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Größte Weltraumteleskope. Teleskope im Weltraum Warum werden Teleskope ins All gebracht?

Wo kann man die Sterne sehen?

Eine völlig berechtigte Frage: Warum sollten Teleskope im Weltraum platziert werden? Alles ist ganz einfach – vom Weltraum aus kann man besser sehen. Um das Universum zu erforschen, benötigen wir heute Teleskope mit einer Auflösung, die auf der Erde nicht zu erreichen ist. Aus diesem Grund werden Teleskope ins All geschossen.

Verschiedene Arten des Sehens

Alle diese Geräte haben unterschiedliche „Visionen“. Einige Arten von Teleskopen untersuchen Weltraumobjekte im Infrarot- und Ultraviolettbereich, andere im Röntgenbereich. Dies ist der Grund für die Schaffung immer fortschrittlicherer Weltraumsysteme zur tiefgreifenden Erforschung des Universums.

Hubble-Weltraumteleskop

Hubble-Weltraumteleskop (HST)
Das Hubble-Teleskop ist ein komplettes Weltraumobservatorium im erdnahen Orbit. Die NASA und die Europäische Weltraumorganisation arbeiteten an seiner Entstehung. Das Teleskop wurde 1990 in die Umlaufbahn gebracht und ist heute das größte optische Gerät zur Beobachtung im nahen Infrarot- und Ultraviolettbereich.

Während seiner Arbeit im Orbit schickte Hubble mehr als 700.000 Bilder von 22.000 verschiedenen Himmelsobjekten – Planeten, Sterne, Galaxien, Nebel. Tausende Astronomen nutzten es, um Prozesse im Universum zu beobachten. So wurden mit Hilfe von Hubble viele protoplanetare Formationen um Sterne entdeckt, einzigartige Fotografien von Phänomenen wie Polarlichtern auf Jupiter, Saturn und anderen Planeten sowie viele andere unschätzbare Informationen gewonnen.

Chandra-Röntgenobservatorium

Chandra-Röntgenobservatorium
Das Chandra-Weltraumteleskop wurde am 23. Juli 1999 ins All geschossen. Seine Hauptaufgabe besteht darin, Röntgenstrahlen zu beobachten, die aus Regionen mit sehr hoher Energie im Weltraum ausgehen. Solche Forschungen sind von großer Bedeutung für das Verständnis der Entwicklung des Universums sowie für die Erforschung der Natur der Dunklen Energie – eines der größten Geheimnisse der modernen Wissenschaft. Bisher wurden Dutzende Geräte zur Forschung im Röntgenbereich ins All gebracht, dennoch bleibt Chandra das leistungsstärkste und effektivste in diesem Bereich.

Spitzer Das Spitzer-Weltraumteleskop wurde am 25. August 2003 von der NASA gestartet. Seine Aufgabe ist es, den Kosmos im Infrarotbereich zu beobachten, in dem man abkühlende Sterne und riesige Molekülwolken sehen kann. Die Erdatmosphäre absorbiert Infrarotstrahlung, wodurch es nahezu unmöglich ist, solche Weltraumobjekte von der Erde aus zu beobachten.

Kepler Das Kepler-Teleskop wurde am 6. März 2009 von der NASA gestartet. Sein besonderer Zweck ist die Suche nach Exoplaneten. Die Mission des Teleskops besteht darin, die Helligkeit von mehr als 100.000 Sternen 3,5 Jahre lang zu überwachen. Dabei muss es die Anzahl erdähnlicher Planeten bestimmen, die sich in einer Entfernung befinden, die für die Entstehung von Leben von ihren Sonnen geeignet ist. Verfassen Sie eine detaillierte Beschreibung dieser Planeten und der Formen ihrer Umlaufbahnen, studieren Sie die Eigenschaften von Sternen mit Planetensystemen und vieles mehr. Bis heute hat Kepler bereits fünf Sternensysteme und Hunderte neuer Planeten identifiziert, von denen 140 erdähnliche Eigenschaften aufweisen.

James Webb-Weltraumteleskop

James Webb-Weltraumteleskop (JWST)
Es wird angenommen, dass das JWST-Weltraumteleskop seinen Platz einnehmen wird, wenn Hubble das Ende seiner Lebensdauer erreicht. Es wird mit einem riesigen Spiegel mit einem Durchmesser von 6,5 m ausgestattet sein. Ziel ist es, die ersten Sterne und Galaxien zu entdecken, die durch den Urknall entstanden sind.
Und es ist sogar schwer vorstellbar, was er im Weltraum sehen wird und welche Auswirkungen es auf unser Leben haben wird.

„Wir haben einen unabhängigen Flug gestartet. Es bestehen enge Kontakte zu Messstellen in den Medvezhye-Seen und in Ussurijsk. Die Sonnenkollektoren öffneten sich, fanden die Sonne, nahmen eine stabilisierte Position ein und haben eine positive Energiebilanz“... So begann der Leiter der nach NGO benannten NPO mit der Presse zu kommunizieren. Lavochkin Viktor Hartov am 18. Juli, kurz nach dem Start von RadioAstron. Danach war klar: Der Start war erfolgreich und diese freudige Nachricht trieb vielen Astronomieliebhabern fast Tränen in die Augen.

Seit fast einem Vierteljahrhundert, also mehr als zwanzig Jahren, hat Russland keine astronomischen Instrumente ins All geschossen!

Die Geschichte von Radioastron reicht ein halbes Jahrhundert zurück. Die Idee, ein Radioteleskop ins All zu schicken, stammt vom herausragenden Radioastronomen, Schüler von I. S. Shklovsky, Nikolai Semenovich Kardashev. Zunächst schlug er vor, eine riesige aufblasbare Antenne zu bauen, doch als das Projekt den offiziellen Status erhielt (dies geschah in den 80er Jahren), war die Größe des Teleskops erheblich zurückgegangen. In den 90er Jahren wurde das Projekt tatsächlich eingefroren, im letzten Jahrzehnt wurde der Start trotz erhöhter Finanzierung immer wieder verschoben. Und jetzt ist Radioastron im Orbit!

