Hubble – det store øje i rummet

Rumteleskopet Hubble er det mest succesfulde og produktive rumobservatorium, verden endnu har set.

Siden opsendelsen i april 1990 har Hubble leveret et utal af spektakulære billeder og enestående målinger, der på mange områder har givet os ny viden om universet.

Hubble har dog ikke kun begejstret astronomerne, men har med sine fantastisk smukke billeder bragt rummet ned på Jorden.

Mange af Hubbles billeder er små kunstværker malet af naturen selv.

Hubbles knivskarpe billeder af universets store stjernesystemer – galakserne – har givet astronomerne ny viden om, hvordan disse gigantiske samlinger af stjerner, gas og støv har udviklet sig.

I vores egen galakse, Mælkevejen, har Hubble zoomet ind på de enorme gas- og støvskyer, hvor nye stjerner og planeter bliver født. Hubble har studeret planeter, der kredser om andre stjerner end Solen, og i vores eget Solsystem har Hubble studeret alt fra polarlys på Saturn til støvstorme på Mars.

Hubble har kigget dybt ud i universet og har fanget lyset fra nogle af de allerførste galakser, der blev til efter universets fødsel i det såkaldte Big Bang. Omhyggelige observationer har også gjort det muligt at lave kort over det usynlige mørke stof, der udgør en stor del af galakser og store samlinger af galakser – såkaldte galaksehobe.

Men hvorfor er det nødvendigt med et rumteleskop som Hubble? Er der virkelig gode grunde til at bruge tid og penge på at sende et teleskop i kredsløb om Jorden? Det korte svar er ja – det lidt længere svar kommer her…

Atmosfæren driller

Når vi vil studere universet, er der nogle meget håndgribelige forhindringer, der ikke just gør astronomernes arbejde lettere. En væsentlig stopklods er Jordens atmosfære, der normalt er meget urolig. Varm luft stiger op, afkøles og synker atter ned – ganske som vandet i en gryde, der er i kog.

Når bobler af varm og kold luft bevæger sig rundt over vores hoveder, har det ubehagelige konsekvenser for observationerne af alt, hvad der ligger uden for atmosfæren. Den urolige luft ændrer nemlig retningen af det lys, der ankommer fra for eksempel fjerne stjerner. En konsekvens af lufturoen er, at stjernerne ser ud til at blinke.

Selv om denne effekt unægtelig gør sig vældig godt set fra et æstetisk synspunkt, så er det den rene gift for astronomiske observationer. Studeres en blinkende stjerne med stor forstørrelse, afsløres det, at den hopper og danser rundt i synsfeltet.

Under langtidsoptagelser af svage objekter betyder det, at lyset fra det fjerne himmellegeme spredes ud over et større område. Er objektet meget svagt, kan udtværingen ligefrem betyde, at objektet i værste fald slet ikke registreres.

Op over luft-overfladen

For at håndtere dette problem er mange store teleskoper i dag udstyret med såkaldt adaptiv optik, hvor den atmosfæriske uro neutraliseres. I praksis analyseres forvrængningen af det indkommende lys, hvorefter et deformerbart spejl påfører en modsat forvrængning. Herved ophæves en stor del af den atmosfæriske flimren.

Selv om udviklingen af adaptiv optik er kommet langt, er der dog fortsat kun én sikker metode til at ‘afblinke’ stjernerne. Nemlig at komme op over det urolige lufthav, som vi bor på bunden af. Det gøres i praksis bedst ved at sende teleskopet ud i rummet.

Filter for energirigt lys

En anden egenskab ved atmosfæren er, at den virker som et kraftigt filter: Kun bestemte former for lys kan trænge hele vejen ned til teleskoperne på jordoverfladen.

Gammastråling, røntgenstråling og hovedparten af det ultraviolette lys, der er de mest energirige former for lys, kan ikke slippe igennem. Det samme gælder dele af det infrarøde lys og kortbølget radiostråling (mikrobølger). Kun synligt lys og langbølget radiostråling har fri passage.

Hvis en astronom vil iagttage en af de strålingstyper, som ikke passerer gennem atmosfæren, er der kun én løsning: Teleskopet må op over atmosfæren. Det kan til dels klares med højtflyvende balloner eller med raketsonder. Men den mest effektive løsning er permanent at anbringe teleskopet højt over Jordens filtrerende luftlag.

Ud i rummet

Tanken om et teleskop i rummet stammer helt tilbage fra 1946, hvor idéen blev fremsat af den amerikanske astronom Lyman Spitzer. Men der skulle gå en halv menneskealder, inden tanken blev ført ud i livet. I 1970’erne begyndte det europæiske rumagentur (ESA) og NASA i fællesskab at designe og senere at bygge et rumobservatorium. Spitzer deltog i øvrigt selv aktivt i dette krævende arbejde.

Resultatet af de fælles anstrengelser blev den 24. april 1990 bragt ud i rummet af rumfærgen Discovery. Det nye instrument, Rumteleskopet Hubble, blev meget passende opkaldt efter den amerikanske astronom Edwin P. Hubble (1889-1953), der i slutningen af 1920’erne opdagede, at universet udvider sig.

