Hubble-ruimteteleskoop

Die Hubble-ruimteteleskoop is 'n ruimteteleskoop wat deur die ruimtependeltuig Discovery in April 1990 in 'n wentelbaan om die Aarde geplaas is. Die teleskoop is vernoem na die Amerikaanse sterrekundige Edwin Hubble. Dit is nie die eerste teleskoop wat in die ruimte geplaas is nie, maar wel die grootste en veelsydigste. Hubble is 'n samewerkingsprojek tussen die Amerikaanse NASA en die Europese ESA.

Die Hubble-ruimteteleskoop

Die idee van 'n ruimteteleskoop is reeds in 1923 geopper, maar fondse vir Hubble het eers in die 1970's begin instroom, met 'n beplande lansering in 1983. Die projek is egter deur tegniese vertragings, finansiële probleme en die Challenger-ramp teëgesit en is uiteindelik eers in 1990 gelanseer. Wetenskaplikes het egter gou gemerk dat die hoofspieël (Hubble het nie lense nie, maar spieëls) in die verkeerde vorm geslyp was. Die probleem kon eers in 1993 tydens 'n onderhoudsbeurt gekorrigeer word, waarna die bedoelde kwaliteit van die teleskoop herstel is. Aangesien Hubble buite die Aarde se atmosfeer wentel, bevat sy foto's byna geen agtergrondlig nie, wat uiters skerp beelde moontlik maak. Hubble se bekende Ultra Deep Field-foto, byvoorbeeld, is die mees gedetailleerde sigbare lig-foto wat ooit van die heelal se verste voorwerpe gemaak is. Baie Hubble-waarnemings het tot deurbrake in astrofisika gelei, soos die akkurate meting van die spoed waarteen die heelal uitsit.

Hubble is die enigste teleskoop wat ontwerp is om in die ruimte deur ruimtereisigers onderhou te word. Tussen 1993 en 2002 is vier onderhoudsbeurte uitgevoer, alhoewel die vyfde op grond van veiligheidsredes gekanselleer is ná die Columbia-ramp in 2003. Uiteindelik is op 'n laaste onderhoudsbeurt besluit wat in 2009 voltooi is en daar word tans verwag dat die teleskoop nog tot 2020 in werking sal bly.

Geskiedenis

Die derde Omwentelende Sterrekundige Sterrewag (of Orbiting Astronomical Observatory), een van die eerste ruimteteleskope

Die Duitse wetenskaplike Hermann Oberth, een van die vaders van die vuurpyl, het in 1923 voorgestel dat 'n teleskoop op 'n vuurpyl geplaas word en na die ruimte gestuur word. Sy idee is egter nooit verwesenlik nie en die volgende wetenskaplike wat 'n soortgelyke idee sou opper was die Amerikaanse astrofisikus Lyman Spitzer Jr., wat in 1946 in 'n tesis 'n ruimtesterrewag voorgestel het. Hy het die volgende 50 jaar daaraan gewerk om hierdie idee te verwesenlik. Spitzer was een van die dryfkragte agter verskeie omwentelende sterrewagte van sy tyd, soos die Copernicus-satelliet en die Orbiting Astronomical Observatory ("Omwentelende Sterrekundige Sterrewag"). Dit is ook deels deur sy toedoen dat NASA die "Groot Ruimteteleskoop"-projek in 1969 begin het. Begrotingsbeperkings het beteken dat die aanvanklike voorstel afgeskaal is, met 'n kleiner teleskoopspieël en minder wetenskaplike instrumente aan boord.

In 1974 het die span wat aan die projek werk voorgestel dat die teleskoop instrumente gebruik wat verwisselbaar is. Die voorgestelde instrumente sou 'n voorwerp tot op een tiende van 'n boogsekonde kon onderskei en golflengtes kon bestudeer wat wissel van ultraviolet tot sigbare en infrarooi lig. Die Ruimtependeltuig sou die teleskoop in 'n wentelbaan om die Aarde plaas en sou die teleskoop ook weer na die Aarde kon terugbring vir herstelling en die vervanging van instrumente of selfs onderhoud in die ruimte moontlik maak.

