Weltraumteleskop: Wie lange hält Hubble noch?

太空望远镜:哈勃能坚持多久?

31 Jahre alt ist das Observatorium im All nun – und zeigt sich mittlerweile sehr störanfällig. Die Forschung wartet auf einen Nachfolger.

这座太空中的天文台已经有31年的历史了--而且已经非常容易受到干扰。研究人员正在等待下一个接班人。


Arbeit an Hubble – im Jahr 1997. (Bild: NASA)
07.04.2021 08:00 Uhr Von Neel V. Patel

图释:1997年哈勃望远镜上的工作 文:2021年4月7日

Anfang März verkündete die NASA, dass das Hubble-Weltraumteleskop wieder in den gesicherten Modus gegangen sei, "aufgrund eines Software-Fehlers an Bord". Die wissenschaftlichen Systeme des Teleskops seien zwar überhaupt nicht betroffen, doch alle entsprechenden Anwendungen wurden unterbrochen, während Crews auf der Erde darum bemüht waren, das Problem zu beheben. Die Raumfahrtagentur veröffentlichte keine Details dazu, woraus genau die technische Panne bestand, was sie hervorgerufen hatte oder was zu ihrer Reparatur unternommen wurde.

3月初,美国宇航局宣布,"由于机载软件错误",哈勃太空望远镜已经重新进入安全模式。它说,该望远镜的科学系统完全没有受到影响,但在地球上的工作人员努力修复问题时,所有相关应用都被暂停了。美国宇航局没有公布技术故障到底是由什么组成的,是什么原因造成的,以及正在采取什么措施来解决这个问题的细节。
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Grund zur Sorge gibt es vermutlich nicht. Raumsysteme wie Hubble begeben sich immer in den gesicherten Modus, sobald eine Anomalie auftritt. Gesicherter Modus bedeutet, dass das Teleskop aufhört, sich auf gewünschte Ziele auszurichten und dann die gewünschten Daten zu sammeln. Stattdessen stellt es nur sicher, dass die Solar-Panels es weiterhin mit Energie versorgen. Das macht den Fehlerbehebungsprozess einfacher und nahtloser (insbesondere für ein Software-Problem, das mehrere Teile der Anlage beeinflussen kann).

可能没什么可担心的大问题。像哈勃这样的太空系统,只要出现异常,总是会进入安全模式。安全模式是指望远镜停止对准所需目标,然后收集所需数据。相反,它只是确保太阳能电池板继续供电。这使得故障排除过程更容易、更完美(特别是对于可能影响系统多个部分的软件问题)。

Hubble wurde zuletzt 2018 in den gesicherten Modus versetzt, als es ein Problem mit zwei seiner Gyroskope gab, die es zur sicheren Orientierung im Orbit braucht. Innerhalb von drei Wochen war das Teleskop wieder online, ganz ohne bleibende Probleme. Der Shutdown erinnert einmal wieder daran, dass Hubble in die Jahre kommt. Sein schon drei Jahrzehnte währender Dienst überdauert alles, was irgendwer erwartet hätte, und die Zeit des Weltraumteleskop neigt sich ihrem Ende zu. Wie viel Zeit hat das Observatorium noch und was passiert, wenn es nicht mehr da ist?

哈勃最后一次进入安全模式是在2018年,当时它的两个陀螺仪出现了问题,它需要在轨道上安全地定位。在三周内,望远镜又恢复了运行,完全没有出现持久的问题。暂停工作又一次提醒人们,哈勃在岁月中渐行渐远。它已经服役了三十年,比任何人预计的都要长寿,太空望远镜的时代即将结束。这个观测站还有多少工作时间,它走了之后怎么办?

Greiser Tausendsassa

老当益壮
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Hubbles alternde Hardware wurde zuletzt 2009 von Space-Shuttle-Astronauten gewartet. Damals schätzten Ingenieure, dass es wohl bis 2016 überdauern könnte. "Nach einigen Jahren im Flug und mit all den Renovierungsarbeiten haben Entwickler die Überlebensfähigkeit und Zuverlässigkeit der Instrumente neu uiert und damit begonnen, alle Angaben weiter nach oben zu korrigieren", sagt Tom Brown, Leiter des Hubble Space Telescope Mission Office beim Space Telescope Science Institute in Baltimore. "Die jüngsten Schätzungen vermuten, dass wir eine exzellente Chance haben, noch bis mindestens 2026 wissenschaftlich damit arbeiten zu können, vielleicht auch noch das ganze Jahrzehnt. Es sieht aktuell sehr gut aus."