Allerdings ist es noch zu früh, sich zu freuen, denn heute, am 22. Juli, soll die Antenne des Radioteleskops geöffnet werden. Anschließend wird RadioAstron den Mond zur Kalibrierung beobachten. Anschließend werden die Lagekontrollsysteme kalibriert. Dies geschieht durch die Messung einer der hellen Radiowellenquellen. In der Regel läuft das Gerät im Testbetrieb zwei bis drei Monate. Und erst dann beginnt er mit wissenschaftlichen Beobachtungen.

Hier könnte sich die Frage stellen: Warum ein Radioteleskop ins All schicken, wenn das Instrument dadurch keine Vorteile gegenüber seinen bodengestützten Gegenstücken hat, wie es beispielsweise bei optischen Teleskopen der Fall ist? Die Antwort ist einfach: Es steckt alles in der Basis. Radioastron ist ein Teleskop, das für den Einsatz mit bodengestützten Radioteleskopen konzipiert ist. Zusammen werden sie eine superlange Basis bilden, etwa 30-mal größer als die derzeit existierenden, begrenzt durch den Erddurchmesser. Das bedeutet, dass wir mit Hilfe von RadioAstron das Universum mit einer Winkelauflösung von einem Millionstel einer Bogensekunde erforschen können!

Dies wird es ermöglichen, die Natur der Energiequelle in den Kernen aktiver Galaxien im Detail zu untersuchen, die Entwicklung kompakter extragalaktischer Radioemissionsquellen zu untersuchen, neue Daten über Pulsare, Mikroquasare und Radiosterne zu erhalten und schließlich eine bedeutende Aussage zu treffen Beitrag zur grundlegenden Astrometrie. Mit einem Wort, auch heute noch, ein halbes Jahrhundert nach der ersten Idee eines Weltraumradioteleskops, ist Radioastron ein einzigartiges Instrument, das auf der Welt seinesgleichen sucht.

Was für ein Segen, dass das Team in den turbulenten 90er-Jahren nicht davonlief und in den schwierigen 2000er-Jahren weiterarbeitete. Und wie toll ist es, dass Radioastron doch gestartet ist! Jetzt – der nächste Schritt. Lass uns dreimal spucken und warten, bis sich die Antenne öffnet. Und dann schaut man hin, und die ersten wissenschaftlichen Ergebnisse werden eintreffen. Wir brauchen sie wirklich, insbesondere die jüngere Generation unserer Wissenschaftler.

18. Juli 2011. Kosmodrom Baikonur. Die Zenit-Rakete mit der Fregat-Oberstufe bringt das Radioteleskop Spektr-R oder Radioastron in die Umlaufbahn

Im Zusammenhang mit dem erfolgreichen Start nimmt der Akademiker N. S. Kardashev Glückwünsche entgegen. Foto: Vladimir A. Samodurov

In der Zeitung wurde ein interessanter Artikel über den Start von Radioastron veröffentlicht

Es gibt einen solchen Mechanismus – ein Teleskop. Wofür ist das? Welche Funktionen erfüllt es? Wobei hilft es?

allgemeine Informationen

Sternbeobachtung ist seit der Antike eine faszinierende Aktivität. Es war nicht nur ein angenehmer, sondern auch nützlicher Zeitvertreib. Ursprünglich konnte der Mensch die Sterne nur mit eigenen Augen beobachten. In solchen Fällen waren die Sterne nur Punkte am Firmament. Doch im 17. Jahrhundert wurde das Teleskop erfunden. Wofür wurde es benötigt und warum wird es jetzt verwendet? Bei klarem Wetter können Sie damit Tausende von Sternen beobachten, den Mond genau untersuchen oder einfach die Tiefen des Weltraums beobachten. Aber nehmen wir an, jemand interessiert sich für Astronomie. Das Teleskop wird ihm helfen, Zehntausende, Hunderttausende oder sogar Millionen Sterne zu beobachten. In diesem Fall kommt es auf die Leistung des verwendeten Geräts an. So bieten Amateurteleskope eine mehrhundertfache Vergrößerung. Wenn wir über wissenschaftliche Instrumente sprechen, können sie tausende und millionenfach besser sehen als wir.

Arten von Teleskopen

Herkömmlicherweise lassen sich zwei Gruppen unterscheiden:

Amateurgeräte. Dazu zählen Teleskope, deren Vergrößerungsleistung maximal mehrere Hundertfache beträgt. Allerdings gibt es auch relativ schwache Geräte. Für die Himmelsbeobachtung können Sie also sogar preisgünstige Modelle mit hundertfacher Vergrößerung kaufen. Wenn Sie sich ein solches Gerät kaufen möchten, dann informieren Sie sich über das Teleskop – der Preis dafür beginnt bei 5.000 Rubel. Daher kann sich fast jeder ein Astronomiestudium leisten.
Professionelle wissenschaftliche Instrumente. Es gibt eine Unterteilung in zwei Untergruppen: optische und Radarteleskope. Leider verfügen erstere über eine gewisse, eher bescheidene Leistungsreserve. Zudem beginnt ab Erreichen der Schwelle der 250-fachen Vergrößerung die Bildqualität aufgrund der Atmosphäre stark abzufallen. Ein Beispiel ist das berühmte Hubble-Teleskop. Es kann klare Bilder mit einer 5.000-fachen Vergrößerung übertragen. Wenn wir die Qualität vernachlässigen, kann die Sichtbarkeit um 24.000 verbessert werden! Aber das wahre Wunder ist das Radarteleskop. Wofür ist das? Wissenschaftler nutzen es, um die Galaxie und sogar das Universum zu beobachten und mehr über neue Sterne, Sternbilder, Nebel und anderes zu erfahren

Was gibt ein Teleskop einem Menschen?

