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TECHNOLOGIEGESCHICHTE, TECHNOLOGIE, OBJEKTE UM UNS
Hubble Teleskop. Geschichte der Erfindung und Produktion
Verzeichnis / Die Geschichte der Technik, Technik, Objekte um uns herum Das Hubble-Weltraumteleskop (HST; englisch Hubble Space Telescope, HST; Observatoriumscode „250“) ist ein automatisches Observatorium im Orbit um die Erde, benannt nach Edwin Hubble. Das Hubble-Teleskop ist ein Gemeinschaftsprojekt der NASA und der Europäischen Weltraumorganisation; Es ist eines der großen Observatorien der NASA. Die Platzierung eines Teleskops im Weltraum ermöglicht die Aufzeichnung elektromagnetischer Strahlung in Bereichen, in denen die Erdatmosphäre undurchsichtig ist; hauptsächlich im Infrarotbereich. Aufgrund des fehlenden atmosphärischen Einflusses ist die Auflösung des Teleskops 7–10 Mal höher als die eines ähnlichen Teleskops auf der Erde.
Die Priorität der Herstellung des Teleskops ist immer noch umstritten. Laut einer Reihe von Dokumenten wurde eines der ersten Instrumente 1604 in den Niederlanden von Zachary Jansen nach dem italienischen Modell von 1590 hergestellt. Andere Augenzeugenberichte berichten, dass die ersten Spektive um 1605-1610 in Middelburg vom Brillenmacher John Lapree erfunden wurden. Auf jeden Fall wurden bereits 1608 Teleskope von vielen Meistern hergestellt. Insbesondere Jakob Metzius. 1610 schuf Galileo ein Teleskop mit 32-facher Vergrößerung! Astronomischer Forscher brachte ihm großen Ruhm. Beeindruckt von den Erfolgen Galileis kehrte Johannes Kepler 1610 zur angewandten Optik zurück. Er schlug ein grundlegend neues optisches Schema des Spektivs vor. Zuvor wurde darin nur eine Linsenkombination verwendet - eine Reihenschaltung einer Zerstreuungslinse (Konkavlinse) als Objektiv und einer Sammellinse (Konvexlinse) als Okular. Der Kepler-Tubus hatte zwei konvexe Linsen, die es neben einem größeren Gesichtsfeld erstmals ermöglichten, ein direktes Bild des beobachteten Objekts zu erhalten. Ein solches Fernrohr konnte als Zielgerät dienen, dh aus einem reinen Beobachtungsinstrument wurde es auch ein Messinstrument. Und dies erweiterte den Anwendungsbereich erheblich. Die ersten Teleskope lieferten jedoch Bilder, die durch verschiedene Defekte (Aberrationen) merklich verzerrt waren. Wissenschaftler – die damals die wichtigsten Hersteller von Teleskopen waren – versuchten, sie zu eliminieren, indem sie die Brennweite der Linse vergrößerten. So war es bis 1668, als Isaac Newton zum ersten Mal ein Instrument eines völlig neuen Typs baute - ein Spiegelteleskop (Spiegel), ohne die chromatische Aberration, die Linsengeräten (Refraktoren) innewohnt. Die Linse war ein konkaver Metallspiegel. Die Perfektion des Bildes hing von der Verarbeitung des letzteren ab. Einundzwanzig Jahre nach Newton polierte der englische Astronom und Optiker William Herschel einen Spiegel mit einem Durchmesser von 122 Zentimetern. Er war damals der größte Reflektor der Welt. In der Erkenntnis, dass die Vergrößerung von Teleskopen ein direkter Weg zu neuen Entdeckungen ist, traten Astronomen der weltweit führenden Observatorien in einen echten Wettbewerb ein. 1917 baute der Amerikaner D. Ritchie für das Mount-Wilson-Observatorium einen neuen Reflektor, der viele Jahre lang der größte der Welt blieb. Sein 258-cm-Spiegel wog fünf Tonnen bei einem Gesamtgewicht von hundert Tonnen. 