Die poets van die hoofspieël begin by die Perkin-Elmer Korporasie in Connecticut in Mei 1979

Die Europese Ruimteagentskap (ESA) en Nasa (die National Aeronautics and Space Administration) het in 1975 begin om saam te werk aan 'n plan wat uiteindelik die Hubble-ruimteteleskoop sou word. In 1977 het die Amerikaanse kongres fondse vir die teleskoop goedgekeur. Kort daarna het voorstelle vir wetenskaplike instrumente wat aan boord geplaas kon word begin instroom, waarvan vyf wenners gekies is. Terselfdertyd het NASA-sentrums, kontrakteurs en universiteite die werk aan die teleskoop in alle erns begin. Marshall Space Flight Center in Huntsville, Alabama, is gekies om die teleskoop te ontwerp, asook om die ontwikkeling en bou van die teleskoop en sy ondersteunende stelsels te hanteer. Goddard Space Flight Centre is gekies om die ontwerp, ontwikkeling en bou van die wetenskaplike instrumente uit te voer en ook om grondbeheer uit te voer.

Lansering van die Ruimtependeltuig Discovery, met die Hubble-ruimteteleskoop aan boord

Die Perkin-Elmer Korporasie is gekontrakteer om die samestelling van die teleskoop aan te pak, waaronder ook die spieëls en die leidingsensors wat nodig is om die teleskoop te rig en te stuur. Lockheed Missiles (tans Lockheed Martin) is gekontrakteer om die struktuur- en ondersteunende stelsels te bou, asook die ruimtetuig waarin die teleskoop geplaas sou word, en om die teleskoop dan te toets. Teen 1979 het ruimtevaarders opleiding vir die missie begin in 'n onderwatertenk (om gewigloosheid na te boots) met 'n teleskoopmodel.

Die Space Telescope Science Institute (STScI) is in 1981 in Baltimore, Maryland, gestig om die ruimteprogram te beheer. Die ruimteteleskoop is na die Amerikaanse sterrekundige Edwin Hubble vernoem, wat vroeër in die 21ste eeu getoon het dat die dowwe ligvlekke in die hemel ander sterrestelsels is en later ook bewys het dat die heelal besig is om uit te sit.

Na 'n aantal vertragings is die lansering van die teleskoop uiteindelik vir Oktober 1986 beplan. Op 28 Januarie 1986 het die Ruimtependeltuig Challenger egter 'n minuut na lansering ontplof en is alle verdere vlugte vir die volgende twee jaar gekanselleer. Die voltooide teleskoopdele is opgeberg, maar medewerkers het aangehou om klein verbeterings aan te bring, die sonkragbatterye te verbeter en ander stelsels op te dateer.

Op 24 April 1990 is Hubble uiteindelik aanboord die Ruimtependeltuig Discovery die ruimte in gestuur. Die teleskoop het toe vyf instrumente gedra: die Wide Field/Planetary Camera, die Goddard High Resolution Spectograph, die Faint Object Camera, die Faint Object Spectrograph en die High Speed Photometer.

Herstelling en instandhouding

Ruimtevaarders besig met herstelling en instandhouding tydens die eerste missie

Hierdie vergelykende beelde van die M100-sterrestelsel wys die dramatiese verbetering in Hubble se sig na die eerste instandhoudingsmissie

Ruimtevaarders vervang die giroskope tydens die 1999-missie

Dit het nie lank geduur voordat die wetenskaplikes kon sien dat daar êrens iets fout was nie. Hubble se foto's was miskien skerper as dié afkomstig van teleskope op die Aarde, maar hulle was geensins so skerp as wat verwag is nie, in teendeel: hulle was dof en onduidelik. Die oorsaak is gou ontdek: Hubble se hoofspieël, waaraan daar 'n jaar lank geslyp en gepolys is, het 'n defek gehad, 'n sogenaamde "sferiese afwyking": die vorm was nie reg nie, wat veroorsaak het dat die lig wat in die middel weerkaats word op 'n ander plek gefokus word as die lig wat op die rande weerkaats word. Hierdie afwyking het slegs 'n dikte ongeveer 1/50ste van dié van papier gehad, maar was genoeg om die sig te verwring.

Die probleem was 'n bekende optiese probleem, maar die situasie was uniek - ander teleskope kon hier op Aarde herstel word, terwyl die Hubble-ruimteteleskoop 569km bo die Aarde sweef. Die oplossing was 'n reeks klein spieëls wat die weerkaatsende lig sou opvang, die afwyking sou korrigeer en die lig terug na die wetenskaplike instrumente sou weerkaats. COSTAR (die Corrective Optics Space Telescope Axial Replacement) sou een van die ander instrumente vervang om die oorblywende instrumente se beelde te korrigeer. Ook is besluit om die Wide Field/Planetary Camera met 'n nuwer weergawe te vervang, wat klein spieëls sou bevat om die afwyking verder te help korrigeer.