Es ist eine Eintrittskarte in eine wahrhaft fantastische Welt mit unerforschten Sternentiefen. Selbst mit preisgünstigen Amateurteleskopen können Sie wissenschaftliche Entdeckungen machen (auch wenn diese zuvor von einem professionellen Astronomen gemacht wurden). Obwohl ein gewöhnlicher Mensch viel tun kann. War dem Leser also bewusst, dass die meisten Kometen von Amateuren und nicht von Profis entdeckt wurden? Manche Menschen machen eine Entdeckung nicht nur einmal, sondern mehrmals und benennen die gefundenen Objekte nach Belieben. Aber selbst wenn nichts Neues gefunden wurde, kann sich jeder Mensch mit einem Teleskop den Tiefen des Universums viel näher fühlen. Mit seiner Hilfe können Sie die Schönheiten anderer Planeten im Sonnensystem bewundern.

Wenn wir über unseren Satelliten sprechen, wird es möglich sein, die Topographie seiner Oberfläche sorgfältig zu untersuchen, die lebendiger, voluminöser und detaillierter sein wird. Neben dem Mond können Sie auch Saturn, die Polkappe des Mars, bewundern und davon träumen, wie darauf Apfelbäume wachsen werden, sowie die wunderschöne Venus und den von der Sonne verbrannten Merkur. Das ist wirklich ein erstaunlicher Anblick! Mit einem mehr oder weniger leistungsstarken Instrument wird es möglich sein, variable und doppelt massereiche Feuerbälle, Nebel und sogar nahegelegene Galaxien zu beobachten. Um Letzteres zu erkennen, sind allerdings noch bestimmte Fähigkeiten erforderlich. Daher müssen Sie nicht nur Teleskope, sondern auch Lehrliteratur kaufen.

Der treue Assistent des Teleskops

Zusätzlich zu diesem Gerät wird sein Besitzer ein weiteres nützliches Werkzeug zur Weltraumerkundung finden – eine Sternenkarte. Dabei handelt es sich um einen zuverlässigen und zuverlässigen Spickzettel, der die Suche nach den gewünschten Objekten unterstützt und erleichtert. Bisher wurden hierfür Papierkarten verwendet. Doch nun wurden sie erfolgreich durch elektronische Optionen ersetzt. Sie sind viel bequemer zu verwenden als gedruckte Karten. Darüber hinaus entwickelt sich dieser Bereich aktiv weiter, sodass selbst ein virtuelles Planetarium dem Besitzer eines Teleskops eine erhebliche Hilfe sein kann. Dank ihnen wird das gewünschte Bild bei der ersten Anfrage schnell präsentiert. Zu den zusätzlichen Funktionen einer solchen Software gehört sogar die Bereitstellung nützlicher unterstützender Informationen.

Also haben wir herausgefunden, was ein Teleskop ist, wofür es benötigt wird und welche Fähigkeiten es bietet.

Wie sind Teleskope entstanden?

Das erste Teleskop erschien zu Beginn des 17. Jahrhunderts: Mehrere Erfinder erfanden gleichzeitig Teleskope. Diese Röhren basierten auf den Eigenschaften einer konvexen Linse (oder, wie es auch genannt wird, ein konkaver Spiegel), fungiert als Linse im Tubus: Die Linse bündelt die Lichtstrahlen und es entsteht ein vergrößertes Bild, das durch ein Okular am anderen Ende des Tubus betrachtet werden kann. Ein wichtiges Datum für Teleskope ist der 7. Januar 1610; Dann richtete der Italiener Galileo Galilei erstmals ein Teleskop in den Himmel – und verwandelte es so in ein Teleskop. Galileos Teleskop war sehr klein, etwas mehr als einen Meter lang, und der Linsendurchmesser betrug 53 mm. Seitdem sind die Teleskope immer größer geworden. Im 20. Jahrhundert begann man mit dem Bau wirklich großer Teleskope in Observatorien. Das größte optische Teleskop ist heute das Grand Canary Telescope im Observatorium auf den Kanarischen Inseln, dessen Linsendurchmesser bis zu 10 m beträgt.

Sind alle Teleskope gleich?

Nein. Der Haupttyp von Teleskopen ist optischer Natur. Sie verwenden entweder eine Linse, einen Hohlspiegel oder eine Reihe von Spiegeln oder einen Spiegel und eine Linse zusammen. Alle diese Teleskope arbeiten mit sichtbarem Licht – das heißt, sie betrachten Planeten, Sterne und Galaxien auf die gleiche Weise, wie ein sehr scharfes menschliches Auge sie betrachten würde. Alle Objekte auf der Welt haben Strahlung und sichtbares Licht macht nur einen kleinen Bruchteil des Spektrums dieser Strahlungen aus. Den Weltraum nur dadurch zu betrachten, ist noch schlimmer, als die Welt um sich herum in Schwarzweiß zu sehen; Auf diese Weise gehen uns viele Informationen verloren. Daher gibt es Teleskope, die nach unterschiedlichen Prinzipien funktionieren: zum Beispiel Radioteleskope, die Radiowellen einfangen, oder Teleskope, die Gammastrahlen einfangen – sie dienen der Beobachtung der heißesten Objekte im Weltraum. Es gibt auch Ultraviolett- und Infrarot-Teleskope, sie eignen sich gut für die Entdeckung neuer Planeten außerhalb des Sonnensystems: Im sichtbaren Licht heller Sterne ist es unmöglich, winzige Planeten zu sehen, die sie umkreisen, aber im ultravioletten und infraroten Licht ist dies viel einfacher.

Warum brauchen wir überhaupt Teleskope?

Gute Frage! Ich hätte es früher fragen sollen. Wir schicken Geräte in den Weltraum und sogar zu anderen Planeten, sammeln Informationen über sie, aber im Großen und Ganzen ist die Astronomie eine einzigartige Wissenschaft, weil sie Objekte untersucht, zu denen sie keinen direkten Zugang hat. Ein Teleskop ist das beste Werkzeug, um Informationen über den Weltraum zu erhalten. Er sieht Wellen, die für das menschliche Auge unzugänglich sind, kleinste Details und zeichnet auch seine Beobachtungen auf – mit Hilfe dieser Aufzeichnungen kann man dann Veränderungen am Himmel erkennen.