1931 führten der deutsche Optiker B. Schmidt und dann sein sowjetischer Kollege D.D. Maksutov (1941) entwickelte zwei Designoptionen für kombinierte Spiegel-Linsen-Teleskope. Beide Instrumente erlangten weltweite Anerkennung und begannen, die Namen ihrer Schöpfer zu tragen. In einem gewöhnlichen Spiegelteleskop führte Maksutov eine Korrekturlinse ein, die die durch einen sphärischen Spiegel verursachten Verzerrungen korrigierte. Bereits die ersten derartigen Systeme ermöglichten es, Aufnahmen des Sternenhimmels in einzigartiger Qualität zu erhalten und eine grundlegende astronomische Publikation herauszugeben - einen Atlas der Nebel. In der Geschichte des Teleskopbaus „kämpften“ Refraktoren lange mit Reflektoren, bis letzterer schließlich gewann. Der größte von ihnen mit einem sechs Meter langen Hauptspiegel aus Glaskeramikmaterial - Glaskeramik - wurde im speziellen astrophysikalischen Observatorium der Russischen Akademie der Wissenschaften auf dem Berg Semirodniki in der Nähe der Station Zelenchukskaya im Nordkaukasus installiert. Die Bearbeitung des 1974 Tonnen schweren Spiegels dauerte bis Sommer 1976, im Februar 42 begannen die regelmäßigen Beobachtungen – nach insgesamt sechzehn Jahren Vorarbeit. Das grandiose 950 Meter hohe Bauwerk wiegt 26 Tonnen. Dieses Teleskop "sieht" Himmelsobjekte bis zur XNUMX. Größenordnung, die sich an der Grenze des beobachtbaren Universums befinden. Bereits in den 1940er Jahren erkannten Astronomen, dass die elektromagnetische Strahlung von Weltraumobjekten keineswegs auf das sichtbare Spektrum beschränkt ist, sondern sich über nahezu alle Bereiche – von Radiowellen bis zu Gammastrahlen – verteilt und dass die Beobachtung in neue Bereiche des Spektrums führen kann wertvolle Informationen, die zuvor völlig unzugänglich waren. Die ersten einer Reihe von "nicht-optischen" Instrumenten waren Radioteleskope, dank derer noch in den 1940er Jahren Radiogalaxien entdeckt wurden, die selbst für die besten optischen Instrumente dieser Zeit unsichtbar waren. Die Forscher erkannten sofort, dass neue Geräte im Gegensatz zu den neuesten nicht von den Launen des Wetters abhängig sind. Was das Design betrifft, herrschen bei Radioteleskopen wie bei optischen Reflektoren vor. Der Spiegel ist hier ein Paraboloid aus Metallgewebe, in dessen Fokus die Antenne installiert ist. Das darin induzierte Signal wird dem Empfänger zur Verarbeitung und von dort den Aufnahmegeräten zugeführt. Das größte Infrarot-Teleskop wurde auf dem Mauna Kea (Hawaii, USA) in einer Höhe von 4200 Metern über dem Meeresspiegel mit einem Spiegel mit einem Durchmesser von 374 Zentimetern gebaut. Es ist so perfekt, dass es auch für visuelle Beobachtungen verwendet werden kann. Ausgestattet mit einem Computersteuerungssystem kann es automatisch auf ein bestimmtes Objekt zielen und es verfolgen. Links ist der Hauptspiegel, rechts der Systemknoten. Und 1985 begannen am Mauna-Kea-Observatorium die Arbeiten an einem zehn Meter langen Komposit-Keck-Reflektor mit 36 autonom gesteuerten Sechskantspiegeln mit einem Durchmesser von jeweils 183 Zentimetern. Für eine genauere Fixierung der Spiegel und allgemeine Fokussierung des Bildes wurde eine spezielle Entlastungsvorrichtung entwickelt, die die Spannungen in den Strukturelementen abschwächt.