Ruimtevaarders en NASA-personeel het 11 maande geoefen vir een van die ingewikkeldste ruimtemissies wat ooit beplan is. Die teleskoop was wel ontwerp om in die ruimte onderhou en herstel te word, maar dit sou die eerste keer wees dat so iets geprobeer sou word.

Op 2 Desember 1993 het die Ruimtependeltuig Endeavour 'n bemanning van sewe ruimtevaarders die ruimte ingeneem op 'n missie wat uiteindelik vyf dae van herstellings en ruimtewandelings sou inhou. Hulle het die High Speed Photometer verwyder en met COSTAR vervang en die oorspronklike WFPC met die nuwe WFPC2 vervang. Ook ander instandhouding moes uitgevoer word: die sonpanele, sekeringsproppe en ander hardeware is ook vervang. Die bemanning het hulle missie teen 9 Desember suksesvol voltooi.

Hubble se eerste nuwe beelde is op 13 Januarie 1994 vrygestel: die beelde het 'n uitstekende resolusie gehad en Hubble kon uiteindelik sy rol as ruimteteleskoop verwesenlik.

In die opvolgende jare is nog onderhoudsmissies uitgevoer. In Februarie 1997 is die Goddard High Resolution Spectrograph en die Faint Object Spectrograph met verbeterde instrumente vervang: die Near Infrared Camera and Multi-Object Spectrometer en die Space Telescope Imaging Spectrograph. In Desember 1999 is die sendtoestel, al ses giroskope en een van die drie leidingsensors vervang. In Februarie 2002 het ruimtevaarders die Advanced Camera for Surveys (ACS) aan die teleskoop toegevoeg, die eerste nuwe instrument wat sedert 1999 toegevoeg is. Die ACS het die gesigsveld verdubbel.

Tydens elke onderhoudsmissie is daar ook roetine herstelwerk uitgevoer, soos die herstelling van die sonpanele en termiese komberse en opgradering van toerusting.

Ná Februarie 2002 sou die volgende onderhoudsmissie in 2006 plaasvind. Op 1 Februarie 2003 het die Ruimtependeltuig Columbia tydens sy terugkeer van 'n navorsingsmissie uitmekaar geskeur toe dit die Aarde se atmosfeer binnegedring het. Al sewe die bemanning is oorlede en alle toekomstige ruimtependeltuigmissies is gekanselleer. Die toenmalige NASA-administrateur, Sean O'Keefe, het ook die volgende Hubble-onderhoudsmissie gekanselleer, met verwysing na veiligheidsmaatreëls wat ná die ongeluk ontwikkel is. Die volgende administrateur, Mike Griffin, het die saak heropen ná sy aanstelling in 2005 en sy ondersteuning vir 'n volgende missie uitgespreek. Op 31 Oktober 2006 het hy aangekondig dat 'n volgende onderhoudsmissie vir Hubble beplan word.

Die vierde missie het in Mei 2009 plaasgevind. Ruimtevaarders het die teleskoop opgradeer met die Wide Field Camera 3 en die Cosmic Origins Spectograph en ook die Advanced Camera for Surveys en die Space Telescope Imaging Spectrograph herstel. Hulle het ook Hubble se batterye en een van die leidingsensors vervang en ses nuwe giroskope geïnstalleer. Hulle het nuwe insulerende panele toegevoeg op plekke waar Hubble se termiese komberse ophou werk het. Ook is die SIC&DH (Science Instrument Command and Data Handling-eenheid), wat help om die wetenskaplike instrumente te beheer, vervang (die instrument het in 2008 'n elektriese probleem gehad en sedertdien nie meer goed gewerk nie). Laastens is 'n ringstruktuur toegevoeg wat 'n robotmodule sou toelaat om in die toekoms aan Hubble vas te heg, om dan die teleskoop uiteindelik terug na die Aarde te lei. Mettertyd sal Hubble se komponente verouder en uiteindelik ophou werk. Daarna sal die teleskoop se wentelbaan as gevolg van atmosferiese weerstand verswak en sal Hubble, met behulp van 'n robotmissie, terug na die aarde stort.

Een van die apparate wat saam met die ruimtevaarders terug na Aarde gekeer het, was die COSTAR. Al die huidige instrumente op Hubble is ontwerp om die oorspronklike spieëlafwyking in ag te neem, sodat hierdie korrigerende toestel oorbodig geword het. Tot en met dié tyd sal Hubble steeds elke dag beelde van die buitenste ruim terug na die Aarde stuur: ongeveer 120 GB data per week.

