von Ruth Titz-Weider (DLR), Mai 2025
In allen astronomischen Forschungsgebieten unterwegs
Seit mehr als 30 Jahre ist dieses Arbeitspferd der Astronomie im Einsatz. Es wurde von der NASA mit Unterstützung der ESA entwickelt. Auf allen astronomischen Forschungsfeldern sind durch seine Daten Fortschritte erzielt worden, seien es klassische Himmelskörper wie Planeten, Sterne und Nebel oder die geheimnisvollen Objekte wie Schwarze Löcher, Galaxien, Dunkle Materie und Dunkle Energie. Hubble macht Aufnahmen bei verschieden Wellenlängen, nicht nur im sichtbaren Bereich, sondern auch im ultravioletten Spektralbereich bei 100 nm bis zum nahen infraroten bei 2,5µm. Durch seine Position in der Thermosphäre der Erde, wo es keinen störenden Wasserdampf mehr gibt, ist es einem bodengebundenen Teleskop weit überlegen.
Der Hubble-Satellit in seiner Erdumlaufbahn. Quelle: NASA
Ein schwieriger Anfang
Allerdings sah es unmittelbar nach seiner Ankunft in der Erdumlaufbahn am 24. April 1990 eher nach einem Desaster aus: die Oberfläche des 2,4 m großen Hauptspiegels entsprach nicht den Anforderungen, weil ein fehlerhaftes Kontrollgerät benutzt worden war und keine unabhängige Überprüfung der Testergebnisse am Boden erfolgt waren. Dadurch hatten Hubbles Bilder nicht die erwartete – und für viele wissenschaftliche Anwendungen notwendige – Schärfe.
Glücklicherweise umkreist das Hubble-Teleskop die Erde und ist nie weiter als 520 km von ihrer Oberfläche entfernt. Dadurch war es möglich, den Satelliten mithilfe der NASA-Raumfähre Space Shuttle zu reparieren. Durch fünf Einsätze konnte zunächst eine Korrekturlinse vor dem fehlerhaften Hauptspiegel angebracht werden, später wurde sie wieder entfernt und die einzelnen Instrumente erhielte je eine eigene „Brille“.
Aufnahme der Galaxie Messier 100 vor und nach der Installation der Korrekturlinse. Quelle: ESA/Hubble
Eine große Ernte
Die Bilder des Hubble-Weltraumteleskop geben sensationelle Einblicke in astronomische Objekte. Mehr als eine Million Beobachtungen wurden gemacht, über die in mehr als 21.000 begutachteten Artikeln berichtet wurde. Viele Erkenntnisse wurden dabei über Galaxien, Schwarze Löcher und Sternentstehung gewonnen. Einige seien hier genannt:
- Bestätigung, dass es supermassive Schwarze Löcher gibt.
- Beweis, dass es in fast alle Galaxien im Zentrum ein Schwarzes Loch gibt.
- Das erste Bild der Oberfläche eines Sterns, der nicht die Sonne ist.
- Bestätigung, dass die Andromeda-Galaxie mit unserer Milchstraße kollidieren wird.
Die beeindruckenden Bilder haben auch die nicht-wissenschaftliche Öffentlichkeit begeistert und sind zu Widerhall gefunden und sind zum Teil ikonisch geworden. Eine Bildergalerie bei der ESA bietet einen großen Fundus: https://esahubble.org/images/archive/top100/
Hubble und die Planeten
Nicht nur in den großen Dimensionen der Astronomie, sondern auch in der Planetenforschung hat Hubble neue Erkenntnisse geliefert und durch die eindrucksvollen Bilder der interessierten Öffentlichkeit zugänglich gemacht:
Jupiter
Aufnahme des Jupiters und seines Mondes Europa mit Hubble am 25. August 2020. Quelle: NASA, ESA, A. Simon (Goddard Space Flight Center), and M. H. Wong (University of California, Berkeley) and the OPAL team
Am 27. Juni 2020 wurde diese Aufnahme gemacht und zeigt Details, die man noch nie gesehen hat. Dabei war Jupiter „nur“ 644 Millionen Kilometern von der Erde entfernt. Er ist vollkommen von Wolken bedeckt. Der große rote Punkt ist das Auge eines Sturms, der seit mindestens 360 Jahren auf dem Planeten wütet.
Wasserfontänen am Jupitermond Europa
Ein zusammengesetztes Bild des Jupitermonds Europa mit vermutlichen Wasserschwaden. Die Aufnahmen des Mondes stammen von den Galileo- und Voyager-Missionen, überlagert sind die Hubble-Aufnahmen im Ultravioletten, die die Schwaden am Rand zeigen. Quelle: NASA, ESA, W. Sparks (STScI), and the USGS Astrogeology Science Center
Vermutlich handelt es sich bei den Schwaden in der Position von 7 Uhr um eine Fontäne aus Wasserdampf, die in der Silhouette von Europa zu sehen sind, wenn er vor dem Jupiter vorbeizieht. Die Empfindlichkeit von Hubble für ultraviolette Strahlung ermöglichte es, diese Erscheinungen zu entdecken, die mehr als 160 Kilometer über der eisigen Oberfläche von Europa aufsteigen. Sie könnte aus einem unterirdischen Ozean auf Europa stammt. Die Hubble-Daten wurden am 26. Januar 2014 aufgenommen. Das Bild von Europa, das den Hubble-Daten überlagert ist, wurde aus Daten der Galileo- und Voyager-Missionen zusammengestellt.