哈勃的老化硬件最后一次由航天飞机宇航员在2009年进行维修。当时,工程师估计可能会持续到2016年。巴尔的摩太空望远镜科学研究所哈勃太空望远镜任务办公室负责人汤姆-布朗说:"经过几年的飞行和所有的整修,研发人员重新评估了仪器的生存能力和可靠性,并开始进一步上调所有的数据"。"最新的估计表明,我们有很好的机会能够继续用它做科学研究,至少到2026年,也许是整整十年。目前看来非常不错。"

Hubble kam so ziemlich in jeder Art astronomischer Untersuchung der letzten Jahrzehnte zum Einsatz: Untersuchungen von Planeten und Monden in unserem Solarsystem, der Blick auf entfernte Sterne, Galaxien, Supernovas, Raumnebel und andere astrophysikalische Phänomene. Es geht den Ursprüngen des Universums nach. Die geleistete Arbeit in der Exoplanetenwissenschaft war im letzten Jahrzehnt besonders überraschend, wenn man bedenkt, dass es zum Zeitpunkt des Teleskop-Starts im Jahr 1990 noch fünf Jahre dauern würde, bis man überhaupt den ersten Exoplaneten entdecken würde, der einen sonnenähnlichen Stern umkreist.

近几十年来,哈勃几乎被用于每一种天文学研究:研究太阳系的行星和卫星,观察遥远的恒星、星系、超新星、太空星云和其他天体物理现象。它追溯了宇宙的起源。考虑到在1990年发射望远镜时,距离发现第一颗绕太阳状恒星运行的系外行星还需要5年时间,过去10年在系外行星科学方面所做的工作特别令人惊讶。

Hubble nützt wenig dazu, tatsächliche Exoplaneten zu finden, aber es hilft bei Folge-Beobachtungen, die Planeten und deren Atmosphären charakterisieren können, sobald sie gefunden sind. Wenn das James-Webb-Weltraumteleskop (JWST) im Laufe des Jahres seine Arbeit aufnimmt, könnte die kombinierte Kraft der beiden Observatorien Wissenschaftlern dabei helfen, eine der Erde ähnliche Welt zu identifizieren, in der Leben möglich ist.

哈勃在寻找实际的系外行星方面用处不大,但它有助于后续观测,一旦发现行星及其大气层的特征。当詹姆斯-韦伯太空望远镜(JWST)今年晚些时候开始运行时,两个天文台的联合力量可以帮助科学家确定一个类似于地球的世界,在那里生命是可能存在的。

Hubble kann teilweise Ausfälle kompensieren

哈勃可以部分补偿故障损失

Das JWST wird oft als Nachfolger von Hubble bezeichnet, aber das trifft den Sachverhalt nicht ganz. Hubble kann das Universum in sichtbaren und ultravioletten Wellenlängen beobachten, während das JWST sich auf Infrarot-Beobachtungen fokussiert, die dabei helfen können, Objekte aus der Frühzeit des Universums zu untersuchen und die chemische Zusammensetzung anderer Welten zu charakterisieren. Da Hubble sich im All befindet, ist ein Einfluss der Erdatmosphäre kein Problem, auch wenn die UV-Strahlung es belastet.

詹姆斯韦伯通常被称为哈勃的继任者,但这并没有完全抓住事实。哈勃可以用可见光和紫外光波长观测宇宙,而韦伯则专注于红外观测,可以帮助研究宇宙早期的物体,并描述其他世界的化学成分。由于哈勃是在太空中,所以地球大气层的影响是不存在的,即使紫外线辐射给它带来压力。
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Das ist besonders kritisch, wenn man kaum untersuchte Phänomene genauer betrachten will. Man nehme beispielsweise die 2017 entdeckten Gravitationswellen, die durch die Kollision von zwei Neutronensternen entstanden sind. Hubble war in der Lage, die Nachwehen des Ereignisses zu beobachten und konnte Daten außerhalb des Infrarot-Spektrums bereitstellen, die genutzt werden konnten, um erstaunlich scharfe Details zu liefern.