Die James Webb-ruimteteleskoop, wat op 25 Desember 2021 lanseer is, sal Hubble vervang. Vanuit 'n wentelbaan sowat 1,5 miljoen km van die Aarde af, sal dit vir hom moontlik wees om die geboortes van sterre, sonnestelsels en sterrestelsels te bestudeer, aangesien dit deur die stof kan kyk wat sigbare lig blokkeer. Die teleskoop sal ’n resolusie en sensitiwiteit sonder presedent hê, van sigbare lig met lang golflengtes tot middelinfrarooi.

Werking

Wetenskaplikes werk aan die WFC3, 'n kamera wat drie verskillende soorte lig kan waarneem en in 2009 aan Hubble toegevoeg is

Met 'n spoed van 8 km per sekonde neem dit die Hubble-teleskoop slegs 97 minute om een omwenteling om die Aarde te voltooi. Soos die teleskoop beweeg, vang sy spieël lig op en word die lig op verskeie van die wetenskaplike instrumente aan boord die teleskoop gerig.

Daar bestaan verskeie soorte teleskope: die Hubble-ruimteteleskoop is 'n Cassegrain-weerkaatser. Lig tref die teleskoop se hoofspieël en word na die sekondêre spieël weerkaats. Die sekondêre spieël fokus die lig deur 'n gaatjie in die middel van die hoofspieël wat tot die teleskoop se wetenskaplike instrumente lei.

Daar word dikwels foutief aangeneem dat 'n teleskoop se krag berus in hoeverre hy 'n voorwerp kan vergroot. Teleskope werk eintlik deur meer lig te versamel as wat die menslike oog kan opvang. Teleskope met 'n groter spieël kan meer lig versamel en het sodoende beter "sig". Hubble se hoofspieël het 'n deursnit van 2,4m. Dit is klein in vergelyking met dié van teleskope op aarde (wat meer as 10m kan wees), maar dis juis Hubble se posisie buite die atmosfeer wat sy beelde merkwaardige beeldskerpte gee.

Wanneer die spieël lig opgevang het, begin die verskillende wetenskaplike instrumente om (in samewerking of individueel) waarneming te verskaf. Elke instrument is ontwerp om die heelal op 'n ander wyse waar te neem.

• Die Wide Field Camera 3 (WFC3) kan drie verskillende soorte lig waarneem: naby-ultraviolet, sigbare en naby-infrarooi, maar nie terselfdertyd nie. Die resolusie en gesigsveld is baie beter as enige van die ander instrumente. WFC3 is een van die twee nuutste instrumente en is bedoel om donker energie en donker materie te bestudeer, asook die vorming van individuele sterre en die ontdekking van uiters afgeleë sterrestelsels wat tans buite Hubble se gesigsveld lê.
• Die Cosmic Origins Spectograph (COS), Hubble se ander nuwe instrument, is 'n spektograaf wat slegs in ultraviolet lig kan sien. Spektograwe tree byna soos prismas op: hulle skei lig van die kosmos in hulle onderskeie kleure. Dit bied 'n golflengte-"vingerafdruk" van die voorwerp wat waargeneem word en verskaf inligting oor die voorwerp se temperatuur, chemiese samestelling, digtheid en beweging. COS sal Hubble se ultravioletsensitiwiteit ten minste 10 maal verbeter en tot 70 maal wanneer uiters dowwe voorwerpe waargeneem word.
• Die Advanced Camera for Surveys (ACS) sien sigbare lig en is ontwerp om van die eerste aktiwiteite in die heelal te bestudeer. Die ACS help om die verspreiding van donker materie te karteer, die verste voorwerpe in die heelal op te spoor, te soek na ander massiewe planete en die ontwikkeling van sterrestelselswerms te bestudeer. Die ACS het in 2007 gedeeltelik ophou funksioneer, na 'n elektriese kortsluiting, maar is tydens die vierde onderhoudsmissie in Mei 2009 herstel.
• Die Space Telescope Imaging Spectograph (STIS) is 'n spektograaf wat ultraviolet, sigbare en naby-infrarooi lig raaksien en ook daarvoor bekend is dat dit swartgate kan opspoor. Terwyl die COS beter werk met klein ligbronne, soos sterre en kwasars, kan die STIS weer beter funksioneer wanneer dit groter voorwerpe, soos sterrestelsels, karteer. Die STIS het in 2004 heeltemal ophou werk na 'n tegniese probleem, maar is ook in 2009 herstel.
• Die Near Infrared Camera and Multi-Object Spectrometer (NICMOS) is Hubble se hittesensor. Die sensor se sensitiwiteit vir infrarooi lig (deur mense as hitte ervaar) beteken dat dit voorwerpe wat deur interstellêre stof weggesteek word kan waarneem (soos die geboorteplekke van sterre) en tot in die diepe ruimte kan tuur.
• Die Fine Guidance Sensors (FGS) is toestelle wat op "gidssterre" rig en seker maak dat Hubble steeds in die regte rigting gerig is. Hulle kan gebruik word vir presiese meting van die afstand tussen sterre en hulle relatiewe beweging.

