Hubble Space Telescope

De Hubble Space Telescope (HST) is op 24 april 1990 met succes gelanceerd aan boord van de Space Shuttle Discovery en een dag later in de ruimte uitgezet in een vrijwel cirkelvormige baan op 613 tot 615 kilometer hoogte.

Op 26 juni 1990 bereikte de astronomische gemeenschap de onheilsboodschap dat de hoofdspiegel lijdt aan sferische
aberratie. In plaats dat 70% van het sterlicht in een beeldje van 0,2 boogseconde wordt geconcentreerd, bevat dit gebiedje nu slechts 15% van het sterlicht en wordt het beeld als geheel uitgesmeerd tot 1,4 boogseconden.

Desondanks werden met deze telescoop al beelden verkregen die beter waren dan de opnamen met de grootste telescopen vanaf het aardoppervlak. In december 1993 werd de Space Telescope door de bemanning van de Space Shuttle Endeavour (vlucht nummer STS-61) gerepareerd. De zonnepanelen werden vervangen, er werd correctie-optiek voor de hoofdspiegel aangebracht, de wide-field planetary camera werd vervangen en ook de gyroscopen werden vervangen. De telescoop van de HST is een Cassegrain-spiegeltelescoop. Met een primaire spiegel van 2,4 meter middellijn is het naar de huidige maatstaven niet eens een erg grote telescoop. Toch overtreft de ruimtetelescoop ruimschoots de prestaties van de grootste telescopen op aarde. De reden is dat de ruimtetelescoop geen last heeft van turbulentie in de atmosfeer. Het beeld in het brandvlak van de telescoop kan worden bekeken met vijf ver schillende wetenschappelijke instrumenten. Twee van deze instrumenten, de «Wide Field Planetary Camera» (WFPC) en de «Faint Object Camera» (FOC) zijn in feite geavanceerde televisiecamera's. Ze kunnen directe afbeeldingen maken van het waargenomen object. De WFPC bestrijkt een groter deel van de hemel dan de FOC en is meer gevoelig voor rode golflengten. De WFPC wordt gebruikt voor gedetailleerde waarnemingen van verre planeten, kometen, sterren, sterren stelsels en quasars. De FOC, een Europees instrument, heeft twee bijzondere eigenschappen. Dit instrument zal zeer gedetailleerde opnamen van lichtzwakke hemelobjecten kunnen maken en bovendien zullen met de FOC objecten zichtbaar zijn die dertig maal lichtzwakker zijn dan de objecten die we met telescopen op aarde nog net kunnen waarnemen. De FOC bestaat uit twee onafhankelijke camera-systemen. De ene camera vergroot het beeld van de HST met een factor twee en bevat bovendien een spectrograaf. Dit instrument heeft een beeldveld van 44 bij 44 boogseconden en een scheidend
vermogen van slechts 0,9 boogseconden. De andere camera kan vier of twaalf keer vergroten. Bij de laatste vergroting is het beeldveld nog slechts 3,7 x 3,7 boogseconden, maar het scheidend of oplossend vermogen is dan 0,015 boogseconden! Een lichtsterk object heeft de eigenschap dat het zijn nabije omgeving overstraalt. Naburige lichtzwakke objecten verdrinken als het ware in zijn licht. Om dit probleem te ondervangen is de FOC uitgerust met een soort mini-corono graafjes, die het licht van sterke lichtbronnen kunnen afschermen. Hierdoor kan de FOC ook objecten fotograferen die normaal gesproken niet goed zichtbaar zouden zijn.

Theoretisch ligt de grensmagnitude van de FOC overigens bij magnitude 30 (in blauw licht), zij het dat hiervoor een belichtingstijd van 10 uur noodzakelijk is.

Naast de spectrograaf in de FOC zijn nog twee instrumenten aan boord waarmee spectra kunnen worden opgenomen. De High Resolution Spectrograph zal voornamelijk gebruikt worden om het licht van sterren in ons melkwegstelsel te bestuderen.