Die Möglichkeiten zur Verbesserung der Eigenschaften optischer Teleskope sind jedoch noch nicht erschöpft. Der Einsatz von Elektronen-Photomultipliern begann, wodurch die Effizienz der Beobachtungen um fast zwei Größenordnungen gesteigert werden konnte. So hat der damit ausgestattete 508-cm-Hale-Reflektor am Mount Palomar Observatory (Kalifornien, USA), Baujahr 1948, die Auflösung eines "einfachen" Teleskops mit Spiegel von 25,4 Metern. Jetzt ist es das effizienteste terrestrische optische Instrument. Für neue Informationen gingen Teleskope in erdnahe Umlaufbahnen. So wurde die Raumstation Mir mit dem Kvant-Modul mit zwei Spezialteleskopen - Ultraviolett und Infrarot - ausgestattet. Und die Geräte des automatischen Orbitalobservatoriums Astron könnten Weltraumobjekte gleichzeitig in Röntgen- und Ultraviolettstrahlen beobachten. Am 24. April 1990 begann mit dem Start des Hubble-Weltraumteleskops ein wahrhaft goldenes Zeitalter der Astronomie. Die NASA begann Ende der 1970er Jahre zusammen mit der Europäischen Weltraumorganisation mit der Entwicklung des Weltraumteleskopprojekts. Geplant war, dass dies ein Weltraumobservatorium wird, das alle zwei bis drei Jahre von Schiffen von der Erde zur Wartung und Fehlerbehebung angesteuert wird. Das Teleskop erhielt seinen Namen zu Ehren eines der herausragenden Astronomen des XNUMX. Jahrhunderts, Edwin Hubble, einem wahren Klassiker der Wissenschaft. Er hinterließ ein grandioses Vermächtnis – eine sich entwickelnde Welt von Galaxien, regiert durch das Gesetz seines Namens. Hubble hat so bemerkenswerte Entdeckungen gemacht, dass sie ihm das unbestreitbare Recht geben, Hubble als den größten Astronomen seit Kopernikus zu bezeichnen. Edwin Hubble wurde am 20. November 1889 geboren. Er verbrachte seine Kindheit in einer starken freundlichen Familie, in der acht Kinder aufwuchsen. Edwin interessierte sich früh für Astronomie, wahrscheinlich unter dem Einfluss seines Großvaters mütterlicherseits, der sich ein kleines Teleskop baute. 1906 schloss Edwin die High School ab, danach trat er in die University of Chicago ein. Der Astronom F.R. Multon, Autor der bekannten Theorie zur Entstehung des Sonnensystems. Er hatte großen Einfluss auf die weitere Wahl von Hubble. Nach seinem Universitätsabschluss gelang es Hubble, ein Rhodes-Stipendium zu bekommen und für drei Jahre nach England zu gehen, um seine Ausbildung fortzusetzen. Allerdings musste er statt Naturwissenschaften Jura in Cambridge studieren. Im Sommer 1913 kehrte Edwin in seine Heimat zurück, wurde aber kein Rechtsanwalt. Hubble strebte nach Wissenschaft und kehrte an die University of Chicago zurück, wo er am Yerkes Observatory unter der Leitung von Professor Frost eine Dissertation für einen Ph.D. Im Frühjahr 1917, als er seine Dissertation fertigstellte, traten die Vereinigten Staaten in den Ersten Weltkrieg ein. Der junge Wissenschaftler lehnte die Einladung ab und meldete sich freiwillig zur Armee. Im Sommer 1919 wurde Hubble entlassen und eilte nach Pasadena, um