Schon kurz nach der Inbetriebnahme des HST stellte sich allerdings heraus, dass bei der Fertigung des 2,4 m großen Hauptspiegels eine schwere Panne passiert war.
Der Spiegel war am Rand um 2 μm zu flach geschliffen worden. Dieser Fehler war bei der Herstellung durch die Firma Perkin-Elmer unentdeckt geblieben, da bei den entscheidenden interferometrischen Kontrollmessungen die Messlinsen falsch justiert worden waren. Durch den falschen Schliff trat sphärische Aberration in erheblichem Umfang auf. Statt wie geplant 80 Prozent fielen in einen Durchmesser von 0,1 Winkelsekunden nur 15 Prozent des Lichts eines Sterns. Der Rest des Lichts verteilte sich über einen unscharfen Fleck von mehr als 1 Winkelsekunde.
In einer Reparaturmission, die 1993 stattfand, wurde ein „COSTAR“
genanntes Korrektursystem eingebaut. Mit diesem Zusatzteil gelang es, das Auflösungsvermögen auf den ursprünglich geplanten Wert von 0,1 Winkelsekunden zu steigern.
Zunächst einmal ist es erstaunlich, dass das Auflösungsvermögen eines 5 m Teleskops nicht besser ist, als das eines 20 cm Amateur-Teleskopes, selbst wenn man hierbei das „Seeing“, also die Bildunschärfe durch die Ablenkung des Lichtes durch die Athmosphäre berücksichtigt. Da scheint es bei 1 Bogensekunde eine natürliche Begrenzung zu geben. Spätestens, als das Hubble-Weltraumteleskop nach der Inbetriebnahme wieder nur genau die selbe maximale Auflösung erreichte, hätte klar sein müssen, dass es hierfür eine andere Ursache geben muss.
Beim Schleifen des Spiegels soll eine Lackspur unter einer Besfestigungsschraube den Fehler verursacht haben. Bei der Überprüfung soll eine Messlinse falsch justiert worden sein. Der Fehler bezieht sich aber angeblich nur auf einen äußeren Streifen des Spiegels. Wie soll man sich das vorstellen, dass der Fehler beim Überprüfen nur genau in dem Bereich aufgetreten sein soll, in dem der Fehler auch beim Schleifen gemacht wurde? Hinzu kommt, dass sich die Fehler in ihrer Stärke ganz genau gegenseitig aufgehoben haben müssen. Ich halte es für ausgeschlossen, dass eine solche Fehlerkombination überhaupt theoretisch möglich ist, zumindest ist sie extrem unwahrscheinlich.
Es gibt einen starken Hinweis darauf, dass zumindest die Vermutung, dass der Spiegel nur am Rande falsch geschliffen sei, falsch ist. Vergleicht man die Hubble-Aufnahmen von nahen Sternen mit denen des VLT, so unterscheiden sie sich ganz erheblich von einander. Beide Systeme erreichen ein vergleichbares Auflösungsvermögen von 0,1 Bogensekunden. Während das VLT einen kontinuierlichen Helligkeitsverlauf zeigt, entstehen bei den Hubble-Aufnahmen regelmäßig zarte ineinander stehende Lichtringe. Wie läßt sich das erklären?
VLT-Aufnahme
mit Lichtkreis und kontinuielichem Verlauf
https://www.eso.org/public/germany/images/eso1241e/
Costar, also das nachträglich eingebaute Korrektursystem, wirkt nur auf die Randregionen des Spiegels. Die adaptive Optik des VLT verstellt aber alle Spiegel, eben auch die weiter innen gelegenen.
Die Ringe entstehen beim Hubble-Teleskop dadurch, dass die Korrektur der „spärischen Aberation“ lediglich im Außenbereich stattfindet, während der innere Bereich des Spiegels weiterhin einem korrekt geschliffenen Spiegel entspricht.
Dies ist übrigens nicht der einzige Unterschied zwischen den Aufnahmen des Hubble-Teleskopes und denen des VLT.
Es ist äußerst spannend, die Aufnahmen beider Systeme hinsichtlich der Streuung des Lichtes zu untersuchen.