De Faint Object Spectrograph is ontworpen om spectra te verkrijgen van verder weg gelegen objecten zoals quasars.

Het vijfde instrument van de HST is de High Speed Photometer: een instrument om de lichtsterkte (en de mogelijke variaties daarin) van objecten nauwkeurig te meten. Met de fotometer wordt onder andere worden gekeken naar snelle lichtvariaties in nauwe dubbelstersystemen.

In februari 1997 heeft de Space Shuttle Discovery de tweede onderhoudsvlucht uitgevoerd. Er waren vijf in plaats van de geplande vier ruimtewandelingen nodig bij de vervanging en installatie van nieuwe instrumenten. De twee spectrografen werden verwijderd. Hiervoor in de plaats kwam de super gevoelige Space Telescope Imaging Spactrograph (STIS) die van de nieuwste techniek gebruikt maakt en waarin onder andere beeldversterkers geplaatst zijn die door het Ameri kaanse Ministerie van Defensie zijn ontwikkeld. Het tweede nieuwe instrument voor de Hubble-telescoop is NICMOS, een instrument dat is ontworpen voor waarnemingen in het nabije infrarood. Dus voor waarnemingen van wartestraling met een relatief korte golflengte. De camera kan infraroodfoto's van het heelal maken, maar ook spectroscopisch onderzoek doen.

Tijdens de onderhoudsvlucht van februari 1997 bleek de buitenste, naar de zon gerichte kant, van de 17 isolatie lagen wat beschadigd. Men heeft dit verholpen door nieuw isolatiemateriaal aan te brengen.

Er vinden in de toekomst nog twee onderhoudsbeurten plaats.

De derde is gepland in het jaar 1999. De huidige Wide Field and Planetary Camera zal dan vervangen worden door een tien maal zo gevoelig instrument, terwijl de ruimtetelescoop ook een nieuwe boordcomputer krijgt (overigens nog steeds met een bescheiden 486-processor en een kloksnelheid van 66 megahertz.

In 2002 worden de zonnepanelen vervangen door kleinere en minder flexibele exemplaren en zullen er opnieuw twee grote waarnemingsinstrumenten geplaatst worden ter vervanging van NICMOS en de Faint Object Camera. Deze vierde onderhouds beurt is tevens de laatste. In 2005 is de Hubble Space Telescope aan het eind van zijn normale levensduur gekomen.

Begin 1996 werden voorstellen gepresenteerd voor een op volger van de Hubble Space Telescope. Momenteel wordt er in de Verenigde Staten hard gewerkt aan de voorbereidingen van de NGST - de Next Generation Space Telescope. Dat wordt een reusachtig instrument met een spiegelmiddellijn van minstens vier en misschien wel acht meter. Zo'n kolossale spiegel kan niet in één stuk worden gelanceerd. Daarom denken de ontwerpers aan een opblaasbare of uitklapbare telescoop spiegel, die heel licht en goedkoop kan zijn. De nauwkeurig heid van de vorm van zo'n spiegel is iets minder hoog dan van een conventionele glazen spiegel, maar dat is geen on overkomelijk probleem, omdat de NGST voornamelijk gebruikt zal worden voor het doen van waarnemingen op infrarode golf lengten en daarvoor is een minder hoge nauwkeurigheid ver eist.

Naar alle waarschijnlijkheid wordt de Next Generation Space Telescope niet in een baan om de aarde gebracht, maar in een baan om de zon, op een constante afstand van ca.

anderhalf miljoen kilometer van de aarde. Met behulp van een groot zonnescherm kunnen de infrarooddetectoren gekoeld worden. Bovendien bestaat er dan geen enkele hinder van de eigen warmtestraling van de aarde.

