Der Ringnebel
Diese Aufnahme zeigt die effektvolle farbige Gestalt des Ringnebels. Sie enthüllt eine komplexe Struktur, die in früheren Aufnahmen nur zu erahnen war. Anhand dieser Aufnahme konnten Wissenschaftler ein dreidimensionales Modell des Nebels konstruieren – das die wahre Gestalt dieses eindrucksvollen Objekts zeigt.

Hubble auf dem Weg in den Weltraum
Die Raumfähre Discovery hebt am Morgen des 24. April 1990 vom Kennedy Space Center in Florida zur Mission STS-31 ab — dem Start des Weltraumteleskops Hubble.

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ANFÄNGE

Das Weltraumteleskop Hubble wurde im Jahr 1990 gestartet. Damit öffnete sich das Kapitel seiner wissenschaftlichen Entdeckungen. Hubbles Geschichte jedoch begann schon lange bevor die Raumfähre Discovery an einem trüben Aprilmorgen abhob, nämlich fast ein Vierteljahrhundert zuvor.

Seit Jahrhunderten dienen Teleskope als Werkzeuge der astronomischen Forschung, manch ausgeklügelte Instrumente zur Vermessung des Himmels sind noch älter. Unbestritten gilt die Astronomie als erste Naturwissenschaft, deren Wurzeln weit über 2000 Jahre in das alte Babylon und nach Griechenland zurückreichen.

Weitaus jünger ist hingegen der Gedanke, ein Teleskop mithilfe einer Rakete in den Weltraum zu bringen.

Die ersten, uns bekannten ernsthaften Vorschläge stammen aus den 1920er Jahren und gehen auf den deutschen Raketenpionier Hermann Oberth zurück. Sogar zu seiner Zeit hatten solche Pläne eher etwas von Science-Fiction als von strenger Wissenschaft, denn Oberths Vorschläge folgten nur zwei Jahrzehnte, nachdem sich überhaupt das erste Motorflugzeug mühsam für ein paar Flugsekunden von der Startbahn erhoben hatte. Zugegeben, die Luftfahrt hatte sich in diesen 20 Jahren mit den ersten Atlantikflügen und der Gründung der ersten Fluggesellschaften sprunghaft entwickelt. Aber auch wenn sich die vorderste Front der Luftfahrt nach vorn verschoben hatte, so gehörte Oberths Zeit doch immer noch zu dem Zeitalter der Doppeldeckerflugzeuge aus Holz und Baumwollstoff, der Luftschiffe und der Flugboote – und nicht zu dem der glänzenden Raketen aus Stahl.

Tatsächlich sollte es noch weitere drei Jahrzehnte dauern, bis es der Menschheit gelang, sich aus der Umklammerung der Erde zu lösen, und der Weg in den Orbit sollte ein ungeheuer zerstörerischer sein.

So entstammen die Technologien, die man braucht, um Objekte in den Weltraum zu bringen, keiner friedlichen wissenschaftlichen Forschung. Die unglückseligen Vorgänger der heutigen Weltraumraketen sind von Deutschland im Zweiten Weltkrieg entwickelte ballistische Raketen, die von den Vereinigten Staaten und der Sowjetunion während des Kalten Krieges als Teil ihrer Atomwaffenprogramme weiterentwickelt wurden.

Mit der ersten Umrundung unseres Planeten durch den Sputnik im Jahr 1957 fand diese Kriegstechnologie endlich eine friedliche Nutzung. Gleichzeitig erwies sich damit, dass die Raumfahrt mehr als eine theoretische Möglichkeit war.

Das Zeitalter der Weltraumfahrt hatte begonnen.

Beginn des Zeitalters der Weltraumfahrt
Mit seinem Start im Oktober 1957 läutete der Sputnik das Zeitalter der Weltraumfahrt ein. Er trug keine wissenschaftliche Nutzlast und war kaum mehr als ein Machbarkeitsnachweis. Allerdings bewies er, dass es technisch möglich war, einen Satelliten in die Erdumlaufbahn zu bringen. Außerdem löste er das Weltraumrennen zwischen den Vereinigten Staaten und der Sowjetunion aus. Weniger als zwölf Jahre später sollte Neil Armstrong seinen „kleinen Schritt“ auf die Oberfläche des Mondes machen. Das hier dargestellte Modell ist im Nationalen Luft- und Raumfahrtmuseum in den USA ausgestellt.

Pioniere der Weltraumastronomie

Zur Zeit des Sputnikstarts hatte die Idee, den Weltraum vom Weltraum aus zu beobachten, bereits angefangen Gestalt anzunehmen.

Im Jahr 1946 machte sich der amerikanische Wissenschaftler Lyman Spitzer an die Entwicklung realistischerer Pläne für ein Weltraumteleskop weit oberhalb der störenden Einflüsse der Atmosphäre. Der im Jahr 1946 noch junge Universitätswissenschaftler sollte über die folgenden Jahrzehnte eine Schlüsselfigur bei der Entwicklung des Hubble-Projekts bleiben – schließlich sollte ein weiteres Weltraumteleskop nach ihm benannt werden. Das im Jahr 2003 gestartete Weltraumteleskop Spitzer beobachtet das Universum im Infrarotbereich des Lichts.

