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Das Auge im All

01. Juni 2015 - Julian Weber
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Elf Tonnen schwer, 13 Meter lang, vier Meter breit und seit 25 Jahren im Einsatz. Das Hubble-Weltraumteleskop bestimmt seit Jahrzehnten wie wir das Weltall wahrnehmen. Beeindruckende Bilder, strahlend bunt, detailreich und faszinierend. Fast eine Million Beobachtungen hat das Teleskop in seiner bisherigen Einsatzzeit gemacht, dabei sind über eine halbe Million Aufnahmen entstanden.

Die Geschichte des Hubble Weltraumteleskops beginnt bereits in den 60er Jahren. Im Wettstreit um die Vorherrschaft im Weltraum planten die Amerikaner das damals noch „Large Space Telescope“ genannte Projekt und prognostizierten den Start für Anfang der 80er Jahre. Produktionstechnische Schwierigkeiten und die Explosion des Spaceshuttles Challanger verzögerten den Start der Mission bis in den April 1990. Nachdem Hubble Ende April in seiner Umlaufbahn angekommen und wenige Wochen später vollständig einsatzfähig war, folgte zunächst eine große Enttäuschung. Ein falsch kalibriertes Instrument hatte beim Schliff des 2,5 Meter durchmessenden Hauptspiegels eine wenige Nanometer große Abweichung in den Spiegel geschliffen. Diese führte dazu, dass die ersten Bilder von Hubble deutlich schlechter waren als geplant.

Drei Jahre später im Dezember 1993 wurde bei der ersten Reparaturmission der Fehler des Hauptspiegels mit einem speziellen Linsenelement in einem der fünf für austauschbare Instrumente vorgesehenen Buchten des Teleskopes ausgeglichen. Ab diesem Zeitpunkt lieferte Hubble nun endlich die Qualität, die uns heute fasziniert. Später eingesetzte wissenschaftliche Instrumente rechneten den Fehler des Hauptspiegels selbstständig heraus.
Die ersten Bilder, die Hubble zur Erde funkte, waren von enttäuschender Qualität (links). Erst nachdem 1993 die erste Wartungsmission mit einem Space Shuttle ein den Fehler ausgleichendes Linsenelement eingebaut hatte, entsprach die Bildqualität den Erwartungen (rechts). Foto: NASA

Erst 2009 wurde das letzte Instrument entfernt, das noch auf das zusätzliche Linsenelement angewiesen war. Erst seit dem können wieder alle fünf Buchten des Teleskops für Instrumente genutzt werden. Leider war die Shuttle-Mission 2009 auch die letzte, die das Hubble Weltraumteleskop aufgesucht hat. Nach Einstellung des amerikanischen Shuttle-Programms 2011 wird Hubble in den nächsten Jahren immer weiter an Höhe verlieren und voraussichtlich 2024 in die Atmosphäre eintauchen und verglühen.
Das Hubble-Teleskop benötigt regelmäßig Hilfe von einem Shuttle, um seine Umlaufbahn zu halten und nicht zu weit abzusinken. Nach der Einstellung der Shuttle-Missionen wird das Teleskop wahrscheinlich im Jahr 2024 in die Atmosphäre eintreten und verglühen. Das Bild zeigt die Astronauten Astronauts Steven L. Smith und John M. Grunsfeld bei einer Außenmission. Foto: NASA/ESA

Sind die Aufnahmen, die mit Hubble erstellt werden, akkurate Fotografien? Würden wir Gasnebel, Sterne und schwarze Löcher so wahrnehmen, wie die Bilder vom Hubble sie uns zeigen? Die Antwort ist ein klares „Nein, aber…“.

Unsere Augen würden das Licht der Sterne, Galaxien und Gasnebel nicht in Farbbestandteilen erkennen können, da ihre Leuchtkraft schlicht zu schwach ist. In unseren Augen werden schon bei der extremen Vergrößerung durch ein Teleskop nur noch die Bereiche angesprochen, die für die Verarbeitung von sehr geringen Lichtimpulsen ausgelegt sind. Diese Bereiche sind jedoch nicht mehr fähig Farbe zu erkennen.