Dank moderner Teleskope verstehen wir Sterne, Planeten und Galaxien gut und können sogar hypothetische Teilchen und Wellen entdecken, die der Wissenschaft bisher unbekannt waren: zum Beispiel dunkle Materie (das sind die mysteriösen Teilchen, die 73 % des Universums ausmachen) oder Gravitationswellen (Sie versuchen, sie mithilfe des LIGO-Observatoriums zu entdecken, das aus zwei Observatorien besteht, die 3000 km voneinander entfernt liegen.) Für diese Zwecke ist es am besten, Teleskope wie alle anderen Geräte zu behandeln – sie in den Weltraum zu schicken.

Warum Teleskope ins All schicken?

Die Erdoberfläche ist nicht der beste Ort für die Beobachtung des Weltraums. Unser Planet verursacht viele Störungen. Erstens wirkt die Luft in der Atmosphäre eines Planeten wie eine Linse: Sie beugt das Licht von Himmelsobjekten auf zufällige, unvorhersehbare Weise – und verzerrt die Art und Weise, wie wir sie sehen. Darüber hinaus absorbiert die Atmosphäre viele Arten von Strahlung: zum Beispiel Infrarot- und Ultraviolettwellen. Um diese Störung zu umgehen, werden Teleskope ins All geschickt. Das ist zwar sehr teuer und wird daher selten gemacht: Im Laufe der Geschichte haben wir etwa 100 Teleskope unterschiedlicher Größe ins All geschickt – tatsächlich reicht das nicht aus, selbst große optische Teleskope auf der Erde sind um ein Vielfaches größer. Das berühmteste Weltraumteleskop ist das Hubble-Teleskop, und das James-Webb-Teleskop, dessen Start für 2018 geplant ist, wird so etwas wie ein Nachfolger sein.

Wie teuer ist das?

Ein leistungsstarkes Weltraumteleskop ist sehr teuer. Letzte Woche jährte sich der Start von Hubble, dem berühmtesten Weltraumteleskop der Welt, zum 25. Mal. Im gesamten Zeitraum wurden dafür etwa 10 Milliarden US-Dollar bereitgestellt; Ein Teil dieses Geldes ist für Reparaturen bestimmt, da Hubble regelmäßig repariert werden musste (Sie haben damit 2009 aufgehört, aber das Teleskop funktioniert immer noch). Kurz nach dem Start des Teleskops passierte etwas Dummes: Die ersten Bilder, die es machte, waren von viel schlechterer Qualität als erwartet. Es stellte sich heraus, dass der Hubble-Spiegel aufgrund eines kleinen Fehlers in den Berechnungen nicht gerade genug war und ein ganzes Team von Astronauten geschickt werden musste, um das Problem zu beheben. Es kostete etwa 8 Millionen US-Dollar. Der Preis des James-Webb-Teleskops kann sich ändern und wird wahrscheinlich kurz vor dem Start steigen, aber bisher sind es etwa 8 Milliarden US-Dollar – und es ist jeden Cent wert.

Was ist das Besondere?
am James Webb Telescope?

Es wird das beeindruckendste Teleskop der Menschheitsgeschichte sein. Das Projekt wurde bereits Mitte der 90er Jahre konzipiert und nähert sich nun endlich seiner Endphase. Das Teleskop wird 1,5 Millionen Kilometer von der Erde entfernt fliegen und in eine Umlaufbahn um die Sonne eintreten, bzw. zum zweiten Lagrange-Punkt von Sonne und Erde – dies ist der Ort, an dem die Gravitationskräfte zweier Objekte und damit des dritten Objekts ausgeglichen sind (in diesem Fall ein Teleskop) kann bewegungslos bleiben. Das James-Webb-Teleskop ist zu groß, um in eine Rakete zu passen, daher fliegt es gefaltet und öffnet sich im Weltraum wie eine sich verwandelnde Blume; Schau dir das an Video um zu verstehen, wie das passieren wird.

Dann wird es weiter blicken können als jedes andere Teleskop in der Geschichte: 13 Milliarden Lichtjahre von der Erde entfernt. Da sich Licht, wie Sie sich vorstellen können, mit Lichtgeschwindigkeit ausbreitet, liegen die Objekte, die wir sehen, in der Vergangenheit. Grob gesagt: Wenn man einen Stern durch ein Teleskop betrachtet, sieht man ihn so, wie er vor Dutzenden, Hunderten, Tausenden usw. Jahren aussah. Daher wird das James-Webb-Teleskop die ersten Sterne und Galaxien so sehen, wie sie nach dem Urknall waren. Das ist sehr wichtig: Wir werden besser verstehen, wie Galaxien entstanden sind, wie Sterne und Planetensysteme entstanden sind, und wir werden in der Lage sein, den Ursprung des Lebens besser zu verstehen. Vielleicht hilft uns das James-Webb-Teleskop sogar dabei, außerirdisches Leben zu entdecken. Eines ist jedoch zu beachten: Während der Mission kann viel schief gehen, und da das Teleskop sehr weit von der Erde entfernt sein wird, wird es unmöglich sein, es zur Reparatur zu schicken, wie es bei Hubble der Fall war.

Welche praktische Bedeutung hat das alles?

Dies ist eine häufig gestellte Frage zur Astronomie, insbesondere wenn man bedenkt, wie viel Geld dafür ausgegeben wird. Darauf gibt es zwei Antworten: Erstens sollte nicht alles, insbesondere Wissenschaft, eine klare praktische Bedeutung haben. Astronomie und Teleskope helfen uns, den Platz der Menschheit im Universum und die Struktur der Welt im Allgemeinen besser zu verstehen. Zweitens hat die Astronomie immer noch praktische Vorteile. Astronomie steht in direktem Zusammenhang mit der Physik: Wenn wir die Astronomie verstehen, verstehen wir die Physik viel besser, denn es gibt physikalische Phänomene, die auf der Erde nicht beobachtet werden können. Wenn Astronomen beispielsweise die Existenz dunkler Materie nachweisen, hätte das große Auswirkungen auf die Physik. Darüber hinaus werden viele Technologien, die für den Weltraum und die Astronomie erfunden wurden, im täglichen Leben eingesetzt: Denken Sie an Satelliten, die heute für alles vom Fernsehen bis zur GPS-Navigation verwendet werden. Schließlich wird die Astronomie in Zukunft sehr wichtig sein: Um zu überleben, muss die Menschheit Energie aus der Sonne und Mineralien aus Asteroiden gewinnen, sich auf anderen Planeten niederlassen und möglicherweise mit außerirdischen Zivilisationen kommunizieren – all dies wird unmöglich sein, wenn wir dies nicht tun Entwickeln Sie jetzt Astronomie und Teleskope.