am neuen Mount-Wilson-Observatorium zu arbeiten. Hubble arbeitete hier bis zu seinem Tod, mit einer vierjährigen Unterbrechung während des Zweiten Weltkriegs. Am Observatorium begann er, Nebel zu untersuchen, wobei er sich zunächst auf Objekte konzentrierte, die im Band der Milchstraße sichtbar waren. Das erste, was Hubble tat, war, sie zu klassifizieren. Diese Klassifizierung dient weiterhin der Wissenschaft, und alle späteren Modifikationen ihres Wesens sind davon nicht betroffen. Bereits eine Feststellung der wahren Natur der Nebel bestimmte den Platz von Hubble in der Geschichte der Astronomie. Aber eine noch herausragendere Leistung fiel ihm zu - die Entdeckung des Gesetzes der Rotverschiebung. Nach dem Krieg nahm das Observatorium, wohin der Astronom zurückkehrte, die Entwicklung eines 508-Zentimeter-Teleskops wieder auf. Hubble leitete ein Komitee, um fortschrittliche Forschungspläne für das neue Instrument zu erstellen, und war Mitglied des Managementkomitees der kombinierten Observatorien Mount Wilson und Mount Palomar. Hubble sah die Hauptaufgabe des Observatoriums in der Lösung des kosmologischen Problems. "Wir können zuversichtlich voraussagen", sagte er überzeugt, "dass der 200-Zöller uns sagen wird, ob die Rotverschiebung als Beweis für ein schnell expandierendes Universum zu werten ist oder ob sie auf ein neues Naturprinzip zurückzuführen ist." Hubble starb am 28. September 1953 an einem Schlaganfall. Es gibt keine Denkmäler für Hubble auf der Erde. Niemand weiß, wo er begraben ist, so war es der Wille seiner Frau. Ein Krater auf dem Mond, Asteroid Nr. 2069 und ein Weltraumteleskop, das größte der Welt, sind nach ihm benannt. Das elf Tonnen schwere Teleskop mit einer Länge von 11 Metern und einem Reflektordurchmesser von 13,1 Zentimetern kostet 240 Milliarden Dollar – mehr als hundert Millionen Dollar pro Tonne. Nach Berechnungen von Spezialisten wird Hubble bis 1,2 im Orbit operieren. Das Teleskop ist mit mehreren wissenschaftlichen Instrumenten ausgestattet. Die Weitwinkelkamera wurde entwickelt, um die Oberflächen von Planeten und deren Satelliten zu fotografieren. Die Kamera für schwach leuchtende Objekte verstärkt das auf sie fallende Licht hunderttausendfach. Der Spektrograph für dieses schwache Licht analysiert die Strahlung und kann die chemische Zusammensetzung und Temperatur dessen, was sie ausstrahlt, aufdecken. Der sogenannte Goddard-Spektrograph bestimmt, wie sich ein Objekt bewegt, das Licht aussendet. Hubble brachte im April 613 eines der Shuttles in eine 1990 Kilometer hohe Umlaufbahn. Die Arbeit des Teleskops begann mit einem Ausfall. Zwei Monate nach dem Start wurde deutlich, dass der Hauptspiegel des Teleskops mit einem Durchmesser von zweieinhalb Metern an seinen Rändern um mehrere Mikrometer von der berechneten Größe abweicht – ein Fünfzigstel der Dicke eines menschlichen Haares. Dies reichte jedoch aus, um die Arbeit von Tausenden von Menschen praktisch zu löschen - das Bild war undeutlich und verschwommen.
