Anfang 2009 besuchte ein Team von Astronauten Hubble,
um den Verschleiß von zwanzig Jahren in einer feindlichen Umgebung zu reparieren —
und um zwei neue Instrumente zu installieren, den Cosmic Origins Spectrograph
und die Wide Field Camera 3 - besser bekannt als WFC3.
WFC3 ist eine multispektrale Kamera für ultraviolettes, sichtbares und Infrarotlicht,
die Hubbles fotografische Fähigkeiten dramatisch erweitert.
Mit diesen neuen Fähigkeiten setzt Hubble auch nach zwei Jahrzehnten im Orbit immer noch neue Maßstäbe.
Dies ist der Hubblecast, Nachrichten und Bilder vom Weltraumteleskop Hubble der NASA/ESA.
Mit unserem Gastgeber Doktor J, alias Dr. Joe Liske, reisen wir durch Zeit und Raum.
In Folge 30 des Hubblecast haben wir einige der allerersten
Bilder gesehen, die mit der Wide Field Camera 3 aufgenommen wurden,
Hubbles neuestem und modernstem Instrument.
Heute schauen wir uns etwas von der Wissenschaft hinter diesen Bildern an.
Wir werden sehen, wie diese bemerkenswerte neue Kamera
Hubble dazu verhilft, das Unsichtbare zu sehen,
und weit in die Vergangenheit zurück zu blicken, um Objekte zu sehen, die weiter von uns entfernt sind als je einer gesehen hat.
WFC3 wurde auf Hubble als Ersatz für die WFPC2 installiert,
die Wide Field and Planetary Camera 2,
die über lange Jahre das Arbeitspferd von Hubble war.
Die beiden Instrumente haben nicht nur sehr ähnliche Namen und sehen fast identisch aus.
Die Fähigkeiten von WFC3 sind auch in gewisser Hinsicht
nur eine optimierte Version von denen ihres Vorgängers —
außer der schärferen Bilder und empfindlicheren Lichtsensoren.
Aber neben diesen inkrementellen Verbesserungen bringt WFC3 auch einen ganzen
Sack neuer Funktionen mit, die uns Astronomen wirklich begeistern.
Die WFC3 sind eigentlich zwei Instrumente in einem:
der UV- und der sichtbare Lichtkanal sind ein WFPC2-Ersatz,
aber mit sechsmal so viel Pixeln auf etwa demselben Bildfeld.
Außer dass sie eine höhere Auflösung als zuvor haben,
sind die Bilder dieses Teils der WFC3 auch die bisher schönsten
mit Details, die man noch durch kein Teleskop zuvor gesehen hat.
Doch der Infrarotkanal der WFC3 ist der wahre Durchbruch.
Die Infrarot-Astronomie erhält derzeit viel Aufmerksamkeit.
Es sind nicht nur die neuen Funktionen von Hubble:
Das Herschel Space Observatory der ESA, das Spitzer Weltraumteleskop der NASA
und das zukünftige James Webb Weltraumteleskop der NASA/ESA/CSA
wurden alle für den Infrarotbereich ausgestattet.
Einer der Gründe dafür ist, dass die Beobachtung im Infraroten den Astronomen erlauben,
relativ kühle Objekte zu beobachten, die im sichtbaren Bereich wenig oder gar kein Licht aussenden.
Ein Beispiel dafür sind sogenannte protoplanetare Nebel, eine Hülle aus kühlem Gas
die von einer bestimmten Art von Sternen abgestoßen wird,
wenn der nukleare Brennstoffvorrat zur Neige geht.
Es ist schwierig diese Nebel durch ein optisches Teleskop zu beobachten,
da sie kaum sichtbares Licht ausstrahlen,
weshalb die Astronomen stattdessen auf das schwach reflektierende Sternenlicht zurückgreifen müssen, um überhaupt etwas zu sehen.
Im infraroten Bereich hingegen leuchten protoplanetare Nebel viel heller.
Infrarot-Bildgebung ist auch sehr nützlich, um durch riesige
interstellare Staubwolken hindurch zu sehen, die für sichtbares Licht undurchdringlich sind.
Das hat etwa denselben Grund, warum Sonnenuntergänge rot sind.
Genau wie Teilchen in der Atmosphäre blaues Licht mehr als rotes streuen,
blockieren interstellare Staubwolken sichtbares Licht mehr als das Infrarot.
Hubble ist für seine markanten Bilder mit sichtbarem Licht berühmt geworden,
von riesigen Wolken aus interstellarem Staub und Gas.
Aber manchmal wollen Wissenschaftler wissen, was sich dahinter verbirgt
oder innerhalb der Staubwolke.
Infrarot-Beobachtungen lüften den Schleier und enthüllen die versteckten Sterne.
Bisher war die Infrarot-Bildgebung eine Herausforderung für Hubble.