Ein kanonisches Foto des Teleskops, aufgenommen während seiner letzten Wartungsmission im Jahr 2009.

Vor 25 Jahren, am 24. April 1990, startete die Raumfähre Discovery zu ihrem zehnten Flug von Cape Canaveral aus. In ihrem Transportraum befand sich eine ungewöhnliche Fracht, die der NASA Ruhm bescheren und zum Katalysator für die Entwicklung vieler Bereiche der Astronomie werden sollte . Damit begann die 25-jährige Mission des Hubble-Weltraumteleskops, des vielleicht berühmtesten astronomischen Instruments der Welt.

Am nächsten Tag, dem 25. April 1990, öffneten sich die Türen der Ladeluke und ein spezieller Manipulator hob das Teleskop aus dem Abteil. Hubble begann seine Reise in einer Höhe von 612 km über der Erde. Der Startvorgang des Geräts wurde mit mehreren IMAX-Kameras gefilmt und zusammen mit einer der späteren Reparaturmissionen in den Film Destiny in Space (1994) aufgenommen. IMAX-Filmemacher wurden mehrmals auf das Teleskop aufmerksam und wurden zum Helden der Filme Hubble: Galaxies Across Space and Time (2004) und Hubble 3D (2010). Populärwissenschaftliches Kino ist zwar angenehm, aber immer noch ein Nebenprodukt der Arbeit des Orbitalobservatoriums.

Warum werden Weltraumteleskope benötigt?

Das Hauptproblem der optischen Astronomie sind Störungen durch die Erdatmosphäre. Große Teleskope werden seit langem hoch in den Bergen gebaut, fernab von Großstädten und Industriezentren. Die Abgeschiedenheit löst teilweise das Problem des Smogs, sowohl des realen als auch des Lichts (Beleuchtung des Nachthimmels durch künstliche Lichtquellen). Der Standort in großer Höhe ermöglicht es, den Einfluss atmosphärischer Turbulenzen, die die Auflösung von Teleskopen einschränken, zu reduzieren und die Anzahl der für die Beobachtung geeigneten Nächte zu erhöhen.

Zusätzlich zu den bereits erwähnten Unannehmlichkeiten lässt die Transparenz der Erdatmosphäre im Ultraviolett-, Röntgen- und Gammabereich zu wünschen übrig. Ähnliche Probleme werden im Infrarotspektrum beobachtet. Ein weiteres Hindernis für bodengestützte Beobachter ist die Rayleigh-Streuung, die auch die blaue Farbe des Himmels erklärt. Aufgrund dieses Phänomens wird das Spektrum der beobachteten Objekte verzerrt und ins Rote verschoben.

Hubble im Frachtraum des Discovery-Shuttles. Blick von einer der IMAX-Kameras.

Das Hauptproblem ist jedoch die Heterogenität der Erdatmosphäre, das Vorhandensein von Gebieten mit unterschiedlicher Dichte, Luftgeschwindigkeit usw. Es sind diese Phänomene, die zum bekannten Funkeln der Sterne führen, das mit bloßem Auge sichtbar ist. Bei Multimeteroptiken großer Teleskope wird das Problem nur noch schlimmer. Dadurch ist die Auflösung bodengestützter optischer Instrumente, unabhängig von der Größe des Spiegels und der Teleskopöffnung, auf etwa 1 Bogensekunde begrenzt.

Wenn Sie das Teleskop in den Weltraum bringen, können Sie all diese Probleme vermeiden und die Auflösung um eine Größenordnung erhöhen. Beispielsweise beträgt die theoretische Auflösung des Hubble-Teleskops mit einem Spiegeldurchmesser von 2,4 m 0,05 Bogensekunden, die reale beträgt 0,1 Sekunden.

Hubble-Projekt. Start

Zum ersten Mal sprachen Wissenschaftler lange vor Beginn des Weltraumzeitalters, in den 30er Jahren des letzten Jahrhunderts, über die positive Wirkung der Verlegung astronomischer Instrumente außerhalb der Erdatmosphäre. Einer der Enthusiasten beim Bau außerirdischer Observatorien war der Astrophysiker Lyman Spitzer. So begründete er 1946 in einem Artikel die wesentlichen Vorteile von Weltraumteleskopen und veröffentlichte 1962 einen Bericht, in dem er der US-amerikanischen National Academy of Sciences empfahl, die Entwicklung eines solchen Geräts in das Weltraumprogramm aufzunehmen. Erwartungsgemäß übernahm Spitzer 1965 die Leitung des Komitees, das den Umfang der wissenschaftlichen Aufgaben für ein so großes Weltraumteleskop festlegte. Später wurde das 2003 gestartete Infrarot-Weltraumteleskop Spitzer Space Telescope (SIRTF) mit einem 85-Zentimeter-Hauptspiegel nach dem Wissenschaftler benannt.

Spitzer-Infrarot-Teleskop.

Das erste außerirdische Observatorium war das Orbiting Solar Observatory 1 (OSO 1), das 1962, nur fünf Jahre nach Beginn des Weltraumzeitalters, zur Erforschung der Sonne ins Leben gerufen wurde. Insgesamt im Rahmen des OSO-Programms von 1962 bis 1975. Es wurden 8 Geräte erstellt. Und 1966 wurde parallel dazu ein weiteres Programm gestartet – das Orbiting Astronomical Observatory (OAO), in dessen Rahmen 1966-1972. Vier umlaufende Ultraviolett- und Röntgenteleskope wurden gestartet. Der Erfolg der OAO-Missionen war der Ausgangspunkt für die Entwicklung eines großen Weltraumteleskops, das zunächst einfach „Large Orbiting Telescope“ oder „Large Space Telescope“ genannt wurde. Den Namen Hubble erhielt das Gerät erst 1983 zu Ehren des amerikanischen Astronomen und Kosmologen Edwin Hubble.

