Müssen Sie nur wegen Ihrer Sehschwäche die Arbeit aufgeben? Hubble, es stellt sich heraus, dass Sie eine solche Vergangenheit haben!

Vor 34 Jahren retteten Astronauten das Hubble-Weltraumteleskop

Astronauten ersetzen Hubbles Weitfeld- und Planetenkamera durch ihren Nachfolger WFPC2.

(Bildquelle: National Aeronautics and Space Administration (NASA))

Es ist 34 Jahre her, dass NASA-Astronauten in einer unglaublich waghalsigen Mission das Hubble-Weltraumteleskop retteten. Dies war möglicherweise die kühnste Mission, die Wissenschaftler damals je konzipiert hatten. Kurz gesagt: Als Hubble 1990 gestartet wurde, versagte sein optisches System, was zu verschwommenen Bildern führte. Glücklicherweise kann das Weltraumteleskop, das die Erde umkreist, von Astronauten physisch repariert werden. Ja, mitten auf der Strecke.

Doch selbst mit dieser Fähigkeit hätte vor dem Start von Hubble niemand wirklich damit gerechnet, dass das Teleskop so bald repariert werden müsste – und aus einem so dramatischen Grund.

Zu diesem Zeitpunkt hatten die Erdungsarbeiten am 2,4 Meter langen Riesenspiegel, dem Kern des optischen Hubble-Systems, gerade begonnen. Da es sich damals um das größte Teleskop handelte, das jemals in den Weltraum geschickt wurde, musste der Spiegel nach genauen Vorgaben poliert werden. Den Auftrag zur Durchführung dieser schwierigen Aufgabe erhielt ein Unternehmen namens Perkin-Elmer.

Drei Jahre lang haben Techniker an den Spiegelrohlingen gearbeitet. Sie haben geschliffen, gereinigt und natürlich gemessen. Sie wiederholten diese Aufgaben immer und immer wieder. Um das Licht weit entfernter Galaxien zu fokussieren, müssen die Spiegel mit einer Genauigkeit von 5 Mikrometern oder 0,005 Millimetern gekrümmt sein. Da eine derartige Präzision außerhalb des Bereichs des menschlichen Sehvermögens liegt, verwenden Techniker ein Lasergitter, um die Krümmung des Spiegels zu messen. Dieses Gitter wird durch ein Gerät aufrechterhalten, das als reflektierender Nullkorrektor bezeichnet wird. Dies ist eine andere Bezeichnung für einen Metallstab mit Endkappen und einem darin gebohrten Loch, durch das der Laser eindringen und von der blanken Metallplatte reflektiert werden kann.

Bis 1981 war der Spiegel fertig; Zwei Jahre später wurde es zusammen mit dem Rest des Teleskops zusammengebaut und war bereit für den Start an Bord eines Space Shuttle im Jahr 1986, doch dann kam es zu einer Tragödie. Die Challenger-Katastrophe im Januar desselben Jahres führte zu einer dreijährigen Aussetzung der Space-Shuttle-Starts, während der Unfall untersucht wurde. Hubble saß im Reinraum und wartete.

Am 24. April 1990 begann schließlich die Ära des Hubble. Unter dem Jubel des Missionskontrollzentrums und der Astronomen auf der ganzen Welt reiste er mit der Raumfähre Discovery ins All.

Dieser Jubel verwandelte sich jedoch schnell in Tränen. Innerhalb weniger Tage funktionierte Hubble und sendete Bilder zur Erde, aber irgendetwas stimmte nicht. Die Bilder waren verschwommen und ein Schauer lief durch die Agentur. Wurden 1,5 Milliarden Dollar für ein Teleskop mit Sehschwäche verschwendet?

Links ist ein Bild der Galaxie M100 zu sehen, das vom Hubble-Teleskop vor der Reparatur aufgenommen wurde. rechts ist das erste Bild zu sehen, das das Hubble-Teleskop nach der Reparatur aufgenommen hat. Die beiden Vergleichsbilder zeigen den Unterschied in der Klarheit. (Bildnachweis: NASA/ST SCI)

Nachfolgende Untersuchungen brachten die Wahrheit ans Licht: Es handelte sich um einen katastrophalen Fehler aus der Zeit, als das Teleskop stillgelegt wurde, und der wie eine tickende Zeitbombe versteckt worden war. Die Untersuchung ergab, dass an einem reflektierenden Nullpunktkorrektor ein Stück Farbe abgefallen war, das jedoch nicht entdeckt wurde. Dabei wurde eine Stelle aus blankem Metall sichtbar, von der der Laser reflektiert wurde, statt an der Stelle, wo er sein sollte. Mit anderen Worten: Der reflektierende Nullkorrektor weist eine Abweichung von 1,3 mm auf. Dies führte dazu, dass die Außenkante des Hauptspiegels des Hubble versehentlich auf die falschen Spezifikationen geschliffen wurde. Der Schliff war zu flach, lediglich zwei Mikrometer würden nicht ausreichen, um die Situation zu bewältigen. Das klingt vielleicht nicht nach einer großen Sache, aber dieser kleine Fehler hatte enorme Auswirkungen. Das Hubble-Teleskop wurde so konzipiert, dass es mindestens 70 % des einfallenden Lichts in einem kleinen Kreis bündelt. Aufgrund von Problemen mit seinen Spiegeln konnte es jedoch nur 15 % des Lichts bündeln. Alles andere verschwimmt. Diese Verzerrung wird als „sphärische Aberration“ bezeichnet.