Die Linke Aufnahme wurde mit dem VLT mit adaptiver Optik gemacht. https://www.eso.org/public/germany/images/potw1332a/
Die rechte Aufnahme erfolgte ohne adaptive Optik. http://www.galaxyzooforum.org
Der innere Bereich von NGC 799 zeigt eine sehr gleichmäßige kreisförmige Struktur mit einem äußeren „Lichtkreis“, die sich praktisch identisch in der unten gezeigten Hubble-Aufnahme von PGC 83677 wiederfindet. Die berechnete Distanz, in der dieser Effekt derart deutlich sichtbar wird, beträgt jeweils 300 Mio Lichtjahre.
Diese Aufnahme wurde vom Hubble-Weltraumteleskop gemacht.
„Dieses Bild zeigt die Galaxie PGC 83677, die sich hier deutlich von den anderen entfernten Sternen und farbenprächtigen Galaxien abhebt. Sie wird von den Astronomen als linsenförmige Galaxie klassifiziert. Sie befindet sich rund 300 Millionen Lichtjahre entfernt im Sternbild Haar der Berenike.
Diese Systeme, die manchmal auch lentikuläre Galaxien genannt werden, stellen einen Zwischentyp zwischen elliptischen Galaxien und Spiralgalaxien dar. Sie verfügen zwar über eine Scheibe wie Spiralgalaxien, in ihnen kommt es jedoch nicht mehr zu signifikanter Sternentstehung.“
http://www.astronews.com/bilddestages/2016/20160913.shtml
https://www.spacetelescope.org/images/potw1637a/
In dieser Aufnahme kann man den Effekt der Raumkrümmung perfekt sehen. Ausgangspunkt ist lediglich eine stark strahlende Lichtquelle.
SDSS J103842.59+484917.7: Where Alice in Wonderland Meets Albert Einstein
http://chandra.harvard.edu/photo/2015/cheshirecat/
Eigentlich zeigt diese Aufnahme den Effekt einer Gravitationslinse. Der farbige Smiley auf der linken Aufnahme entsteht durch die Überlagerung der beiden Aufnahmen rechts daneben. Es handelt sich dabei jeweils um Langzeitbelichtungen einmal mit dem Hubble Weltraumteleskop im optischen Bereich und zum anderen mit dem ACIS im Röntgenbereich. Beide Aufnahmen sind im Weltraum entstanden. Die Optik des HST wurde korrigiert, so dass die Winkelauflösung bei 0,1 Bogensekunden liegt. ACIS verfügt zwar über eine ausgeklügelte CCD-Aufnahmetechnik, hat aber weder eine adaptive Optik noch andere optische Korrekturen. Das Auflösungsvermögen von ACIS liegt erwartungsgemäß bei 1 Bogensekunde.
Die Lichtstreuung um die beiden Radioquellen in der ACIS-Aufnahme ist demzufolge deutlich größer als beim HST. Genau diesen Effekt hätten wir auch beim HST ohne optische Korrektur. Durch adaptive Optiken oder andere Korrekturen lässt sich der Effekt der Lichtstreuung zwar deutlich verringern. Er ist dennoch praktisch auf jeder Aufnahme deutlich sichtbar.
Auch hier wird der optische Horizont sehr deutlich aufgezeigt. Ganz sicher befinden sich in den Galaxien im Hintergrund der HST-Aufnahme viele Röntgenquellen. Diese sind aber aufgrund der niedrigen Auflösung von ACIS nicht mehr zu sehen.
Die selben Effekte finden sich auch in der unteren Aufnahme. Von links nach rechts: Composing, VLT im infraroten Bereich, ACIS im Röntgenbereich sowie ALMA im Radiobereich. Aufgrund der speziellen Aufnahmetechnik hat ALMA die beste Winkelauflösung. Spannend ist hierbei der Bericht weiter unten zu den „Unterstrukturen“ dieser Aufnahmen.
eso1638de – Pressemitteilung Wissenscha – 26. Oktober 2016
Handelt es sich hier um riesige Gaswolken oder lediglich um einen optischen Effekt, der durch die Raumkrümmung hervorgerufen wird?
„Ein internationales Astronomenteam mit Beteiligung des Leibniz-Instituts für Astrophysik in Potsdam hat leuchtende Gaswolken um ferne Quasare entdeckt. Die mit dem MUSE-Instrument am Very Large Telescope der ESO durchgeführten Beobachtungen deuten darauf hin, dass Halos um solche Quasare weitaus häufiger vorkommen als bisher vermutet. Doch auch die Eigenschaften der überraschend gefundenen Halos stehen in deutlichem Widerspruch zu derzeit geläufigen Theorien zur Galaxienentstehung im frühen Universum.“
https://www.eso.org/public/germany/news/eso1638/
Handelt es sich hierbei um „diffuses Plasma“ oder einen Effekt der Raumkrümmung?