Das Near Infrared Camera and Multi-object Spectrometer NICMOS
erlaubte es den Astronomen, Objekte im Infrarotlicht zu untersuchen,
in einer Weise, wie es vom Boden aus nicht möglich war. Aber sie zwang sie, eine schwierigen Kompromiss einzugehen.
Weil seine Bilder klein waren: nur etwa 65 000 Pixel,
ähnlich einem Handybildschirm,
produzierte NICMOS die schärfsten Bilder
nur wenn es sich auf ein sehr enges Bildfeld konzentrierte.
Bei Übersichtsaufnahmen ging das sehr zu Lasten des Detailreichtums.
Zusätzlich zu einem viel breiteren Bildfeld und einer besseren Empfindlichkeit
hat der WFC3 Infrarotkanal eine Million Pixel,
15 mal mehr als NICMOS und fast so gut wie ein Computerbildschirm.
Das bedeutet, dass Astronomen keine Kompromisse mehr eingehen müssen
zwischen wie viel vom Himmel sie beobachten können
und wie viel Detail sie darin studieren können.
Diese Verbesserungen bedeuten, dass Hubble jetzt viel besser
bei der Beobachtung großer Himmelsbereiche sowie sehr schwacher und sehr weit entfernter Objekte ist.
Diese haben eine Schlüsselrolle für die Kosmologie,
das Studium der Ursprünge und der Entwicklung des Universums.
Weil sich das Universum ausdehnt, werden Lichtwellen von entfernten Objekten
gestreckt, während sie durch den Raum reisen, und die Wellenlängen werden größer.
Je weiter ein Objekt entfernt ist, desto mehr wird sein Licht auf seiner Reise zu uns gestreckt.
und umso röter erscheint das Licht. Daher ist der Effekt als Rotverschiebung bekannt.
Bei sehr weit entfernten Objekten wird ihr ultraviolettes und sichtbares Licht
so sehr rotverschoben, dass es infrarot wird, wörtlich „unter rot“
und das ist der Grund, warum Infrarot-Bildgebung für die Beobachtung
diese sehr weit entfernten Galaxien so wichtig ist.
Dies ist das Hubble Ultra Deep Field, ein Bild im sichtbaren Licht
aufgenommen 2003 und 2004 mit der Advanced Camera for Surveys von Hubble.
Das Bild bedeckt einen kleinen Fleck des Himmels fast hundert Mal kleiner
als die Fläche des Vollmondes.
Es enthält keine Sterne, die mit dem bloßen Auge sichtbar sind — aber mit einer Belichtungszeit von einer Million Sekunden
zeigen sich in dem kleinen schwarzen Fleck des Himmels diese verschwindend schwachen fernen Galaxien.
Untersuchen wir die gleiche Region mit dem Infrarotkanal von WFC3,
zeigen sich noch weiter entfernte Galaxien:
Einige davon sind so weit weg,
dass sie komplett aus dem sichtbaren Spektrum heraus rotverschoben wurden.
Wir sehen hier Galaxien wie sie vor vielen Milliarden Jahren waren.
Als das Licht einiger dieser Galaxien seine lange Reise zu uns antrat,
waren unsere Sonne und unsere Erde noch nicht einmal geboren.
Aber was die Kosmologen wirklich an der Infrarotaufnahme
des Hubble Ultra Deep Field mit WFC3 begeistert,
ist nicht nur, was sozusagen im Vordergrund erscheint, so erstaunlich das ist,
sondern der Teppich winziger, schwacher Flecken, die gerade noch
im Hintergrund sichtbar sind, jenseits dieser bereits weit entfernten Galaxien.
Einige der Lichtflecken in diesem unscharfen Bild
sind nur Anomalien der Lichtsensoren,
aber unter ihnen sind auch schwache Spuren früher Galaxien.
In diesem Foto blicken wir auf einige der entferntesten Objekte, die jemals ein Mensch gesehen hat.
Sie sind so weit entfernt und ihr Licht ist so weit gereist,
dass wir diese Galaxien so sehen wie sie vor 13 Milliarden Jahren aussahen,
als das Universum nur etwa 5% seines derzeitigen Alters hatte.
Das Entdecken und Untersuchen dieser Galaxien kann uns viel
über die vorherrschenden Bedingungen
in den frühesten Jahren des Universums erzählen,
und bestätigen — oder vielleicht widerlegen — ob unsere Theorien der frühen Galaxienbildung richtig sind.
Wie auch immer, Beobachtungen wie diese
bringen uns sicherlich ein paar Schritte näher heran,
die Geschichte unseres Universums zu verstehen.
Ich bin Dr. J und sage auf Wiedersehen vom Hubblecast.
Wieder einmal hat uns die Natur über unsere wildeste Vorstellungskraft hinaus überrascht.
Hubblecast wird von ESA/Hubble an der Europäischen Südsternwarte in Deutschland produziert.
Die Hubble-Mission ist ein Projekt der internationalen Zusammenarbeit zwischen der NASA und der Europäischen Weltraumorganisation.
Untertitel: ESA/Hubble, Übersetzung: Norbert Vorstädt