Alle funksies op Hubble verkry hul energie deur middel van sonkrag. Hubble het sonpanele wat sonlig direk na elektrisiteit omsit. 'n Deel van die elektrisiteit word in batterye gestoor vir wanneer die teleskoop in die Aarde se skaduwee is en dus nie die Son se lig kan opvang nie.

Dataverwerking

Die Hubble-beheersentrum in Greenbelt, Maryland

Vier antennes op die teleskoop stuur en ontvang inligting tussen Hubble en die Flight Operations-span by die Goddard Flight Center in Greenbelt, Maryland. Ingenieurs gebruik satelliete om met die teleskoop te kommunikeer en dit opdragte te gee. Die teleskoop het twee hoofrekenaars en 'n aantal kleiner stelsels wat hierdie kommunikasie verwerk. Een van die hoofrekenaars hanteer die inkomende opdragte wat die teleskoop rig en ander stelselwye funksies. Die ander hoofrekenaar "praat" met die instrumente, ontvang hul data en stuur dit na die satelliete wat dit dan weer na die Aarde stuur.

Sodra die grondstasie die data na Goddard stuur, stuur Goddard dit weer na die Space Telescope Science Institute (STScI), waar personeel die data na wetenskaplik sinvolle eenhede omsit, soos golflente en helderheid, en die inligting op 5,25 duim magneties-optiese skywe argiveer. Hubble stuur genoeg inligting om elke week ongeveer 18 DVD's te vul. Sterrekundiges kan die geargiveerde data deur die Internet aflaai en dit enige plek in die wêreld analiseer.

Honderde ingenieurs en rekenaarwetenskaplikes by Goddard en STScI is verantwoordelik vir die werking van die teleskoop en monitor sy veiligheid, gesondheid en werkverrigting. Naas die monitor van die teleskoop se gesondheid, stuur die beheerders by Goddard ook sy bewegings en wetenskaplike aktiwiteite. Personeel by STScI skeduleer ook gebruik van die teleskoop, monitor en kalibreer die instrumente, beheer die argief en hou kontak met die publiek oor Hubble se verrigtinge.

Sterrekundiges reg oor die wêreld kompeteer vir tyd om Hubble te gebruik. Daar is meer wetenskaplikes wat die teleskoop wil gebruik as wat daar tyd beskikbaar is, dus is 'n beoordelingskomitee saamgestel uit gesaghebbende sterrekundiges, wat die beste aansoeke goedkeur. Hierdie aansoeke is dié wat die beste gebruik sal maak van die teleskoop se vermoë en ook poog om dringende sterrekundige vrae te beantwoord. Elke jaar word ongeveer 1000 aansoeke geëvalueer en ongeveer 200 goedgekeur.

Wetenskaplikes het een jaar tyd om data wat van Hubble afkomstig is te bestudeer, waarna dit in 'n publieke argief geplaas word en deur enige persoon besigtig kan word.

Impak op sterrekunde

Een van Hubble se beroemdste beelde, die Skeppingspilare, toon die vorming van sterre in die Arendnewel

Hubble se ontdekkings het die manier waarop wetenskaplikes die heelal beskou aansienlik verander. Die teleskoop se vermoë om die heelal in ongekende detail te wys het sterrekundige bespiegelinge in konkrete feite omgesit. Die versameling teorieë oor die heelal het danksy Hubble aansienlik gekrimp; terselfdertyd het nuwe teorieë die lig gesien en is die weg vir toekomstige sterrekundiges gebaan.

