Weltraum-Auge mit Brille

„Da hatten wir es geschafft ein Fernrohr ins Weltall zu bringen – doch es konnte kaum sehen“. Jean Olivier, der frühere Chef-Ingenieur des Weltraumteleskops Hubble, erinnert sich mit Schaudern an den Moment, als zwei Monate nach dem Start das erste Bild auf den Monitoren der erwartungsvollen Forscher und Techniker erschien. „Das Fernrohr leidet an sphärischer Aberration“, diagnostizierte sofort ungläubig einer der Astronomen angesichts der unscharf abgebildeten Sterne. Auf gut deutsch: Das Teleskop war fehlsichtig.

Es ist die wohl peinlichste Panne in der Geschichte der amerikanischen Raumfahrtbehörde Nasa: Der 2,4 Meter große Hauptspiegel hatte nicht nur den falschen Schliff, der Fehler war durch ein ungeschicktes Verfahren auch noch allen Kontrollen entgangen. Zwei Milliarden Dollar hatte das Teleskop den Steuerzahler gekostet – und nun, so schien es, hing es nutzlos im Weltall herum.

Doch das Blatt sollte sich wenden – und aus dem Desaster wurde nicht nur ein Triumph für die Astronomie, sondern auch für die bemannte Raumfahrt. „Ich hatte die zweifelhafte Ehre, der Öffentlichkeit das Fiasko zu erklären“, so Edward Weiler, der damalige Chef-Wissenschaftler der Mission. „Doch zwei Stunden vor der Pressekonferenz präsentierte mir unser Bildexperte John Trauger zum Glück die rettende Lösung.“ Man könne Hubble eine Brille verpassen, erläuterte Trauger, um die Fehlsichtigkeit zu korrigieren.

„Ich versprach also auf der Pressekonferenz, dass wir den Fehler beheben könnten – aber natürlich glaubte uns das zunächst keiner“, so Weiler. Doch es funktionierte. Die „Brille“ besteht aus zwei kleinen Spiegeln, deren trickreicher Schliff den Fehler des Hauptspiegels exakt ausgleicht. Im Dezember 1993, dreieinhalb Jahre nach dem Start, installierte ein Team amerikanischer und europäischer Astronauten von der Raumfähre Endeavour aus das Korrektursystem. Fünf insgesamt 28,5 Stunden dauernde Weltraum-Spaziergänge waren dafür nötig. Wobei „Spaziergänge“ kaum das richtige Wort ist: In der Schwerelosigkeit handelte es sich um harte, mühevolle Arbeit für die Raumfahrer.

Eine Arbeit, die sich gelohnt hat. Schon die ersten Bilder nach der Reparatur zeigten: Hubbles Sehvermögen hatte endlich die angestrebte Schärfe erreicht. Zwar ist das Spiegelobjektiv des Fernrohrs klein im Vergleich zu den acht oder gar zehn Meter großen Riesenteleskopen moderner Sternwarten. Doch in einer Höhe von 560 Kilometern zieht das Teleskop seine Bahn außerhalb aller Störungen durch die irdische Atmosphäre und übertrifft mit seinem Auflösungsvermögen deshalb seine Geschwister am Erdboden um das Zehnfache: Noch aus einer Entfernung von drei Kilometern könnte man mit Hubble die Beschriftung auf einer Münze lesen.

Seit der erfolgreichen Reparatur reißen sich daher Astronomen in aller Welt darum, das Auge im All auf ferne Sterne und Galaxien zu richten, um deren Geheimnisse zu lüften. Über ein Million Bilder hat Hubble in 25 Jahren geliefert, Woche für Woche überträgt das Instrument 120 Gigabyte an wissenschaftlichen Daten zur Erde. In 12.800 Fachartikeln haben Wissenschaftler ihre mit Hubble gewonnenen Forschungsergebnisse präsentiert.

An zahlreichen epochalen Entdeckungen war das Weltraumteleskop beteiligt. So auch am Nachweis, dass der Kosmos sich nicht nur ausdehnt, sondern dass sich diese Expansion auch noch beschleunigt. Zuvor waren die Forscher davon ausgegangen, dass die Anziehungskraft der Materie die Expansion seit dem Urknall abbremst. Doch diese naive Vorstellung erwies sich als falsch.

Zur Vermessung des Universums verwenden Astronomen explodierende Sterne, Supernovae eines bestimmten Typs. Diese Sternexplosionen dienen den Forschern als „Standardkerzen“, Lichtquellen bekannter Helligkeit, mit deren Hilfe sich die Distanz zu fernen Galaxien bestimmen lässt. Die Beobachtung von Supernovae in mehreren Milliarden Lichtjahren Entfernung mit Hubble zeigte überraschend, dass diese schwächer leuchten als erwartet – also weiter entfernt sein müssen. Demnach muss der Kosmos sich rasanter ausdehnen, als angenommen. Eine geheimnisvolle „Dunkle Energie“ erfüllt, so folgerten die Forscher, den Weltraum und treibt diese beschleunigte Expansion an. Für diese Entdeckung erhielten Saul Perlmutter, Brian Schmidt und Adam Riess 2011 den Physik-Nobelpreis.

Eine wichtige Rolle spielte Hubble auch beim Nachweis gigantischer Schwarzer Löcher in den Zentren von Galaxien. Nahezu jedes Sternsystem enthält, so zeigen die Messungen mit dem Weltraum-Teleskop, ein solches Monster mit der millionen- oder gar milliardenfachen Masse unserer Sonne. Wenn Materie in diese Schwarzen Löcher hineinfällt, leuchten die Zentren der Galaxien hell auf und extrem energiereiche Materiestrahlen schießen Hunderttausende von Lichtjahren weit ins All hinaus.