Auch Hubble selbst sieht keine Farben. Die strahlend bunten Aufnahmen entstehen in der Nachbearbeitung. Dabei legen Wissenschaftler Graustufenaufnahmen, die in Hubble durch verschiedene spezielle Farbfilter erstellt wurden, übereinander. Wo möglich werden die Aufnahmen dabei entsprechend der verwendeten Filtern in rot, grün und blau eingefärbt. Dabei müssen die dargestellten Farben jedoch nicht unbedingt immer denen von sichtbarem Licht entsprechen, denn Hubbles Filter sind auch auf Wellenlängen spezialisiert, die deutlich vor und hinter dem sichtbaren Lichtspektrum liegen. Allerdings, darauf legen die Wissenschaftler wert, sind die relativen Unterschiede in den Wellenlängen in ihren Abbildungen stets korrekt dargestellt.

Nach der grundsätzlichen Entscheidung welche Wellenlängen in wahrnehmbare Farben dargestellt werden sollen, werden die Einzelbilder in Photoshop entsprechend gefärbt, Tonwerte und Kontraste werden angepasst, bis das Bild die entsprechende wissenschaftliche Geschichte erzählt. Unsere Sicht des Weltraums ist also eine Mischung aus wissenschaftlicher Abbildung und künstlerischer Interpretation.

Nachfolger des Hubble Weltraumteleskopes wird das James Webb Weltraumteleskop werden. Das Teleskop soll 2018 gestartet werden und besitzt einen Hauptspiegel mit 6,5 Metern Durchmesser. Am James Webb Weltraumteleskop wird seit 1996 geplant.
Der Carinanebel liegt in ungefähr 7.500 Lichtjahren Entfernung im Sternenbild Kiel des Schiffes. Das Bild ist eine Komposition aus insgesamt 48 Aufnahmen, die mit Hubbles "Advanced Camera for Surveys" aufgenommen wurden. Rot entspricht im Bild Schwefel, Grün Wasserstoff und Blau Sauerstoff. Das Bild besitzt im Original eine Auflösung von über 400 Megapixel. Die nächsten zwei Aufnahmen zeigen Detailstrukturen des Nebels. Foto: NASAESA, N. Smith (University of California, Berkeley), and The Hubble Heritage Team (AURA/STScI)
Der Schlüssellochnebel ist eine kleinere Struktur innerhalb des Carinanebels. Die etwa 8.000 Lichtjahre von der Erde entfernte Struktur wurde mit Hubbles Wide Field Planetary Camera 2 fotografiert. Dabei kamen sechs verschiedene Farbfilter zum Einsatz. Foto: NASA/ESA, The Hubble Heritage Team (AURA/STScI)
Drei Lichtjahre hoch ist diese Struktur innerhalb des Carinanebels. Hubbles Wide Field Camera 3 nahm dieses Bild vom 1.-2. Februar 2010 auf. Die Farben des zusammengesetzten Bildes entsprechen Sauerstoff (Blau), Wasserstoff und Stickstoff (Grün) und Schwefel (Rot). FotoNASA/ESA, M. Livio and the Hubble 20th Anniversary Team (STScI)
Der Ringnebel Messier 57 sieht aus Sicht des Hubble-Teleskops aus wie ein eine Elipse mit wackeliger Grenze. Neueste Berechnungen, die Hubble-Daten mit Daten von Observatorien auf der Erdoberfläche verglichen, ergaben jedoch, dass die Form deutlich runder ist als es zunächst schien. Foto: NASAESA, and C. Robert O’Dell (Vanderbilt University).
Das Bild des Stundenglasnebels MyCn18, etwa 8.000 Lichtjahre von der Erde entfernt, wurde mit Hubbles Wide Field and Planetary Camera 2 aufgenommen. Das Bild wurde aus drei separaten Aufnahmen erstellt. Dabei repräsentiert Rot ionisierten Stickstoff, Grün Wasserstoff und Blau doppeltionisierten Sauerstoff. Foto: Raghvendra Sahai and John Trauger (JPL), the WFPC2 science team, and NASA/ESA

  • Weitere Informationen zum Hubble-Teleskop finden sich auf der Seite der NASA (englischsprachig) und ESA (englischsprachig).
  • Ausführliche Artikel zur Geschichte und Technik des Teleskops finden sich in der deutschen Wikipedia.
  • Der Astronom Florian Freistetter beschreibt die Geschichte hin zu Hubble und gibt Literaturempfehlungen.
  • Ein ausführlicher (ebenfalls englischsprachiger Artikel) über die Bearbeitung der Aufnahmen des Hubble-Teleskopes findet sich hier.
  • Im Taschen-Verlag erschien zum Jubiläum des Hubble-Starts ein Bildband unter dem Titel Expanding Universe.