Een van Hubble se belangrikste ontdekkings is die ouderdom van die heelal: tussen 13 en 14 miljard jaar; 'n beraming wat baie meer akkuraat is as die 10 tot 20 miljard jaar wat vroeër aangehang is. Hubble het ook 'n sleutelrol gespeel in die ontdekking van donker energie, 'n raaiselagtige krag wat veroorsaak dat die uiteensetting van die heelal versnel. Die teleskoop het sterrestelsels in alle fases van ontwikkeling kon wys, waaronder jong sterrestelsels wat reeds in die vroeë jare van die heelal ontstaan het, en gehelp om die mens se begrip rakende die vorming van sterrestelsels te bevorder. Dit het ook protoplanetêre skywe gevind - versamelings gas en stof om jong sterre wat waarskynlik die geboorteplekke van nuwe planete is. Hubble het ook gammastraal-uitbarstings ontdek, vreemde, uiters kragtige ontploffings van energie wat in verafgeleë sterrestelsels plaasvind wanneer massiewe sterre ineenstort.

Die hoeveelheid sterrekunde wat op Hubble-waarnemings gebaseer is het die teleskoop een van die belangrikste sterrewagte in die geskiedenis gemaak. Meer as 6000 wetenskaplike artikels is reeds op grond van Hubble-data gepubliseer.

Die beleide wat die teleskoop beheers het tot sy indrukwekkende produktiwiteit bygedra. Die teleskoop is 'n instrument wat deur die hele sterrekundige gemeenskap gebruik word - enige persoon op enige plek in die wêreld kan 'n aansoek doen om die teleskoop te gebruik. Ná 'n aansoek goedgekeur is en die waarneming voltooi is, het die sterrekundiges 'n jaar om die data te bestudeer voordat dit aan die hele wetenskaplike gemeenskap beskikbaar gestel word. Só kan ook ander wetenskaplikes help om inligting in die data te ontdek - dikwels is dit inligting wat nie die doel van die aansoek was nie, maar nietemin van waarde vir sterrekundiges is. Hierdie beleid het ook na ander sterrewagte begin sprei, sodat steeds meer inligting tussen wetenskaplikes gedeel word.

Belangrike ontdekkings

Eksoplanete

Foto van die ster Fomalhaut en die ligging van sy planeet, Fomalhaut b

Alhoewel teleskope op Aarde reeds voor Hubble eksoplanete (planete buite die Sonnestelsel) waargeneem het, was Hubble die eerste wat 'n direkte meting van die chemiese samestelling van 'n eksoplaneet se atmosfeer sou maak. Die ruimteteleskoop het natrium, waterstof, koolstof en suurstof in die atmosfeer van 'n planeet ongeveer so groot soos Jupiter bespeur.

Hubble het ook die eerste foto van 'n planeet buite die Sonnestelsel geneem. Voor Hubble is eksoplanete waargeneem deur die "waggel" van die sterre wat hulle omwentel te bestudeer; met Hubble kon hulle bloot 'n foto van die planeet self neem, soos in die geval van Fomalhaut b, wat om die ster Fomalhaut wentel, ongeveer 25 ligjaar van die Aarde af.

Kwasars

Alhoewel kwasars reeds in 1963 ontdek is, is daar steeds relatief min oor hulle bekend. Kwasars is kompakte dinamo's van lig en straling wat in die buitewyke van die heelal geleë is en uiters baie energie vrystel. Alhoewel die stelsels waarin hulle hul bevind nie baie groter as die Sonnestelsel is nie, is hulle kragtig genoeg om helderder as sterrestelsels met biljoene sterre te skyn. Hubble kon hierdie kwasars opspoor en bewys dat hulle in die kerns van klein sterrestelsels geleë is. Die omliggende sterrestelsels is normaalweg te dof om met die gluur van die kwasars mee te ding, behalwe deur middel van spesiale tegnieke.

Donker materie

Die lig van die Abell-sterrestelsel word deur die swaartekrag van donker materie gebuig

Teorieë aangaande donker materie is niks nuut nie, maar tot vandag is hierdie raaiselagtige materie nog nooit direk waargeneem nie. Dit beslaan moontlik tot 22% van die heelal, maar weerkaats geen lig nie en kan dus nie met 'n teleskoop waargeneem word nie. Donker materie besit wel swaartekrag wat aan verbygaande lig trek en dit soos 'n lens buig.

Die Hubble-ruimteteleskoop het daarin geslaag om 'n foto te neem van lig wat deur die swaartekraglens van omliggende donker materie gebuig word en het só die onwaarneembare indirek kon waarneem.