Um die Folgen von Aberrationen zu korrigieren, wurden komplexe Korrekturprogramme erstellt, und das Bild wurde bereits auf der Erde mithilfe von Computern korrigiert. Aber auch in dieser Form ermöglichte das Hubble-Teleskop Entdeckungen: Schwarze Löcher in den Zentren von Galaxien zu entdecken, einen neuen Sturm auf dem Saturn, divergierende Ringe um eine Supernova. Dennoch war offensichtlich, dass Reparaturen unabdingbar waren. Es ist unmöglich, den Spiegel unter Weltraumbedingungen zu wechseln, daher wurde beschlossen, an jedem Instrument des Teleskops eine "Brille aufzusetzen": Fügen Sie kleine Korrekturgeräte hinzu. Zwei kleine Spiegel korrigierten das Fehlen eines großen. Am frühen Morgen des 2. Dezember 1993 brachen sieben Astronauten mit einem Space Shuttle auf, um das Teleskop zu reparieren. Sie kehrten elf Tage später zurück, nachdem sie alles erledigt hatten, was geplant war, und stellten einen Rekord für Weltraumspaziergänge auf - es gab fünf von ihnen. Vier Tage später versammelten sich Wissenschaftler im Datenverarbeitungsraum des Space Telescope Institute in Baltimore, Maryland, und warteten gespannt auf die ersten Bilder des korrigierten Observatoriums. Sie erschienen um ein Uhr morgens auf dem Bildschirm des Terminals, und sofort war der Raum von Freudenschreien erfüllt - jetzt funktionierte das Teleskop zu hundert Prozent. Und seine Fähigkeiten sind so groß, dass er von jeder Stadt in Amerika aus zwei bis nach Tokio flatternde Glühwürmchen unterscheiden könnte, wenn sie nicht näher als drei Meter voneinander entfernt wären. In den Jahren seines Fluges hinter den Wolken hat das Weltraumobservatorium mehrere Zehntausend Umdrehungen um die Erde gemacht und dabei Milliarden von Kilometern "gewunden". Das Hubble-Teleskop hat bereits die Beobachtung von mehr als achttausend Himmelsobjekten ermöglicht. Zum Vergleich: Von der Erde aus sind etwa gleich viele Sterne mit bloßem Auge zu sehen. Sein Gedächtnis speichert die "Adressen" von fünfzehn Millionen Sternen, die er erkunden kann. Zweieinhalb Billionen Bytes an Informationen, die vom Teleskop gesammelt wurden, werden auf 375 optischen Datenträgern gespeichert. Er erlaubte Wissenschaftlern aus etwa vierzig Ländern, mehr als tausend wissenschaftliche Arbeiten zu veröffentlichen. Dank Hubble wurden Entdeckungen gemacht, die in die Geschichte der Astronomie und sogar in die Lehrbücher der Institute eingingen. So konnte beispielsweise herausgefunden werden, dass Schwarze Löcher existieren und sich meist in den Zentren von Galaxien befinden. Oder die Tatsache, dass das Primärstadium der Planetengeburt für alle Sterne gleich ist und der dunkle Fleck auf Neptun nicht stillsteht: Er verschwindet auf einer Hemisphäre und erscheint auf einer anderen. Eine weitere Schlussfolgerung ist, dass der Jupitermond Europa eine dünne Sauerstoffatmosphäre hat. Eine weitere Entdeckung - ein Gürtel aus Hunderten Millionen Kometen umgibt das Sonnensystem. Das Teleskop half, neue Satelliten jenseits des äußeren Saturnrings zu finden, die erste Karte der Oberfläche eines erdnah fliegenden Asteroiden zu erstellen, und ermöglichte den Nachweis von Helium, das aus der Zeit des Urknalls im intergalaktischen Raum übrig geblieben war. „Hubble“ ermöglichte den Blick in die entlegensten Ecken des Weltraums, um unsere Sicht auf die frühesten Stadien des Universums zu verändern. Hubble hat eine neue Klasse von Gravitationslinsen entdeckt, die als "Teleskope" zur Erforschung des Universums verwendet werden. Mit ihrer Hilfe können Astronomen sehen, wie der Prozess der Sternentstehung in der blauen Galaxie damals verlief. Das Teleskop half Wissenschaftlern, die Rotationsgeschwindigkeit der gasförmigen Scheibe der elliptischen Galaxie M87 im Sternbild Jungfrau zu