Ursprünglich war geplant, ein Teleskop mit einem 3-Meter-Hauptspiegel zu bauen und es bereits 1979 in die Umlaufbahn zu bringen. Darüber hinaus wurde das Observatorium sofort so ausgebaut, dass das Teleskop direkt im Weltraum gewartet werden konnte, und hier das Space-Shuttle-Programm. das sich parallel entwickelte, erwies sich als sehr praktisch, dessen Erstflug am 12. April 1981 stattfand. Seien wir ehrlich, der modulare Aufbau war eine brillante Lösung – die Shuttles flogen fünfmal zum Teleskop, um die Ausrüstung zu reparieren und aufzurüsten.

Und dann begann die Suche nach Geld. Der Kongress lehnte entweder die Finanzierung ab oder stellte erneut Mittel bereit. Die NASA und die wissenschaftliche Gemeinschaft starteten ein beispielloses landesweites Lobbyprogramm für das Large Space Telescope-Projekt, das den Massenversand von Briefen (damals in Papierform) an Gesetzgeber, persönliche Treffen von Wissenschaftlern mit Kongressabgeordneten und Senatoren usw. umfasste. Schließlich stellte der Kongress 1978 die ersten 36 Millionen US-Dollar bereit, und die Europäische Weltraumgemeinschaft (ESA) erklärte sich bereit, einen Teil der Kosten zu tragen. Der Entwurf des Observatoriums begann und 1983 wurde als neuer Starttermin festgelegt.

Spiegel für den Helden

Der wichtigste Teil eines optischen Teleskops ist der Spiegel. Der Spiegel eines Weltraumteleskops stellte aufgrund seiner höheren Auflösung als seine terrestrischen Gegenstücke besondere Anforderungen. Die Arbeiten am Hubble-Hauptspiegel mit einem Durchmesser von 2,4 m begannen 1979 und Perkin-Elmer wurde als Auftragnehmer ausgewählt. Wie die späteren Ereignisse zeigten, war dies ein fataler Fehler.

Als Vorform wurde Glas mit extrem niedrigem Wärmeausdehnungskoeffizienten von Corning verwendet. Ja, das gleiche, das Sie vom Gorilla Glass kennen, das die Bildschirme Ihrer Smartphones schützt. Die Präzision des Polierens, für das zunächst die neuen CNC-Maschinen eingesetzt wurden, musste 1/65 der Wellenlänge des roten Lichts oder 10 nm betragen. Anschließend musste der Spiegel mit einer 65 nm dicken Aluminiumschicht und einer 25 nm dicken Schutzschicht aus Magnesiumfluorid beschichtet werden. Die NASA zweifelte an der Kompetenz von Perkin-Elmer und befürchtete Probleme beim Einsatz neuer Technologien. Gleichzeitig bestellte sie bei Kodak einen auf traditionelle Weise hergestellten Rückspiegel.

Polieren des Hubble-Primärspiegels im Perkin-Elmer-Werk, 1979.

Die Befürchtungen der NASA erwiesen sich als unbegründet. Das Polieren des Hauptspiegels dauerte bis Ende 1981, sodass der Start zunächst auf 1984 und dann aufgrund von Verzögerungen bei der Produktion anderer Komponenten des optischen Systems auf April 1985 verschoben wurde. Die Verzögerungen bei Perkin-Elmer erreichten katastrophale Ausmaße. Der Start wurde noch zweimal verschoben, zunächst auf März und dann auf September 1986. Gleichzeitig belief sich das Gesamtbudget des Projekts zu diesem Zeitpunkt bereits auf 1,175 Milliarden US-Dollar.

Katastrophe und Vorfreude

Am 28. Januar 1986, 73 Sekunden nach ihrem Flug über Cape Canaverel, explodierte die Raumfähre Challenger mit sieben Astronauten an Bord. Zweieinhalb Jahre lang stellten die USA bemannte Flüge ein und der Start von Hubble wurde auf unbestimmte Zeit verschoben.

Die Space-Shuttle-Flüge wurden 1988 wieder aufgenommen und der Start des Raumfahrzeugs war nun für 1990 geplant, 11 Jahre nach dem ursprünglichen Datum. Vier Jahre lang wurde das Teleskop mit teilweise eingeschalteten Bordsystemen in einem speziellen Raum mit künstlicher Atmosphäre gelagert. Allein die Kosten für die Lagerung des einzigartigen Geräts beliefen sich auf etwa 6 Millionen US-Dollar pro Monat! Zum Zeitpunkt des Starts wurden die Gesamtkosten für die Errichtung eines Weltraumlabors auf 2,5 Milliarden US-Dollar statt der geplanten 400 Millionen US-Dollar geschätzt. Heute sind es unter Berücksichtigung der Inflation mehr als 10 Milliarden US-Dollar!

Diese erzwungene Verzögerung hatte auch positive Aspekte – die Entwickler erhielten zusätzliche Zeit, um den Satelliten fertigzustellen. So wurden die Sonnenkollektoren durch effizientere ersetzt (dies würde in Zukunft noch zweimal geschehen, dieses Mal jedoch im Weltraum), der Bordcomputer modernisiert und die bodengestützte Software verbessert, was dazu führte, dass dies der Fall war Wie sich herausstellte, war das Teleskop im Jahr 1986 völlig unvorbereitet. Wenn das Teleskop plötzlich rechtzeitig in den Weltraum gebracht würde, wären die Bodendienste einfach nicht in der Lage, damit zu arbeiten. Selbst bei der NASA kommt es zu Schlamperei und Kostenüberschreitungen.

Und schließlich brachte Discovery am 24. April 1990 Hubble ins All. Eine neue Etappe in der Geschichte der astronomischen Beobachtungen begann.

Unglückliches Glücksteleskop

Wenn Sie denken, dass dies das Ende von Hubbles Missgeschick ist, irren Sie sich zutiefst. Schon beim Start begannen die Probleme: Eines der Solarmodule ließ sich nicht entfalten. Die Astronauten zogen bereits ihre Raumanzüge an und bereiteten sich darauf vor, in den Weltraum zu fliegen, um das Problem zu lösen, als sich die Platte löste und ihren richtigen Platz einnahm. Dies war jedoch erst der Anfang.

