geleden op 24 april 1990 gelanceerd. De plannen om een spiegeltelescoop de ruimte in te sturen, stammen al uit 1946. De eerste serieuze plannen om er ook een te bouwen, kregen een vaste vorm in 1968 en Hubbles groene licht kwam in 1977.
De ruimtetelescoop met een spiegeldoorsnede van 2,4 meter draait nu al een kwart eeuw om de aarde heen, in eerste instantie in 97 minuten op 598 kilometer hoogte. Nu iets sneller, in 95.6 minuten op 555 kilometer hoogte. Doordat de telescoop buiten de atmosfeer van de aarde geplaatst is, zijn er geen problemen met verstoring van het inkomende licht, zowel in het zichtbare als voor het menselijk oog onzichtbare deel van het spectrum. Hierdoor werd het mogelijk om met een optische telescoop meer dan ooit te zien van het heelal. Maar niet alleen dat. Ook kon met behulp van Hubble de leeftijd van het heelal beter geschat worden: wetenschappers kwamen uit op tussen de dertien en veertien miljard jaar oud. Een stuk accurater dan daarvoor met tussen de tien en twintig miljard jaar. Ook speelde de telescoop een belangrijke rol bij het ontdekken van donkere energie en kon bewezen worden dat elk sterrenstelsel een zwart gat in de kern heeft.
Een telescoop de ruimte insturen, hoe relatief beperkt van omvang ook, is geen sinecure. Het initiële plan was om het ruim 11.000 kilogram wegende apparaat al in 1983 te lanceren, maar door een opeenstapeling van problemen en de ramp met de spaceshuttle Challenger in 1986 werd dit uitgesteld tot 1990. Tijdens de lancering had het project dan al zo'n 2,5 miljard dollar gekost, een ruime overschrijding van de geraamde 400 miljoen. Uiteindelijk trok de NASA het zelf ook niet meer wat de kosten betreft en vroeg de Europese ruimtevaartorganisatie ESA om ook mee te betalen en de eerste generatie van het instrumentarium en zonnecellen te leveren.
Dat de Hubble gezorgd heeft voor prachtige beelden van het heelal, zal niemand ontgaan zijn. Dat kan doordat Hubble de nodige instrumenten aan boord heeft: twee camera's, twee beeldspectrografen en verschillende richtsensoren. Daarnaast ook twee spiegels, de grote concave spiegel met een doorsnede van 2,4 meter en een tweede, bolle spiegel die het licht terugstuurt naar een gat in het midden van de grote spiegel op het focuspunt. Daar kunnen verschillende instrumenten het licht opvangen. Vlak na de lancering kwam de NASA erachter dat de grote spiegel een kleine afwijking had. De spiegel was 2,2 micron te plat geslepen aan de randen, waardoor er sferische aberratie optrad. Dit zorgde vooral voor problemen met zwakke lichtbronnen, waardoor veel onderzoek niet meer gedaan kon worden. Tijdens een tweede ruimtemissie met een spaceshuttle konden astronauten in december 1993 een corrigerende spiegel aanbrengen. In totaal zouden er vier onderhoudsmissies komen, waarvan de laatste in 2009. De bouw van de spiegel begon in 1979 en wordt ondersteund met een honingraatstructuur om alles zo licht mogelijk te houden. De spiegel was aan het eind van 1981 klaar.
Het corrigerende optische systeem COSTAR, Corrective Optics Space Telescope Axial Replacement, werd bij de laatste ruimtemissie in 2009 verwijderd omdat alle instrumenten in de tussentijd vervangen waren door nieuwe of andere varianten, met een ingebouwde correctie voor de sferische aberratie. Voor COSTAR in de plaats kwam een Cosmic Origins Spectrograph, COS, waarmee ultraviolette straling van zwakke puntbronnen gemeten kan worden. Hiermee is het mogelijk om de vorming en evolutie van sterrenstelsels en andere grote structuren in het heelal te bestuderen.
Voor het grote overzicht heeft Hubble de Wide Field Camera. Ondertussen is hiervan al de derde incarnatie geïnstalleerd, de WFC3. De camera neemt foto's in het voor ons zichtbare spectrum. WFC3 en de voorgangers zorgden al meermalen voor iconische beelden van het heelal. De WFC3 heeft twee verschillende kanalen die elk andere golflengtes kunnen vastleggen. Het kanaal voor de ultraviolette golflengtes wordt gebruikt om dichtbijgelegen sterrenstelsels te bestuderen of stelsels waarin veel sterren gevormd worden. Het infrarood-kanaal is om licht van ver gelegen stelsels vast te leggen en daarmee direct een stukje historie van het universum.