Als all dies ans Licht kam, wurde die NASA zur Lachnummer der Öffentlichkeit. Talkshow-Moderatoren machten sich über die NASA lustig und Politiker verlangten Antworten von der NASA. Schließlich war die Lösung unglaublich einfach: Was konnten Optiker außer der Verschreibung von Brillen an ihre kurzsichtigen Patienten noch tun?

Das ist die Aufgabe der NASA.

Das optische System des Hubble ist ein Ricci-Chretien-Design, bei dem der Primärspiegel Licht auf einen kleineren Sekundärspiegel reflektiert, der nur 30 Zentimeter (12 Zoll) breit ist. Der Sekundärspiegel reflektiert Licht durch ein Loch in der Mitte des Primärspiegels zu einem Brennpunkt hinter dem Primärspiegel, wo sich die wissenschaftlichen Instrumente (d. h. der Spektrograph und die Kamera) befinden. Um Hubble zu reparieren, müsste etwas in den Lichtweg gebracht werden, bevor das Licht den Fokus erreicht, um die sphärische Aberration zu korrigieren. Dies sind die Gläser, und das Instrument heißt COSTAR, kurz für Corrected Optics Space Telescope Axial Replacement.

Also trainierte ein Team aus sieben mutigen Astronauten – Ken Bowersox, Dick Covey, Casey Thornton, Jeff Hoffman, Story Musgrave und Tom Akers von der NASA sowie Claude Nicolier von der NASA – monatelang in den Unterwasser-Auftriebstanks der NASA und übte fünf Weltraumspaziergänge. Der Weltraumspaziergang war notwendig, um COSTAR zu installieren und die ursprüngliche Wide Field and Planetary Camera (WFPC) durch eine neue, fortschrittlichere Kamera (WFPC2) zu ersetzen. Sie werden das defekte Gyroskop durch ein neues ersetzen. Der Weltraumspaziergang gilt als der bisher gefährlichste Weltraumspaziergang.

Am 2. Dezember 1993 starteten sieben Astronauten mit der Raumfähre Endeavour ins All mit der Mission, Hubble und die NASA zu retten. Wenn die NASA nicht einmal in der Lage war, das Hubble-Teleskop zu reparieren, wie sollte sie dann die Internationale Raumstation starten und zusammenbauen können, eine weitaus komplexere Aufgabe?

Das Hubble-Weltraumteleskop ist im Frachtraum der Raumfähre Endeavour angedockt. (Bildquelle: NASA)

Endeavour packte Hubble mit seinem Roboterarm und zog das umlaufende Observatorium in den offenen Frachtraum. Die heldenhaften Astronauten führten fünf Weltraumspaziergänge und Reparaturarbeiten fehlerfrei durch – und als Hubble das nächste Mal Bilder zur Erde übertrug, waren die Bilder perfekt.

Wie sich herausstellte, war die Mission zur Reparatur des Hubble nur die erste von vielen in den nächsten 16 Jahren, obwohl keine so wichtig oder dramatisch sein sollte wie die erste. Ironischerweise brauchte Hubble COSTAR auf lange Sicht nicht einmal: Bei nachfolgenden Wartungsmissionen wurden die älteren Kameras und Spektrographen durch neuere Modelle ersetzt, die in der Lage waren, die sphärische Aberration selbst zu korrigieren. Die letzte Wartungsmission wurde vor der Außerdienststellung des Space Shuttles im Jahr 2009 durchgeführt, bei der das Weltraumteleskop einer umfassenden Modernisierung unterzogen wurde.

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Auch wenn das James Webb-Weltraumteleskop (JWST) dem Hubble-Teleskop viel Aufmerksamkeit gestohlen hat, macht das erfahrene Weltraumobservatorium immer noch wichtige Entdeckungen. Kurz zuvor hatte Hubble Wetter- und Jahreszeitenwechsel auf Jupiter und Uranus beobachtet, entdeckt, dass Material, das von den Ringen des Saturns herabfällt, die Atmosphäre des Planeten aufheizt, Doppelquasare entdeckt, als das Universum gerade einmal drei Milliarden Jahre alt war, und die Größe des nächstgelegenen bekannten Transit-Exoplaneten mit dem 1,07-fachen Durchmesser der Erde gemessen.

Nichts davon wäre ohne die waghalsige Mission zur Rettung des zerstörten Teleskops möglich gewesen. Die Restaurierungsmission rettete den Ruf der NASA und sicherte das Vermächtnis des Hubble für die nächsten 34 Jahre, ein Vermächtnis, das ebenso tiefgreifend wie erstaunlich ist.

VON: Keith Cooper

Geschäftsjahr: 33

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