messen, die fünfzig Millionen Lichtjahre von der Erde entfernt ist. Es stellte sich heraus, dass es sich um „etwas“ mit einer Masse von drei Milliarden Sonnenmassen dreht. „Wenn es kein Schwarzes Loch ist, dann habe ich keine Ahnung, was es ist", sagt Professor Ford vom Space Telescope Institute. „Wir hatten absolut nicht damit gerechnet, eine rotierende Spiralstruktur im Zentrum einer elliptischen Galaxie zu sehen." Schwarze Löcher sind sehr massive und unglaublich dichte Objekte. In den letzten Jahrzehnten wurde viel über sie gesprochen, gestritten, nach ihnen gesucht, aber nur das Hubble-Teleskop bestätigte ihre Existenz. Es ist seit langem bekannt, dass starke optische und Radioemissionen aus dem Zentrum der M87-Galaxie kommen. Erst jetzt, nach der Entdeckung einer rotierenden Scheibe, wurde klar, dass dieses schwarze Loch, das Materie ansaugt, die Wirkung eines "Tornados" erzeugt - eines sich drehenden Wirbels von Hunderten von Lichtjahren Größe. Dieser Strom ist im Bild deutlich zu erkennen. Außerdem konnte festgestellt werden, dass die Staubscheibe auf zehntausend Grad erhitzt wird und sich ihre äußeren Ränder mit einer Geschwindigkeit von mehr als fünfhundert Kilometern pro Sekunde drehen. Riesige Schwarze Löcher können auf nahezu Lichtgeschwindigkeit beschleunigte Teilchen in Jets schleudern. Aus den vom Teleskop aufgenommenen Bildern der Planeten ist es genau richtig, eine kleine Ausstellung zu machen. Damit fotografierte das Teleskop erstmals die Oberfläche von Pluto mit einer solchen Auflösung, dass man von einer Karte des Planeten sprechen konnte. Bis vor kurzem war der neunte Planet des Sonnensystems den Blicken der Weltraumforscher verborgen. Dies ist ein einzigartiger Himmelskörper: Er passt in keine Klassifizierung. Pluto dreht sich um die Sonne, wird aber weder als Gasriese noch als fester Planet klassifiziert. Er verhält sich wie ein Komet und verliert periodisch seine Atmosphäre, aber er ist kein Komet. Es könnte der letzte verbliebene Eiszwerg sein, der das Sonnensystem zu Beginn seiner Entstehung bewohnte. Als Verwandter kommt für ihn nur Triton in Frage, ein Trabant des Neptun. „Die Ergebnisse sind einfach fantastisch", sagt der amerikanische Astronom Marc Bue aus Texas. „Hubble hat aus einem obskuren Fleck Pluto eine Welt mit ihren Bergen, Depressionen und Jahreszeiten gemacht. Ein ähnliches Gefühl hatte ich, als ich durch ein Teleskop auf den Mars blickte." Experten unterscheiden auf den Bildern Polkappen, helle Wanderflecken und mysteriöse Linien. Ihrer Meinung nach ist das alles entweder nur Schnee oder schmutziger Schnee, da Pluto jetzt in Sonnennähe steht und es eine warme Jahreszeit gibt, schmilzt der Schnee. Von der Erde aus ist Pluto kaum zu sehen, und es wurde nie von seiner Oberfläche gesprochen. Wissenschaftler kommen nun zu dem Schluss, dass Pluto in Bezug auf die Vielfalt der Oberflächenmerkmale im Sonnensystem nach der Erde an zweiter Stelle steht. Pluto ist der einzige Planet, zu dem noch kein Raumschiff geschickt wurde, aber nach solchen Entdeckungen des Hubble-Teleskops ist bereits geplant, dort eine Sonde zu starten. Bei der zweiten "Technischen Inspektion" im Februar 1997 wurde das Teleskop durch einen hochauflösenden Spektrographen, einen Spektrographen für schwache Objekte, ein Sternausrichtungsgerät, ein Tonbandgerät zur Aufzeichnung von Informationen und eine Solarbatterieelektronik ersetzt. Der Entwicklung des Teleskopbaus sind auf absehbare Zeit keine Grenzen gesetzt. Anscheinend ist die Zeit noch sehr weit entfernt, in der Astronomen in der Lage sein werden, alle darin enthaltenen Informationen aus der uns erreichenden Strahlung von Sternen und Galaxien "herauszupumpen" ... Autor: Musskiy S.A.
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