Der Canadarm-Manipulator versetzt Hubble in den freien Flug.

Buchstäblich in den allerersten Tagen der Arbeit mit dem Teleskop stellten Wissenschaftler fest, dass Hubble kein scharfes Bild erzeugen konnte und seine Auflösung den erdgebundenen Teleskopen nicht viel überlegen war. Das milliardenschwere Projekt erwies sich als Blindgänger. Es wurde schnell klar, dass Perkin-Elmer nicht nur die Produktion des optischen Systems des Teleskops ungebührlich verzögerte, sondern auch einen schweren Fehler beim Polieren und Einbauen des Hauptspiegels machte. Die Abweichung von der vorgegebenen Form an den Rändern des Spiegels betrug 2 Mikrometer, was zum Auftreten einer starken sphärischen Aberration und einer Verringerung der Auflösung auf 1 Bogensekunde statt der geplanten 0,1 führte.

Der Grund für den Fehler war für Perkin-Elmer einfach beschämend und hätte der Existenz des Unternehmens ein Ende setzen sollen. Der Hauptnullkorrektor, ein spezielles optisches Gerät zur Überprüfung großer asphärischer Spiegel, wurde falsch installiert – seine Linse war um 1,3 mm von der richtigen Position verschoben. Der Techniker, der das Gerät zusammenbaute, machte bei der Arbeit mit einem Lasermessgerät einfach einen Fehler und als er einen unerwarteten Spalt zwischen der Linse und ihrer Tragstruktur entdeckte, gleichte er diesen mit einer normalen Metallscheibe aus.

Das Problem hätte jedoch vermieden werden können, wenn Perkin-Elmer unter Verstoß gegen strenge Qualitätskontrollvorschriften nicht einfach die Messwerte zusätzlicher Nullkorrektoren ignoriert hätte, die auf das Vorhandensein einer sphärischen Aberration hinweisen. Aufgrund des Fehlers einer Person und der Nachlässigkeit der Perkin-Elmer-Manager stand ein Multimilliarden-Dollar-Projekt auf der Kippe.

Obwohl die NASA über einen Ersatzspiegel von Kodak verfügte und das Teleskop für die Wartung im Orbit konzipiert war, war ein Austausch der Hauptkomponente im Weltraum nicht möglich. Als Ergebnis wurde nach der Bestimmung des genauen Ausmaßes optischer Verzerrungen ein spezielles Gerät zu deren Kompensation entwickelt – Corrective Optics Space Telescope Axial Replacement (COSTAR). Einfach ausgedrückt handelt es sich um einen mechanischen Patch für das optische System. Um es zu installieren, musste eines der wissenschaftlichen Geräte auf Hubble demontiert werden; Nach Rücksprache entschieden sich die Wissenschaftler, auf das Hochgeschwindigkeitsphotometer zu verzichten.

Astronauten warten Hubble während seiner ersten Reparaturmission.

Die Reparaturmission an der Raumfähre Endeavour startete erst am 2. Dezember 1993. Während dieser ganzen Zeit führte Hubble Messungen und Vermessungen unabhängig von der Größe der sphärischen Aberration durch; außerdem gelang es den Astronomen, einen recht effektiven Nachbearbeitungsalgorithmus zu entwickeln, der einige der Verzerrungen kompensiert. Um ein Gerät zu demontieren und COSTAR zu installieren, waren fünf Arbeitstage und fünf Weltraumspaziergänge erforderlich, mit einer Gesamtdauer von 35 Stunden! Und vor der Mission lernten die Astronauten den Umgang mit etwa hundert einzigartigen Instrumenten, die für Hubble entwickelt wurden. Neben der Installation von COSTAR wurde auch die Hauptkamera des Teleskops ausgetauscht. Es versteht sich, dass es sich sowohl bei dem Korrekturgerät als auch bei der neuen Kamera um Geräte in der Größe eines großen Kühlschranks mit entsprechender Masse handelt. Anstelle der Wide Field/Planetary Camera, die über 4 Texas Instruments CCD-Sensoren mit einer Auflösung von 800x800 Pixeln verfügt, wurde die Wide Field and Planetary Camera 2 mit neuen, vom NASA Jet Propulsion Laboratory entwickelten Sensoren installiert. Obwohl die Auflösung der vier Matrizen der vorherigen ähnelte, wurde aufgrund ihrer besonderen Anordnung eine höhere Auflösung bei einem kleineren Betrachtungswinkel erreicht. Gleichzeitig wurde Hubble durch Sonnenkollektoren und die Elektronik, die sie steuern, vier Gyroskope für das Lagekontrollsystem, mehrere zusätzliche Module usw. ersetzt. Bereits am 13. Januar 1994 zeigte die NASA der Öffentlichkeit deutlich klarere Bilder von Weltraumobjekten.

Bild der M100-Galaxie vor und nach der COSTAR-Installation.

Die Angelegenheit beschränkte sich nicht nur auf eine Reparaturmission; die Shuttles flogen fünfmal (!) zum Hubble, was das Observatorium neben der ISS und sowjetischen Orbitalstationen zum meistbesuchten künstlichen außerirdischen Objekt macht.

Im Februar 1997 fand der zweite Serviceeinsatz statt, bei dem zahlreiche wissenschaftliche Instrumente und Bordsysteme ausgetauscht wurden. Die Astronauten flogen erneut fünfmal ins Weltall und verbrachten insgesamt 33 Stunden an Bord.

Die dritte Reparaturmission war in zwei Teile aufgeteilt, wobei der erste Teil verspätet abgeschlossen werden musste. Tatsache ist, dass drei der sechs Gyroskope des Hubble-Lagekontrollsystems ausgefallen sind, was es schwierig machte, das Teleskop auf ein Ziel auszurichten. Das vierte Gyroskop „starb“ eine Woche vor Beginn des Reparaturteams und machte das Weltraumobservatorium unkontrollierbar. Die Expedition startete am 19. Dezember 1999 zur Rettung des Teleskops. Die Astronauten tauschten alle sechs Gyroskope aus und rüsteten den Bordcomputer auf.