Donker energie

Volgens Albert Einstein se teorie van algemene relatiwiteit, sal die swaartekragtrekking van elke voorwerp die uiteensetting van die heelal al hoe stadiger maak en uiteindelik begin terugdraai. Sterrekundiges het ook jare lank aanvaar dat dit besig was om te gebeur, tot Hubble iets waargeneem het wat op die teenoorgestelde dui.

Dit is nie maklik om tyd en afstand in iets so groot en leeg soos die heelal te meet nie, een van die beste maniere is om 'n Ia-tipe supernova te gebruik, wat ontstaan wanneer 'n witdwerg ontplof.

In 2002 is Hubble met die Advanced Camera for Surveys toegerus, wat sy sig drasties verbeter het. 'n Span sterrekundiges het Hubble gebruik om 25 supernovae op te spoor, wat se lig reeds vir miljarde jare gereis het. Die meting van die lig en die afstande van die verskillende supernovae het daarop gedui dat die uiteensetting besig is om te versnel, in plaas van om te vertraag.

Daar word nou gespekuleer dat, alhoewel die uiteensetting na die Oerknal aanvanklik vertraag is as gevolg van swaartekrag, daar ook 'n raaiselagtige, afstotende krag was. Aangesien die heelal se massa baie dig was aan die begin, sou die swaartekrag baie sterker gewees het, sterk genoeg om hierdie afstotende krag te oorwin. Namate die sterrestelsels egter al hoe verder uit mekaar beweeg het, het die swaartekrag verswak, tot so 'n mate dat hierdie afstotende krag, genaamd "donker energie", begin oorneem het en die uiteensetting begin versnel het.

Swartkolke

'n Swartgat in die middel van die sterrestelsel M87 is die dryfkrag agter die lang stroom elektrone en subatomiese deeltjies wat teen byna die spoed van lig beweeg. In hierdie Hubble-beeld kan die sterrestelsel as 'n liggeel kol gesien word. Wat nie gesien kan word nie, is die swartgat, wat reeds materie gelyk aan 2 miljard keer die Son se massa ingesluk het

Swartkolke is plekke waar swaartekrag só sterk is dat dit alle ander kragte in die heelal oorweldig. Niks kan uit 'n swartgat ontsnap nie - nie eers lig nie, wat beteken dat dit onmoontlik is om een direk te sien. Die idee van 'n swartgat is vir die eerste keer in die 18de eeu geopper, gebaseer op die destyds bekende swaartekragwette. Hoe massiewer 'n voorwerp is, of hoe kleiner sy grootte, hoe sterker is die swaartekrag op sy oppervlak. Verskeie wetenskaplikes het aangevoer dat indien 'n voorwerp of uiters massief of uiters klein was, sy swaartekrag so sterk sou wees dat niks daaruit kan ontsnap nie.

Hubble het egter iets waargeneem wat die beskrywing van 'n swartgat pas. Iets by die kern van die sterrestelsel M87 neem soveel plek in as die Sonnestelsel, maar weeg soveel as drie miljard sonne. Dit is duidelik dat die sterre in die stelsel vir slegs 'n breukdeel van die hele sterrestelsel se swaartekrag verantwoordelik is, dus moet daar iets anders wees wat só 'n kragtige aantrekking veroorsaak.

Ouderdom van die heelal

Een van Hubble se take was om die afstande van Cepheid-veranderlike sterre waar te neem. Hierdie sterre is pulsende sterre wat gebruik word om ontsaglike afstande te meet. Wetenskaplikes het jare lank gestry oor die Hubble-konstante, 'n sleutelkomponent in die vergelyking waarmee die spoed van die heelal se uiteensetting gemeet word. Waar skattings van die konstante soms met 'n faktor van 2 verskil het, kon dit danksy Hubble se waarnemings bedwing word, en die ouderdom van die heelal bereken word as 13-14 miljard jaar, met 'n akkuraatheid van 5-10%. Meer onlangs het die WMAP-satelliet aangetoon dat die heelal 13,7 ± 0,13 miljard jaar oud is.

Planeetvorming (protoplanetêre skywe)

Hubble het nie slegs die bestaan van eksoplanete bevestig nie, maar kon wys hoe hierdie planete in baie gevalle kan vorm. Daar word aanvaar dat wanneer sterre ontstaan, daar 'n protoplanetêre skyf om hulle vorm - 'n skyf vol stof en gas wat uiteindelik in aparte planete saamsmelt. Hubble het gewys dat hierdie plat skywe om jong sterre redelik algemeen is, wat daarop dui dat die boustowwe vir planete meer dikwels voorkom as eerder geglo.

