Befindet sich im Zentrum der Milchstraße wirklich ein schwarzes Loch? Mit welcher Geschwindigkeit breitet sich das Universum aus? Wie sehen frühe und junge Galaxien kurz nach dem Urknall aus? Auf diese Fragen lieferte das Hubble-Weltraumteleskop Antworten.

Hubble-Teleskop – Kosten & Ziele

Das Weltraumteleskop ist eines der leistungsfähigsten und hochauflösendsten Teleskope in der niedrigen Erdumlaufbahn. Es ist seit 1990 in Betrieb und hat eine Reichweite von knapp 13 Milliarden Lichtjahren.

Das Hubble-Teleskop war für fast drei Jahrzehnte das leistungsstärkste seiner Art. Der Bau des Teleskops kostete umgerechnet knapp zwei Milliarden Euro. Dazu kamen mehrere Reparatur- und Verbesserungsmissionen mit dem Space Shuttle, wodurch die Gesamtkosten auf ca. 5 Milliarden Euro gestiegen sind.

Abbildung 1: Das Hubble Weltraumteleskop Quelle: esa.int

Neben der Beobachtung von Planeten, Sternen und anderen Himmelskörpern sollte auch die Erforschung der Struktur des Universums mithilfe des Hubble Teleskops vorangetrieben werden.

Hubble-Teleskop – Erfinder & das Hubble-Gesetz

Das Hauptziel des Hubble-Teleskops war es, die Hubble-Konstante zu bestimmen. Das Gesetz der Hubble-Konstante ist benannt nach dem US-amerikanischen Astronomen Edwin Hubble und gibt die aktuelle Ausbreitungsgeschwindigkeit des Universums an. Hubble veröffentlichte in den 1920er-Jahren die Distanz verschiedener Sternenbilder, welche weit außerhalb unserer Galaxie lagen. Später konnten diese Distanzen dazu beitragen, eine sogenannte Galaxienflucht zu beweisen und damit die Theorie des expandierenden Universums zu unterstreichen. Die Ausdehnungsrate konnte schließlich tatsächlich durch das Hubble-Teleskop ermittelt werden.

Hubble-Teleskop – Größe & Funktionsweise

Das Hubble-Teleskop umrundet die Erde in einer Entfernung von ungefähr 560 Kilometern Höhe. Es befindet sich damit in einer niedrigen Erdumlaufbahn, aber außerhalb der bildverzerrenden Erdatmosphäre.

Hubble-Teleskop – Größe

Da das Hubble-Teleskop auf der Erde gebaut wurde und mithilfe des Space Shuttles in die Erdumlaufbahn transportiert werden musste, war die Größe des Teleskops begrenzt. Das eigentliche Teleskop besitzt eine Länge von 13 Metern und einen Durchmesser von ca. 4,5 Metern. Teleskope in Observatorien sind normalerweise fast dreimal so groß, dennoch ist das Hubble-Teleskop deutlich leistungsstärker als die auf der Erde, da keine Unschärfe durch die Erdatmosphäre gegeben ist.

Hubble-Teleskop – Funktionsweise

Die Erdatmosphäre filtert zum Teil infrarote und ultraviolette Wellenlängen und macht diese für Teleskope auf der Erde nicht wahrnehmbar. Um sehr weit entfernte Objekte zu sehen, benötigt man allerdings genau diese Wellenlängen.

Im Hubble-Teleskop wurden daher verschiedene bildgebende Instrumente für unterschiedliche Wellenlängen verbaut. Das ACS oder auch "advanced camera for survey" ist das bildgebende Instrument für sichtbare Wellenlängen und große Teile des ultravioletten Spektrums. Das NICMOS, oder auch "near-infrared camera and multi-object spectograph" ist vor allem für die infraroten Wellenlängen nützlich.

Die Aufnahmegeräte an Bord des Hubble-Teleskops haben eine sehr hohe Auflösung. Das schärfste Bild, das von Hubble geschossen wurde, ist aus 54 Bildern zusammengesetzt und besitzt eine Auflösung von 664 Megapixeln, was eine Dateigröße von ca. 1,4 GB ergibt.

Für die Ausrichtung und Orientierung des Teleskops werden sogenannte Reaktionskontrollsysteme verwendet. Das sind Mini-Triebwerke, die einen geringen Antrieb haben. Durch sie kann das Teleskop in jede Richtung gedreht werden.

Generell ist das Hubble-Weltraumteleskop das zu seiner Zeit fortschrittlichste technologische Objekt und besaß ungefähr 3000 Sensoren, um die Funktion aller Geräte an Bord durchgängig überprüfen zu können und die nötigen Daten an die Erde zu senden. Nur so konnten bereits aufgetretene Fehler behoben werden.

Spiegel

Der Hauptspiegel ist das Herzstück des Teleskops. Um ein klares Bild zu bekommen, wird ein größtmöglicher Hauptspiegel benötigt. Dieser besitzt einen Durchmesser von 2,4 Metern. Das ist im Vergleich zu Teleskopen auf der Erde mit ca. 10 Metern Durchmesser klein. Der Vorteil des Hubble Teleskops ist allerdings, dass keine störende Atmosphäre das Bild unscharf macht, da es sich im Vakuum des Weltalls befindet.

Abbildung 2: Ungefährer Aufbau des Hubble-Teleskops

Das einfallende Licht wird vom runden Hauptspiegel auf einen kleineren Reflektor-Spiegel reflektiert, der wiederum das Licht auf die bildgebenden Geräte reflektiert.

Hubble-Teleskop – Entdeckungen

Das Hubble-Teleskop wurde für verschiedene Beobachtungen von Sternen, Planeten, Galaxien sowie weiteren Gestirnen verwendet und hat bis heute über 900.000 Bilder an die Erde gesendet. Forschende auf der ganzen Welt haben mithilfe des Hubble-Teleskops zahlreiche neue Entdeckungen gemacht.

Unter anderem konnte somit ein Wert für die Hubble-Konstante und damit die Geschwindigkeit der Expansion des Universums ermittelt werden. Das supermassive schwarze Loch im Zentrum der Milchstraße, Sagittarius A, wurde mithilfe des Hubble-Teleskops nachgewiesen. Die Entwicklung von Sternen und Supernovae (Explosion eines Sterns beim Tod) konnten detaillierter beobachtet werden.

Das berühmteste Bild von Hubble ist das sogenannte Hubble Deep Field Image.

Abbildung 3: Hubble Deep Field Quelle: nasa.gov

Auf den ersten Blick sieht das Bild unscheinbar aus. Es zeigt allerdings unzählige, weit entfernte Galaxien, die mehrere Milliarden Lichtjahre entfernt sind. Selbst die kleinen Punkte sind weit entfernte Galaxien. Einige dieser Galaxien sind fast 13 Milliarden Lichtjahre entfernt. Das bedeutet auch, dass das Licht dieser Galaxien 13 Milliarden Jahre unterwegs war und damit zeitlich relativ kurz nach dem Urknall ausgestrahlt worden ist. Damit können wir in die Vergangenheit schauen und die Entwicklung der Galaxien kurz nach dem Urknall beobachten.

Der bei diesem Bild fotografierte Bereich ist sogar nur so klein wie eine Nagelspitze, wenn man den Nagel auf Armlänge halten würde.

Hubble ist heute noch aktiv, allerdings gibt es seit 2021 ein neues Weltraumteleskop, das James-Webb-Space-Telescope, das aus technologischer Sicht noch fortschrittlicher ist und weitere Antworten auf die Fragen des Universums bieten soll.