Hubbles erster Bordcomputer war der DF-224.

Im Jahr 1990 startete Hubble mit dem Bordcomputer DF-224, der in den 80er Jahren von der NASA häufig genutzt wurde (denken Sie daran, dass das Design des Observatoriums bereits in den 70er Jahren erstellt wurde). Dieses von Rockwell Autonetics hergestellte System mit einem Gewicht von 50 kg und den Maßen 45 x 45 x 30 cm war mit drei Prozessoren mit einer Frequenz von 1,25 MHz ausgestattet, zwei davon galten als Backup und wurden bei Ausfall des Haupt- und des ersten Backups abwechselnd eingeschaltet CPUs. Das System war mit einer Speicherkapazität von 48.000 Kilowörtern ausgestattet (ein Wort entspricht 32 Bytes), und es standen jeweils nur 32 Kilowörter zur Verfügung.

Naturgemäß war eine solche Architektur bereits Mitte der 90er-Jahre hoffnungslos veraltet, sodass im Rahmen eines Serviceeinsatzes der DF-224 durch ein System auf Basis eines speziellen, strahlungsgeschützten Intel i486-Chips mit einer Taktfrequenz von 25 MHz ersetzt wurde. Der neue Computer war 20-mal schneller als der DF-224 und verfügte über 6-mal mehr RAM, was eine schnellere Bearbeitung vieler Aufgaben und den Einsatz moderner Programmiersprachen ermöglichte. Intel i486-Chips für eingebettete Systeme, auch für den Einsatz in der Raumfahrttechnik, wurden übrigens bis September 2007 produziert!

Ein Astronaut entfernt das Bandlaufwerk aus Hubble für die Rückkehr zur Erde.

Auch das Borddatenspeichersystem wurde ersetzt. Bei Hubbles ursprünglichem Design handelte es sich um ein Reel-to-Reel-Laufwerk aus den 70er Jahren, das 1,2 GB Daten hintereinander speichern konnte. Bei der zweiten Reparaturmission wurde eines dieser „Reel-to-Reel-Tonbandgeräte“ durch ein SSD-Laufwerk ersetzt. Während der dritten Mission wurde auch die zweite „Spule“ gewechselt. Mit der SSD können Sie zehnmal mehr Informationen speichern – 12 GB. Allerdings sollten Sie es nicht mit der SSD in Ihrem Laptop vergleichen. Hubbles Hauptantrieb misst 30 x 23 x 18 cm und wiegt satte 11,3 kg!

Die vierte Mission, offiziell 3B genannt, startete im März 2002 zum Observatorium. Die Hauptaufgabe besteht darin, die neue Advanced Camera for Surveys zu installieren. Durch den Einbau dieses Geräts konnte auf den Einsatz einer seit 1993 in Betrieb befindlichen Korrektureinrichtung verzichtet werden. Die neue Kamera verfügte über zwei angedockte CCD-Detektoren mit einer Auflösung von 2048 × 4096 Pixeln, was eine Gesamtauflösung von 16 Megapixeln gegenüber 2,5 Megapixeln ergab für die vorherige Kamera. Einige der wissenschaftlichen Instrumente wurden ersetzt, so dass keines der Instrumente aus dem ursprünglichen Satz, der 1991 ins All flog, an Bord von Hubble verblieb. Darüber hinaus ersetzten die Astronauten zum zweiten Mal die Solarpaneele des Satelliten durch effizientere und erzeugten so 30 % mehr Energie.

Fortschrittliche Kamera für Vermessungen im Reinraum vor der Verladung auf das Shuttle.

Der fünfte Flug zum Hubble fand vor sechs Jahren, im Jahr 2009, am Ende des Space-Shuttle-Programms statt. Weil Es war bekannt, dass dies die letzte Reparaturmission war und das Teleskop einer umfassenden Überholung unterzogen wurde. Auch hier wurden alle sechs Gyroskope des Lagekontrollsystems, einer der Präzisionsleitsensoren ausgetauscht, neue Nickel-Wasserstoff-Batterien anstelle der alten eingebaut, die 18 Jahre lang im Orbit funktionierten, beschädigte Gehäuse repariert usw.

Ein Astronaut übt den Austausch der Hubble-Batterien auf der Erde. Gewicht des Akkupacks – 181 kg.

Insgesamt verbrachten die Astronauten im Verlauf von fünf Servicemissionen 23 Tage mit der Reparatur des Teleskops und verbrachten 164 Stunden im luftleeren Weltraum! Eine einzigartige Leistung.

Instagram für Teleskop

Jede Woche sendet Hubble etwa 140 GB Daten zur Erde, die im Space Telescope Science Institute gesammelt werden, das speziell für die Verwaltung aller Orbitalteleskope eingerichtet wurde. Der Umfang des Archivs beträgt heute etwa 60 TB Daten (1,5 Millionen Datensätze), der Zugang ist für jedermann zugänglich, ebenso wie das Teleskop selbst. Jeder kann sich für die Nutzung von Hubble bewerben, die Frage ist, ob er bewilligt wird. Wenn Sie jedoch keinen Abschluss in Astronomie haben, versuchen Sie es erst gar nicht, denn Sie werden höchstwahrscheinlich nicht einmal durch das Antragsformular für den Erhalt von Informationen über das Bild kommen.

Übrigens sind alle von Hubble zur Erde übertragenen Fotos monochrom. Die Zusammenstellung von Farbfotos in echten oder künstlichen Farben erfolgt bereits auf der Erde durch Überlagerung einer Reihe monochromer Fotos, die mit verschiedenen Filtern aufgenommen wurden.

„Säulen der Schöpfung“ ist eines der beeindruckendsten Hubble-Fotos des Jahres 2015. Adlernebel, Entfernung 4000 Lichtjahre.

Die beeindruckendsten mit Hubble aufgenommenen Fotos, bereits verarbeitet, finden Sie auf HubbleSite, der offiziellen Unterseite der NASA oder ESA, einer Website, die dem 25-jährigen Jubiläum des Teleskops gewidmet ist.

Natürlich hat Hubble einen eigenen Twitter-Account, sogar zwei –

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