如果想仔细观察几乎没有研究的现象,这一点尤为关键。以2017年发现的引力波为例,它是由两颗中子星碰撞而产生的。哈勃能够观察到事件的后果,并且能够提供红外光谱之外的数据,可以用来提供惊人的锐利细节。

Vier große wissenschaftliche Instrumente sind derzeit aktiv an Bord von Hubble. Selbst wenn also ein oder zwei davon aufhören sollten, zu funktionieren, gibt es noch immer eine Menge wissenschaftlicher Projekte, die der Rest des Observatoriums erledigen kann. Das Teleskop ist zudem mit viel Redundanz gebaut, sodass der Ausfall einzelner Hardware- oder Software-Komponenten nicht unbedingt dazu führt, dass auch andere Instrumente den Geist aufgeben.

目前,哈勃号上有四台主要科学仪器在运行。所以,即使其中有一两个停止工作,其他仪器也有很多科学项目可以做。这台望远镜的构造也有很大的冗余度,所以任何一个软硬件组件的故障都不一定会导致其他仪器也出现故障。

Nachfolge in Sicht?

接班在望?

Aktuell gibt es noch keine Pläne für eine große Service-Mission. Sollte es einen katastrophalen Ausfall geben, der Hubble komplett offline schaltet, wäre es schwer vorstellbar, dass die NASA eine Reparaturmission für ein drei Jahrzehnte altes Observatorium genehmigen würde. Was also wird Hubble ersetzen, wenn es endgültig in den Ruhestand geht? Brown sagt, dass andere Nationen erste Pläne haben, Missionen ins All zu schicken, welche die Beobachtungen im sichtbaren und ultravioletten Bereich übernehmen könnten, die derzeit noch Hubble durchführt. Das Astrosat-Weltraumteleskop aus Indien macht zurzeit UV-Beobachtungen aus dem All, doch ist deutlich weniger mächtig. China plant den Start eines Weltraumteleskops mit dem Namen Xuntian im Jahr 2024. Laut den staatlichen Medien soll es ein Gebiet beobachten können, dass 300-Mal größer ist als das von Hubble.

目前,还没有执行重大任务的计划。如果发生灾难性故障,使哈勃完全脱机,很难想象美国宇航局会批准对一个有三十年历史的天文台进行维修任务。那么当哈勃最终退役时,将由什么来代替它呢?布朗说,其他国家已经有了向太空派遣望远镜的初步计划,这些任务可以接替哈勃目前仍在进行的可见光和紫外线观测。目前,印度的Astrosat太空望远镜在太空中进行紫外线观测,但它的威力要小得多。据国家媒体报道,中国计划在2024年发射一台名为 "巡天 "的太空望远镜,这台望远镜将能观测到比哈勃大300倍的区域。

Der wahre Hubble-Nachfolger könnte das von NASA lang vorgeschlagene "Large Ultraviolet Optical Infrared Surveyor"-Weltraumteleskop (kurz: LUVOIR) werden, ein Allzweckobservatorium, das in der Lage ist, multiple Wellenlängen zu beobachten (einschließlich infrarot, optisch und ultraviolett). Doch auch bei gesicherter Finanzierung würde LUVOIR frühestens 2039 an den Start gehen.
Gut möglich ist dementsprechend, dass Hubble solange aktiv bleibt, bis es wirklich ersetzt werden kann. Die meisten Astronomen machen sich allerdings auf eine große Wissenslücke gefasst, wenn es tatsächlich aufhört zu funktionieren. "Hubble ist wirklich das Beste für ultraviolette und optische Astronomie", sagt Brown. "So viel Forschung, insbesondere wenn es darum geht, Temperaturdaten und chemische Zusammenhänge im Weltraum zu verstehen, hängt von den Informationen ab, die es liefert. Ich fürchte, dass die Weltraum-Community den Verlust wirklich spüren wird, wenn Hubble nicht mehr funktioniert."

真正的 "哈勃 "的继任者可能是美国航天局提议已久的大型紫外线光学红外测量仪(LUVOIR)空间望远镜,这是一个能够观测多种波长(包括红外、光学和紫外线)的通用观测站。不过,即使资金到位,LUVOIR最早也要到2039年才能启动。
相应地,哈勃很有可能在真正能够被取代之前一直保持活跃。然而,如果它真的停止工作,大多数天文学家都在为自己的重大知识空白做准备。"哈勃真的是紫外线和光学天文学最好的东西,"布朗说。"很多研究,特别是在了解太空中的温度数据和化学关系时,都取决于它提供的信息。如果哈勃停止工作,恐怕航天界真的会感到损失惨重。"