Et meget vigtigt mål med det nye teleskop var nemlig at foretage en nøjagtig bestemmelse af den såkaldte Hubblekonstant, der er et mål for, hvor hurtigt universet udvider sig.

Katastrofal start

Da Hubble var kommet på plads i sin bane godt 600 km over jordoverfladen, gik der dog ikke lang tid, før astronomerne til deres store rædsel måtte konstatere, at teleskopet ikke kunne tage skarpe billeder. Det viste sig, at det 2,4 meter store hovedspejl var blevet slebet uhyre præcist, men i en forkert form!

Fadæsen var opstået, fordi det apparatur, der blev brugt til at teste spejlets krumning, var indstillet forkert. En betydelig del af gevinsten ved at komme op over den forstyrrende atmosfære var således effektivt blevet smidt væk!

Briller til Hubble

I de første tre år havde Hubble med andre ord et lettere sløret syn på verden. Men i december 1993 blev det skarpt. Under det første af en række serviceeftersyn med rumfærge, blev Hubbles instrumenter forsynet med en form for ‘briller’, som kompenserede for det forkert slebne spejl – et indgreb, der med ét slag gjorde Hubble til et uovertruffet teleskop.

Selv om der efter jordisk standard kun er tale om et mellemstort teleskop, så har dets evne til at optage meget skarpe billeder virkelig gjort en utrolig forskel. Mange af Hubbles store opdagelser er blevet gjort ved at studere objekter, der er blevet fotograferet utallige gange før. Men den store detaljerigdom i Hubbles billeder har afsløret nye og overraskende fænomener i forbindelse med astronomernes gammelkendte objekter.

Et slående eksempel er Hubbles billede af den store gaståge i stjernebilledet Orion: Her findes et meget aktivt fødested for stjerner, som er blevet foreviget til hudløshed af såvel amatører som professionelle. Men på Hubbles optagelser afsløres noget nyt: skiver af gas og støv omkring nogle af de nyfødte stjerner – skiver, der efter alt at dømme udgør forstadierne til planetsystemer omkring stjernerne.

Hubble’s ultradybe kik

Rumteleskopet Hubble har leveret det hidtil dybeste kik ud i rummet. Det såkaldte Hubble Ultra Deep Field (HUDF) gør det muligt at studere universets første galakser. HUDF viser et lille udsnit af himlen i stjernebilledet Fornax (Ovnen), der ligger under stjernebilledet Orion. HUDF er blevet til ved at kombinere optagelser fra to af Rumteleskopet Hubbles følsomme kameraer. Den samlede eksponeringstid er en million sekunder svarende til ca. 12 dage.

Det vurderes, at der er ca. 10.000 galakser i billedet, der dækker et areal på himlen, som er 100 gange mindre end fuldmånens. Hver af disse galakser kan indeholde mange milliarder stjerner.

Det vigtigste ved HUDF er, at det dybe kik gør det muligt at studere de første galakser i universet. Når vi ser fjerne objekter, ser vi dem ikke som de ser ud nu. Vi ser dem som de så ud, da de udsendte det lys, vi i dag registrerer. HUDF er derfor en form for astronomisk tidsmaskine.

Universets ældste galakser

De fjerneste galakser i HUDF vurderes at ligge i en så stor afstand, at deres lys har været undervejs i 13,3 milliarder år. Da universet formodes at være 13,7 milliarder år gammelt, er disse galakser antageligt blandt de første, der blev dannet efter universets voldsomme fødsel i det såkaldte Big Bang.

I HUDF vil selv så fjerne galakser kunne ses uden hjælp af kosmiske forstørrelsesglas, der i den seneste tid har ført til opdagelsen af meget fjerne objekter. Hubble har også leveret et infrarødt billede af samme område og detaljerede studier af HUDF og dets infrarøde modstykke.

Opfølgningsobservationer med andre teleskoper er allerede godt i gang med at give os afgørende ny indsigt i de tidligste stadier af galaksernes dannelse og udvikling.

Hubble i topform

Selvom Hubble i år kan fejre 20 års jubilæum, har teleskopet aldrig været i bedre form til at studere universet. I maj 2009 fik Hubble nemlig besøg af rumfærgen Atlantis, der gennemførte den femte og sidste servicemission til Rumteleskopet.

I løbet af fem rumvandringer fik astronauterne blandt andet udskiftet gamle batterier, gyroskoper til retningskontrol og et defekt datastyringssystem. Astronauterne gennemførte også reparationer af to af Hubbles videnskabelige instrumenter, der slet ikke var designet til at blive repareret i rummet.

Ud over reparationerne installerede Atlantis-astronauterne også helt nye og meget ydedygtige instrumenter: Wide Field Camera 3 (WFC3) og Cosmic Origins Spectrograph (COS), der allerede har demonstreret deres evne til at levere varen. Med reparationerne og de nye instrumenter kan Hubble – hvis alt går vel – fortsætte med at levere banebrydende opdagelser og fascinerende billeder frem til mindst 2014.

Lavet i samarbejde med Aktuel Naturvidenskab og Tycho Brahe Planetarium