Tot op heden is de Europese ruimtevaartorganisatie ESA niet direct betrokken bij het onderzoek naar de opvolging van de ruimtetelescoop, dat sinds december 1995 in handen is van de NASA en enkele Amerikaanse bedrijven. Europese sterren kundigen dringen er dan ook op aan dat er spoedig formele onderhandelingen tussen ESA en NASA beginnen, omdat zij anders geen directe toegang zullen hebben tot de gegevens die de NGST zal verzamelen.

De NGST mag niet meer kosten dan 1 miljard dollar. Dat is minder dan de helft van de kostprijs van de huidige ruimte telescoop.

Als alles volgens plan verloopt, kan de NGST rond het jaar 2008 gelanceerd worden. Alhoewel de Hubble Space Telescope in het jaar 2005 is afgeschreven zal deze waarschijnlijk toch nog wel in bedrijf blijven. Bij de NASA is men er in middels achter dat het belachelijk is om een uitstekend werkende satelliet van het ene moment op het andere uit te schakelen, terwijl er nog geen opvolger is. Het staat dan ook vrijwel vast dat men de Hubble-telescoop - in afwachting van de Next Generation Space Telescope - nog wat langer in bedrijf houdt. Daarom wil men de Hubble-ruimtetelescoop in een zo hoog mogelijke baan houden. Want hoe lager de baan, des te slechter de vooruitzichten zijn voor een verlenging van de levensduur van het instrument.

Hubble Deep Field-programma (HDF) Een van de belangrijkste redenen voor de bouw van de Hubble Space Telescope was het onderzoek naar de oorsprong van het heelal en de geboorte van de eerste sterrenstelsels. In dit kader paste ook het Hubble Deep Field-programma (HDF). Dit programma had tot doel een piepklein gebiedje aan de hemel uitgebreid te fotograferen. Het ongeveer vier vierkante boogminuten grote gebiedje betreft een stukje van het sterrenbeeld Grote Beer. Dit gebiedje was gekozen omdat het «zo lekker leeg is». De Grote Beer staat ver van het vlak van de melkweg, waar betrekkelijk weinig storende voorgrondsterren en nabije sterrenstelsels te zien zijn.

Bovendien kon het gekozen gebiedje ononderbroken met de ruimtetelescoop worden waargenomen zonder dat zon, maan of aarde hinderlijk in beeld kwamen. In totaal zijn 342 af zonderlijke opnamen van dit gebiedje gemaakt. Gedurende 150 omlopen om de aarde - tien dagen lang - werd de ruimtetelescoop vrijwel uitsluitend gebruikt om dit piep kleine stukje van de hemel te fotograferen. Voor elke opname werd 15 tot 40 minuten belicht en bovendien werden aparte opnamen gemaakt in ultraviolet, blauw, rood en infrarood licht. Door al deze afzonderlijke opnamen te combineren kon één grote kleurenfoto van dit gebiedje worden gemaakt. Alles bij elkaar werden de detectoren van de ruimtetelescoop voor deze foto maar liefst 6« dag belicht! Het resultaat mocht er dan ook zijn. In het gebiedje van vier vierkante boogminuten (dat is ongeveer zo groot als we een kwartje zien op een afstand van 25 meter) zijn ten minste 1500 sterrenstelsels tot magnitude 30 gevonden. De volledige hemelkoepel is ongeveer 41.000 vierkante graden ofwel 147,6 miljoen vierkante boogminuten groot. Als de HDF-opname een goede steekproef is, zouden op een soortgelijke opname van de hele hemel dus minimaal 55 miljard sterrenstelsels te zien zijn. Dat aantal wordt bovendien alleen maar groter als we nog zwakkere stelsels zouden kunnen fotograferen. Het zichtbare heelal bevat waarschijnlijk enkele duizenden miljarden sterrenstelsels of meer. En als elk sterrenstelsel gemiddeld tien miljard sterren bevat moet het aantal sterren in het heelal dus boven de 10ýý (10.000.000.000.000.000.000.000) liggen.