Eine wachsende Bedeutung hat Hubble inzwischen außerdem für die Untersuchung von Planeten, die nicht unsere Sonne, sondern andere Sterne umkreisen. Nahezu 2000 solcher „Exoplaneten“ haben die Himmelsforscher innerhalb der vergangenen 20 Jahre aufgespürt. Mit der überragenden Sehschärfe von Hubble gelang es Astronomen im Jahr 2001 erstmals, sogar Informationen über die chemische Zusammensetzung der Atmosphären von solchen fernen Welten zu gewinnen. Und 2008 meldete ein Forscherteam erstmalig den Nachweis von Wasserdampf in der Lufthülle eines Exoplaneten.

Aber Hubble ist im Verlauf von 25 Jahren zu weit mehr geworden als nur einer herausragenden wissenschaftlichen Maschine. Als die „schillerndsten, schönsten Kunstwerke unsere Zeit“ bezeichnete der britische Kunstkritiker Jonathan Jones die von dem Weltraumteleskop gelieferten Aufnahmen, die ihren Weg sogar selbst in Kunsthallen und Museen in aller Welt fanden. Hubble-Bilder zieren Buch-Umschläge und CD-Cover, sie inspirierten die Komponistin Paola Prestini zu einer „Hubble Cantata“.

Multimedia-Präsentationen der Hubble-Ergebnisse haben neue Standards gesetzt und laufen mit großem Erfolg in wissenschaftlichen Bildungszentren überall auf der Welt. So ist Hubble sowohl im Bereich Öffentlichkeitsarbeit, als auch im Umgang mit wissenschaftlichen Daten zu einem Vorbild für andere Forschungseinrichtungen geworden. „Erstmals wurden bei einem solchen Projekt die gewaltigen Datenmengen von Anfang an rigoros archiviert und zeitnah allen interessierten Wissenschaftlern zugänglich gemacht“, erläutert Mario Livio vom Space Telescope Science Institute. Inzwischen, so der Astronom weiter, werde sogar mehr mit Archivdaten als mit neuen Beobachtungsdaten geforscht.

Entscheidend für den andauernden Erfolg des Weltraumteleskops war aber noch etwas Anderes: Hubble war von Anfang an als Instrument geplant, das im Orbit von Astronauten gewartet werden kann. Ohne den dafür nötigen modularen Aufbau des Geräts wäre bereits die Reparatur nicht möglich gewesen. Und bei vier weiteren Service-Missionen haben Astronauten das Teleskop nicht nur immer wieder instand gesetzt, sondern geradezu neu erfunden. „Ohne diese Missionen würde Hubble heute vermutlich nicht mehr funktionieren“, sagt Livio, „und wenn doch, dann mit der Technik der 1970er Jahre!“

So hatte Hubble ursprünglich noch Magnetband-Kassetten als Speichermedien an Bord - die von Raumfahrern später gegen moderne Festspeicher ausgetauscht wurden. Die Astronauten erneuerten außerdem die Solarzellen und installierten neue Kameras und Zusatzgeräte wie Spektrographen, die auf dem neuesten Stand der Technik sind. Ursprünglich sollte Hubble lediglich bis 2010 in Betrieb bleiben, doch nicht zuletzt dank dieser Aufrüstungen liefert das Teleskop immer noch wertvolle wissenschaftliche Daten – und ein Ende ist nicht abzusehen.

Zwar plant die Nasa seit 1996 in Zusammenarbeit mit der europäischen und der kanadischen Weltraumbehörde ein Nachfolgeinstrument. Doch die Entwicklung des mit einem 6,5 Meter großen Spiegel ausgestatteten „James Webb Space Telescopes“ JWST hat sich auf Grund technischer und finanzieller Probleme immer wieder verzögert. Kostenüberschreitungen führten 2011 sogar fast zur Streichung des knapp neun Milliarden Dollar teuren Projekts durch das US-Repräsentantenhaus.

Inzwischen ist das Fernrohr fast fertig gestellt, der Start ist für Oktober 2018 mit einer europäischen Ariane-5-Rakete vorgesehen. Im Gegensatz zu Hubble ist das JWST ein Infrarot-Teleskop. Die langwellige Strahlung eignet sich besonders gut, um die Entstehung von Sternen, Planeten und Galaxien zu untersuchen. Allerdings hat die Konzentration auf diesen Bereich ihren Preis: Infrarotes Licht ist Wärmestrahlung, deshalb stört die Wärme von Sonne, Erde und Mond bei den Beobachtungen.

Das JWST soll deshalb nicht wie Hubble um die Erde kreisen, sondern eine Position 1,5 Millionen Kilometer auf der sonnenabgewandten Seite von der Erde entfernt einnehmen. Die gemeinsame Anziehungskraft von Sonne und Erde gleicht hier gerade die Fliehkraft der Bahnbewegung aus, so dass das Teleskop – bis auf kleinere Korrekturen – seine Bahn antriebslos ziehen kann. Doch so weit von der Erde entfernt ist es für Astronauten – derzeit jedenfalls – unerreichbar. Eine Wartung durch Raumfahrer ist daher gar nicht erst vorgesehen. Und eine Reparatur auch nicht. „Deshalb durchläuft das Instrument eine unglaubliche Zahl peinlich genauer Tests“, erläutert Livio. Denn diesmal ließe sich eine Fehlsichtigkeit nicht im Nachhinein korrigieren.

Bildquelle: Nasa/Esa

Autor: Rainer KayserE-Mail: Diese E-Mail-Adresse ist vor Spambots geschützt! Zur Anzeige muss JavaScript eingeschaltet sein!