Shoemaker-Levy 9

Hoofartikel: Shoemaker-Levy 9.

Donkerbruin kolle wys waar uiteengeskeurde brokstukke van die komeet Shoemaker-Levy 9 teen Jupiter se suidelike halfrond gebots het

In 1994 het die komeet Shoemaker-Levy teen die planeet Jupiter gebots: net die regte tyd vir sterrekundiges, aangesien Hubble se sig 'n paar maande vroeër gekorrigeer is. Dit was die eerste foto's ooit van 'n botsing tussen twee hemelliggame in die ruimte. Die ruimteteleskoop se beelde van die planeet was skerper as dié deur Voyager 2 in 1979 en uiters belangrik om die dinamiek van 'n botsing tussen 'n komeet en Jupiter te bestudeer. Jupiter word eens per elke paar eeu deur 'n komeet of ander hemelliggaam gebombardeer - d.w.s. dikwels op 'n sterrekundige tydskaal, maar skaars gemeet aan die lewe van die menslike waarnemers.

Die foto's van die impakgebiede het ook bygedra tot nuwe insigte oor die samestelling van Jupiter se atmosfeer. 21 aparte botsings is waargeneem (die komeet is deur die planeet se aantrekkingskrag in stukke geskeur): die grootste impak het 'n letsel van ongeveer 12 000 km in deursnit veroorsaak - groot genoeg om die Aarde daarin te pas.

Buurtstelsels

Alhoewel Hubble talle indrukwekkende foto's van verafgeleë voorwerpe geneem het, het dit wetenskaplikes ook meer geleer oor die Melkweg se buurtstelsels, soos die Andromeda-sterrestelsel (2,5 miljoen ligjaar hiervandaan). Siende dat die ruimteteleskoop op individuele sterre en die kerns binne-in hierdie stelsels kan fokus, kon dit wetenskaplikes meer leer oor die samestelling van hierdie naburige stelsels.

Gammastraal-uitbarstings

In die sestigerjare het Amerikaanse wetenskaplikes satelliete ontwerp met die doel om straling van Russiese kernwapentoetse op te spoor. Die satelliete het egter massiewe stralinguitbarstings in die diepe ruim waargeneem. Dekades lank kon niemand agterkom waar hierdie uitbarstings vandaan kom of wat dit veroorsaak nie. Met Hubble se koms was wetenskaplikes egter in staat om die spore van hierdie uitbarstings terug te volg tot sterrestelsels met uiters vinnige sterproduksie, soos die Groot Magellaanse Wolk. Dit het geblyk dat hierdie uitbarstings plaasvind wanneer 'n massiewe ster ineenstort.

Volgens NASA is sulke uitbarstings moontlik die kragtigste ontploffings in die heelal sedert die Oerknal.

Hubble se bekende Ultra Deep Field: 'n foto wat oor byna vier maande lank geneem is en die diepste beeld van die heelal nóg is, met 'n terugblik van ongeveer 13 miljard jaar.

Hubble-ultradiepveld

Hoofartikel: Hubble-ultradiepveld.

Die Hubble Ultra Deep Field (of HUDF) is 'n foto van 'n klein stukkie ruimte in die Fornax-sterrebeeld en is saamgestel uit Hubble-data wat tussen 24 September 2003 en 16 Januarie 2004 geneem is. Dit is die diepste beeld van die heelal nóg, met 'n terugblik van ongeveer 13 miljard jaar, en sal gebruik word om na sterrestelsels te soek wat tussen 400 en 800 miljoen jaar na die Oerknal ontstaan het. Die beeld bevat 'n beraamde 10 000 sterrestelsels.

Indien 'n waarnemer op Aarde na dieselfde stukkie hemelruim sal kyk, sal dit ongeveer 1 mm × 1 mm groot wees: ongeveer 1 dertienmiljoenste van die sigbare hemel.

Bronnelys

• hubblesite.org, amptelike webwerf, bestuur deur die Space Telescope Science Institute (STScI) onder kontrak van NASA.
• Top Ten Hubble Scientific Discoveries Geargiveer 20 April 2010 op Wayback Machine, deur Popular Science (www.popsci.com).
• Hubble's Top Ten Discoveries, deur National Geographic.

Eksterne skakels

• hubblesite.org, amptelike webwerf
• Hubble-argief by die STScI se Multimissie-argief
• Video: HUBBLE: Window to the Universe (15:54), deur NASA.