Polarlichter um den Jupitermond Ganymed
Das Bild des Jupitermonds Ganymed stammt von der Galilei-Mission, die Aufnahmen der Polarlichter im Ultravioletten wurde mit Hubble aufgenommen. Quelle: NASA, ESA, and J. Saur (University zu Köln)
Eine Aufnahme von Hubble im ultravioletten Bereich, das zwei Ringe von Polarlichtern um den Mond Ganymed zeigen. Die blauen Ringe sind mit einem Bild der Galilei-Mission überlagert, die den Mond im sichtbaren Licht zeigt. Die Position der Polarlichter verweist auf das Magnetfeld des Monds und gibt Hinweise auf den inneren Aufbau des Himmelskörpers, wo das Magnetfeld erzeugt wird. Die Schaukelbewegung des Magnetfelds ist auf die Wechselwirkung mit der gewaltigen Magnetosphäre des Jupiters zurückzuführen und ist ein Beweis, dass der Mond einen unterirdischen Ozean aus Salzwasser besitzt.
Neue Monde um Pluto und Neptun
Darstellung der Monde um Pluto. Mit Hubble wurde der vierte Mond – nach Charon, Nix und Hydra – entdeckt. Quelle: NASA, ESA, and Z. Levay (STScI) Credit: NASA, ESA, and M. Showalter (SETI institute)
Erst mit Hubble wurde es möglich Pluto und seinen Begleiter Charon getrennt voneinander darzustellen. Dabei konnte der scharfe Blick mit Hubble vier kleinere Monde ausfindig machen. Auch bei Neptun hat man weitere Begleiter gefunden.
Hubble und die Exoplaneten
Die Beobachtungszeit mit Hubble ist sehr begehrt und es ist leicht einzusehen, dass man so ein Instrument nicht zur Suche nach Transitereignissen einsetzen wird, um neue extrasolare Planeten zu finden. Das Weltraumteleskop hat aber wichtige Fortschritte bei der Charakterisierung bereits bekannter Exoplaneten ermöglicht.
Große Erfolge im Bereich der Exoplaneten konnte das Hubble-Weltraumteleskop in der Beobachtung von Transits bei verschiedenen Wellenlängen machen. Im Gegensatz zum JWST überdeckt es ja nicht nur Teile des infraroten Spektrums, sondern den sichtbaren und UV-Bereich. Mit der Technik der Transmissionsspektroskopie wird ein Transit bei verschiedenen Wellenlängen beobachtet. Unterschiede in den Transitsignalen geben Auskunft über Moleküle in der für den Beobachter ringförmigen Atmosphäre, weil sie das Sternenlicht unterschiedlich absorbieren.
Spektroskopie: Eine Methode, bei das Licht in verschiedene Wellenlängen aufgefächert wird. So kann man etwas über die Bestandteile der Exoplanetenatmosphären herausfinden. Quelle: ESA, CC BY-SA 3.0 IGO
Zu einzelnen Exoplaneten, die Hubble unter die Lupe genommen hat
Darstellung des Aufbaus der Atmosphäre des Exoplaneten HD 209458b basierend auf Hubble-Messungen. Quelle: NASA, ESA, and A. Feild (STScI)
Der erste Exoplanet, dessen Atmosphäre mit Hubble untersucht wurde, war HD 209458b im Jahr 2003. Dieser Veteran unter den Exoplaneten ist ein heißer Jupiter, der 1999 mit der Radialgeschwindigkeitsmethode entdeckt wurde und er war der erste Planet, den man im Transit beobachtet hat.
Exoplaneten vom Typ Sub-Neptun sind in den letzten Jahren in den Fokus gekommen. Mit Radien zwischen einem und vier Erdradien sind es Planeten, die wir so in unserem Sonnensystem nicht kennen und die einen Einblick in die Entstehung und Entwicklung von Planeten vermitteln können, insbesondere ob und welchen Typ von Atmosphäre sie haben. Dabei folgten auf Beobachtungen mit Hubble vielfach weitere Untersuchungen mit dem JWST oder mit bodengebundenen Teleskopen. Von besonderem Interesse waren die starken Hinweise auf Sub-Neptune, die eine mit Wasserdampf angereicherte Atmosphäre haben könnten. Aber es ist schwer, auf den gemessenen Spektren die Atmosphäre eindeutig zu beschreiben, und Modelle beinhalten teils Mehrdeutigkeiten und unterschiedliche Zusammensetzungen.
Künstlerische Darstellung des Exoplaneten GJ 9827d. Quelle: NASA, ESA, Leah Hustak and Ralf Crawford (STScI)
Ein Beispiel ist GJ 9827d, ein Sub-Neptun mit einer Größe von zwei Erdradien, vermutlich ein Gesteinsplanet. Aus der Kombination von Transitmessungen mit Hubble und dem JWST und hat man einen sehr wahrscheinlichen Aufbau für die Atmosphäre abgeleitet: eine mit Wasserdampf angereicherte Atmosphäre (steam atmosphere) angereichert mit „schwereren“ Elementen (high metallicity).
Das Hubble-Teleskop arbeitet noch immer und liefert nach wie vor Daten. Auch wenn es seine ursprünglich auf 15 Jahre geplante Missionsdauer lange überschritten hat, und in absehbarer Zukunft keine weiteren Reparatur-Einsätze durchgeführt werden können, geht die NASA davon aus, dass das Teleskop noch mehrere Jahre einsatzfähig sein wird, und so lange wird es weiterhin zu großartigen Entdeckungen in der Astronomie beitragen.
Um mehr zu erfahren, besuchen Sie die Hubble-Webseite der NASA or the Hubble-Projektseite des STScI.