De Advanced Camera for Surveys, ACS, werd in 2002 geïnstalleerd en kan net als WFC3 het zichtbare licht en infrarood vastleggen. Momenteel heeft de WFC3 een groot deel van het precisiewerk overgenomen van deze camera, die de Faint Object Camera verving. De FOC was Hubbles eerste 'zoomlens' gedurende twaalf jaar.
Naast beelden vastleggen van objecten, is een belangrijk onderzoeksinstrument ook het scheiden van licht in de basisgolflengtes met de Space Telescope Imaging Spectrograph, STIS. Op die manier kunnen de chemische samenstelling, dichtheid en temperatuur van objecten vastgesteld worden. Op deze manier kunnen we toch te weten komen uit wat voor elementen objecten bestaan. Maar spectrografie wordt bijvoorbeeld ook gebruikt bij het ontdekken van exoplaneten. Daarnaast is STIS ook belangrijk bij het ontdekken van zwarte gaten. Het licht van sterren en gas dat rond het centrum van een sterrenstelsel draait, is roder wanneer het van de telescoop af beweegt en blauwer als het ernaartoe komt, ofwel rood- en blauwverschuiving. De locatie van een zwart gat is te bepalen door te kijken naar roodachtig materiaal aan de ene kant en blauwachtig aan de andere kant, wat verraadt dat dit materiaal heel snel rond een object draait.
Absorptie in de atmosfeer naar golflengte (bron: Wikipedia)
De drie richtsensoren zijn er om de telescoop in de juiste richting te draaien en te houden en doen tegelijkertijd metingen. Twee sensoren houden de telescoop in de juiste richting en één kan metingen doen. Ze gebruiken sterren om zich op te richten en zich op vast te zetten. Omdat de baan van de sterren bekend is, kunnen de sensoren zo de telescoop constant in de goede richting houden. De precisie van de instrumenten is te vergelijken met een laser 800 kilometer verder gericht houden op een dubbeltje, en dat 24 uur lang. Door hun grote precisie, is sinds Hubble veel meer bekend over de exacte locaties van hemellichamen.
Er werd al eerder gesproken over de resolutie van de telescoop. Mede doordat er geen atmosferische verstoringen zijn, kan de telescoop veel meer zien. Een atmosferische verstoring vanaf de aarde zorgt bijvoorbeeld voor de bekende ster-vorm van sterren en planeten. Een goede telescoop op aarde kan vrijwel geen verschil zien tussen twee vlak bij elkaar staande sterren. De 'resolutie' wordt dan ook bepaald in boogminuten en boogseconden. Een booggraad bestaat uit 60 boogminuten of uit 3600 boogseconden. Een telescoop op aarde ziet niet veel meer dan 1 boogseconde, waardoor als twee sterren dichter bij elkaar staan dan een boogseconde, ze niet te onderscheiden zijn. De Hubble telescoop kan 0,1 boogseconde zien. Het menselijk oog ziet zo'n 60 boogseconden.
HST; Hubble, draait om de aarde. De Webb-telescoop in vaste baan om de zon op 1,42 miljoen kilometer van de aarde.
Wat komt er nu na Hubble? Nog meer detail. En daarvoor is een grotere spiegel nodig. Dat alles is al in werking gesteld met de 6,5 meter grote James Webb Space Telescope. Deze telescoop wordt, mits alles goed gaat, eind 2018 gelanceerd. De Webb zal vooral grotere golflengtes gaan onderzoeken om nog verder terug het verleden in te kunnen kijken. De telescoop wordt in vergelijking tot Hubble 'lichtgewicht'. Webb zal ook veel verder van de aarde staan op anderhalf miljoen kilometer afstand. Deze zal ook niet om de aarde draaien maar staat op een vast punt vanaf de aarde in een baan rond de zon.
Databundelgebruikers: sommige afbeeldingen zijn erg groot!
1. Hoe ver naar het verleden kunnen verschillende telescopen kijken 2. Pilaren der Creatie, deel van de Adelaarsnevel 3. Emissienevel NGC 6357 4. Infraroodopname van Mystic Mountain in Carinanevel 5. Cluster MCS J0416.1-2403 bestaande uit bijna 200 foto's 6. Vlindernevel NGC 6302 7. Mystic Mountain, foto vrijgegeven ter ere van het 20 jarig bestaan van Hubble, onderdeel van de Carinanevel 8. Beelden van de aurora van Saturnus
Databundelgebruikers: sommige afbeeldingen zijn erg groot!