Kunstgreep helpt ruimtetelescoop niet echt

De Amerikaanse ruimtevaartorganisatie NASA is aan het onderzoeken op welke manier de Hubble Space Telescope nog het meeste nut voor de astronomie kan hebben. Deze Amerikaanse-Europese ruimtetelescoop, die sinds 24 april op een hoogte van 600 km om de aarde draait, kan door een domme constructiefout niet de prestaties leveren, waarvoor hij was ontworpen. Hoewel een deel van de geplande waarnemingen nog wel uitvoerbaar is, zal de kwaliteit ervan zeer uiteenlopen en eerst moet men nog de gigantische klus van het opnieuw opstellen van een waarnemingsschema klaren.

De 11 ton zware ruimtetelescoop lijdt aan het euvel dat men in de optica sferische aberratie noemt. De 2.4 meter grote hoofdspiegel heeft niet precies de juiste vorm. Licht dat van de randgebieden van de spiegel komt, heeft een ander brandpunt dan licht uit de centrale delen. De telescoop kan nooit worden scherpgesteld. De vrijwel puntvormige sterbeeldjes die een telescoop buiten de dampkring zou moeten leveren, zijn versmeerd tot vlekjes.

Voor zover men nu heeft kunnen nagaan, heeft de hoofdspiegel tijdens het testen, bij Perkin Elmer Corporation, zijn verkeerde vorm gekregen. Een van de elementen van een speciaal gebouwd testapparaat, de zogeheten nulcorrector, was 1,3 millimeter verkeerd ingesteld. Dat lijkt niet veel, maar voor een telescoopspiegel kan dat desastreuze gevolgen hebben.

De spiegel werd daarna op grond van een verkeerde specificatie afgewerkt. Volgens de laatste berichten blijken enkele sluitringen aan de grondplaat van het testapparaat precies 1,3 millimeter dik te zijn. Men gaat nu na of deze ringen, die misschien een kwartje per stuk hebben gekost, de miljarden dollars kostende ruimtetelescoop uiteindelijk slechtziend hebben gemaakt.

Diffuse halo

De sterbeeldjes die de ruimtetelescoop nu levert, bestaan uit een scherpe centrale kern, waarin 15 in plaats van 70 procent van het licht is geconcentreerd. Daaromheen bevindt zich een diffuse halo waarin de rest van het sterlicht samenkomt. Doordat de beeldafwijking symmetrisch en goed gekarakteriseerd is, is het mogelijk om de halo met behulp van speciale beeldbewerkingstechnieken weg te filteren. Deze technieken zijn in de afgelopen jaren al met succes toegepast op de resultaten van waarnemingen met radiotelescopen.

Hoewel door deze beeldbewerking een deel van de detailscherpte kan worden teruggewonnen, lukt dat veel minder goed met het zogeheten dynamisch bereik. Hieronder verstaat men in feite de mate van contrast, dus het vermogen om zwakke objecten (of lichtniveaus) te detecteren wanneer zij vlak bij heldere objecten staan. De halo van versmeerd licht overstraalt deze zwakke objecten en filtert men de halo weg, dan filtert men ook het zwakke object weg. Geen enkele beeldbewerkingstechniek is in staat om iets tevoorschijn te toveren dat al niet in de meting verscholen zit.

Bovendien betekent de geringere helderheid van de centrale kern van de beeldjes, dat de ruimtetelescoop nu minder gevoelig is dan hij zou moeten zijn: een groot deel van het licht kan nu immers niet worden gebruikt. Vooral de zwakke en dus zeer verre sterrenstelsels en quasars zullen nu niet kunnen worden waargenomen en die vormden nu juist een van de belangrijkste waarnemingsdoelen van de telescoop. Planeten, sterren, nabije sterrenstelsels en andere betrekkelijk heldere objecten zullen het minste onder de beeldfout te lijden hebben.

Faint object camera

Waarschijnlijk zal men tot eind oktober bezig zijn met het via testwaarnemingen uitzoeken op welke manier men het maximale uit de ruimtetelescoop kan halen, voordat er in 1993 voor het eerst een space shuttle naar toe wordt gestuurd. Dan zal men misschien de Europese Faint Object Camera kunnen vervangen of van aangepaste optiek kunnen voorzien. Deze camera was speciaal ontworpen voor het waarnemen van zeer zwakke objecten en heeft nu dus het meeste te lijden onder de beeldfout.

Na de testperiode zal de NASA de astronomen advies geven over de mogelijkheden om via aangepaste experimenten het maximale uit de telescoop te halen. De astronomen zelf zijn inmiddels al begonnen aan het gigantische karwei van het opnieuw opstellen van een nieuw waarnemingsschema voor de honderden astronomen die de ruimtetelescoop zouden gaan gebruiken. Van alle problemen ligt dit nog het meest gevoelig. Welke projecten c.q. personen worden nu naar voren geschoven, welke komen op de wachtlijst en welke astronomen moeten met lege handen naar huis worden gestuurd? Intussen heeft Raymond Wilson, een astronoom van de Europese Zuidelijke Sterrenwacht (ESO) in Garching bij Munchen, er in een brief aan Nature fijntjes op gewezen, dat de huidige prestaties van de Hubble Space Telescope niet 'even goed is als die van de beste telescopen op aarde', zoals vaak zou worden opgemerkt. De diameter van de sterbeeldjes van de ruimtetelescoop komen niet beneden de 1 boogseconde (1/3600e graad). Er zijn verschillende telescopen op aarde die onder gunstige waarnemingsomstandigheden kleinere beeldjes leveren, dus scherper zien. En de nieuwe telescoop van de ESO, de 3,5 meter New Technology Telescope, kan dankzij zijn actief gecorrigeerde spiegel sterbeeldjes van kleiner dan 0,5 boogseconde leveren. Wilson is de hoofdontwerper van deze door velen bewonderde telescoop!