“So ähnlich wie ein Bild bei der Betrachtung durch die heiße turbulente Luft über einer Kerzenflamme verzerrt wird, verzerrt auch das turbulente Plasma in unserer Milchstraße die Bilder von weit entfernten astrophysikalischen Quellen wie z.B. Quasaren“, erklärt Michael Johnson vom Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA), der Erstautor der Untersuchung über die Bildverzerrungen. „Die Details in der Struktur des turbulenten Materials sind so kleinräumig, dass wir diese Verzerrungen vorher überhaupt nicht wahrnehmen konnten. Erst die erstaunlich hohe Winkelauflösung von RadioAstron gibt uns ein Werkzeug in die Hand, um sowohl die extreme Physik in der unmittelbaren Umgebung von supermassereichen Schwarzen Löchern in den Zentren von fernen Galaxien zu erforschen als auch das diffuse Plasma in unserer Milchstraße.“
Montag, 17.10.2016, 18:08 • von FOCUS-Autor Michael Odenwald
Ausgesprochen gut zu den hier aufgezeigten Effekten der Raumkrümmung passt dieser Artikel, den ich bei Focus-Online gefunden habe. Hierin heißt es unter anderem:
„Das Universum hat mindestens zehnmal mehr Galaxien als angenommen. Zu diesem Schluss kommen Astronomen nach der Analyse von Aufnahmen des Hubble-Weltraumteleskops und anderen Beobachtungen. Der überwältigende Teil der Galaxien ist demnach mit heutigen Instrumenten gar nicht zu sehen.“
„So entsteht ein „geschlossenes Universum“
Die Frage nach der Zahl der Galaxien beschäftigt die Himmelsforscher schon lange. Mit ihren Massen krümmen die Sterneninseln den Raum und bestimmen so die Geometrie des Alls. Überschreitet ihre Gesamtmasse einen bestimmten Schwellenwert, krümmt es sich es vollständig in sich zurück. Die Kosmologen nennen das ein „geschlossenes Universum“.
„Forscher errechneten Zahl der Galaxien, die Teleskope nicht zeigen.
Jetzt nahm der Astronom Christopher Conselice von der britischen Universität Nottingham die Deep-Field-Daten noch einmal unter die Lupe. Für seine Analyse nutzte er auch eigenes Beobachtungsmaterial sowie Studien anderer Forscher.
Aus den Aufnahmen fertigte er mit einigen Kollegen 3D-Bilder an. Sie zeigen die Galaxien, wie sie in verschiedenen Zeitabschnitten in der Geschichte des Kosmos aussahen. Zusätzlich leiteten die Forscher mit Hilfe mathematischer Modelle die Zahl der Galaxien ab, die von den gegenwärtigen Teleskopen nicht aufgespürt werden können.
90 Prozent der Sterneninseln müssen noch entdeckt werden. Zur ihrer Überraschung zeigte sich, dass etwa 90 Prozent der Sterneninseln zu lichtschwach sind, um in den Teleskopen aufzutauchen. „Es verblüfft mich, dass mehr als 90 Prozent der Galaxien im Universum noch gefunden werden müssen“, bekennt Conselice. „Wer weiß, welche interessanten Eigenschaften wir finden, wenn wir sie mit der nächsten Generation von Teleskopen beobachten.“ Die zugehörige Studie erschien im Wissenschaftsmagazin „Astrophysical Journal“.
„Dieses Bild zeigt einen Ausschnitt aus der tiefsten je gewonnenen Großfeldaufnahme im infraroten Licht. Die Summe der Belichtungszeiten für die gesamte Aufnahme betrug 55 Stunden, verteilt auf mehr als 6000 Einzelbelichtungen mit dem VISTA-Teleskop am Paranal-Observatorium der ESO in Chile. Das Bild zeigt ein Himmelsareal, das als COSMOS-Feld bekannt ist und im Sternbild Sextans (der Sextant) liegt. In dieser Aufnahme lassen sich mehr als 200.000 Galaxien ausfindig machen.“
Herkunftsnachweis:
ESO/UltraVISTA team. Acknowledgement: TERAPIX/CNRS/INSU/CASU