Nachdem die Raumfahrt im Jahr 1957 Realität geworden war, konnte man der Idee, ein Weltraumteleskop in den Orbit zu bringen, nur schwer widerstehen, denn die Atmosphäre ist des Astronomen größter Feind.

Millionen oder sogar Milliarden Jahre lang durchquert das Licht das Universum ungestört. Bevor es aber unsere Teleskope erreicht, wird es dann in den letzten Mikrosekunden durch die turbulente, trübe und schwer vorhersagbare Atmosphäre behindert.

Das Funkeln der Sterne am Nachthimmel, das durch die Bewegung der Luft in der oberen Atmosphäre entsteht, ist die sichtbarste Auswirkung der Atmosphäre auf das Sternenlicht, aber bei Weitem nicht die einzige. Staub und Feuchtigkeit in der Luft verstärken den Schimmereffekt der Turbulenz, sie absorbieren oder verändern die Farbanteile des Lichts, die Wissenschaftlern sonst so viel über die Eigenschaften astronomischer Objekte verraten. Die Ozonschicht absorbiert ultraviolettes Licht – das ist gut für die meisten von uns, weil ultraviolettes Licht Hautkrebs verursacht, aber schlecht für die Astronomen, weil diese Absorption ihre Forschungen über junge und heiße Sterne behindert, die im ultravioletten Bereich hell leuchten. Die Feuchtigkeit absorbiert infrarotes Licht, das aufgrund seiner speziellen Eigenschaften oft die einzige Möglichkeit bietet, durch Staubnebel hindurchzusehen.

Die störenden Einflüsse der Atmosphäre hinter sich lassen
Diese beiden Bilder der Galaxie NGC 2442 (der Fleischerhaken-Galaxie) verdeutlichen den großen Unterschied zwischen Beobachtungen vom Boden aus und denen aus dem Weltraum. So stammt die Aufnahme links von dem 2,2 m-Teleskop MPG/ESO am La Silla Observatorium in Chile und ist weniger detailreich. Die Aufnahme oben stammt vom Weltraumteleskop Hubble. Sie zeigt viele Details mit klar definierten einzelnen Sternen und Nebeln. Der Unterschied liegt nicht am Teleskop, denn beide Teleskope haben eine ähnliche Größe und sind mit Detektoren auf dem letzten Stand der Technik ausgestattet. Aber selbst an einem der besten Beobachtungsorte der Welt reduziert die Atmosphäre über ihm die Aufnahmequalität beträchtlich.
So einfach sind die Dinge natürlich nicht ganz. Bodenteleskope können oft ein weiteres Sichtfeld (wie links zu erkennen) darstellen. Und mithilfe einer als adaptive Optik bezeichneten Technik kann man die Auflösung der Bodenteleskope verbessern. Indem sie die Bedingungen in der oberen Atmosphäre kontinuierlich überwachen und die Form der Teleskopspiegel so ändern, dass die Turbulenzen ausgeglichen werden, gelingen Astronomen manchmal Beobachtungen, die durchaus mit den Beobachtungen vom Weltall aus vergleichbar sind. Allerdings funktioniert die Technik nur im Infraroten besonders gut, und die Turbulenzen werden auch nur für einen sehr kleinen Teil in der Mitte des Bildes ausgeglichen.

Wenn stabile und scharfe Beobachtungen gebraucht werden, bleibt zweifelsohne – vorerst – Hubble die erste Wahl.

Oben: Erdumkreisendes astronomisches Observatorium 1 (OAO-1)
OAO-1 war das erste Weltraumteleskop, das je gestartet wurde. Kurz nachdem es die Erdumlaufbahn erreicht hatte, versagten seine Systeme, und so machte das Teleskop nie eine Beobachtung. Seine beiden Nachfolger OAO-2 und Copernicus (OAO-3), die in den Jahren 1968 und 1972 gestartet wurden, waren beide äußerst erfolgreich und bewiesen, dass es lohnenswert wäre, ein noch ehrgeizigeres Projekt wie das Weltraumteleskop Hubble anzugehen.

Unten: Hubble-Spiegel aus der Nähe
Während der Konstruktion des Teleskops prüfen Ingenieure Hubbels 2,4 m-Hauptspiegel. Ein winziger Fehler im Spiegel, der den Prüfern bei diesen Tests entging und von einem schlecht kalibrierten Testinstrument verursacht wurde, sollte sich später für das Hubble-Team als ein größeres Problem herausstellen.

Obgleich die Astronomen einige dieser Probleme reduzieren können, indem sie ihre Teleskope auf hohen Berggipfeln, in Wüsten und in Regionen mit äußerst vorhersagbarem Wetter bauen, und es Techniken gibt, mit deren Hilfe man einige der atmosphärischen Effekte eliminieren kann, besteht doch die einzige Möglichkeit, das Problem ganz zu beseitigen, darin, die Atmosphäre insgesamt zu umgehen.

Und das funktioniert nur, wenn man die Atmosphäre ganz verlässt.

Aufregende Entdeckungen machten in den 1960er und 1970er Jahren Experimente, bei denen man Teleskope auf suborbitale Raketen und Heliumballone montierte. Gedacht waren sie für Beobachtungen weit über der Erdoberfläche, aber immer noch innerhalb der obersten Bereiche der Atmosphäre. In gewisser Weise kann man sie als Vorgänger des Weltraumteleskops Hubble ansehen.

Die ersten echten,...