Requiem voor Hubble 1 mei 2005

De Hubble Space Telescope.

De beslissing van NASA om de Hubble-ruimtetelescoop aan zijn lot over te laten is fout gevallen bij astronomen en bij het grote publiek. Vijftien jaar na de lancering is Hubble nog springlevend, maar de stekker moet er uit, onder meer omdat George Bush plotseling een vision kreeg op ruimtevaart. Alleen de nieuwe NASA-topman Mike Griffin kan de euthanasie op dit boegbeeld van de astronomie nog terugdraaien.

Vrijdag 16 januari 2004 was een zwarte dag voor Steve Beckwith. Als directeur van het Space Telescope Science Institute in Baltimore had hij kort tevoren nog de loftrompet gestoken over de verrichtingen van de Hubble Space Telescope. Een vijfde onderhoudsvlucht was gepland voor 2006, en daarna zou Hubble nog een paar jaar lang vooruit kunnen, hopelijk tot aan de lancering van zijn opvolger, in 2011 of 2012. Geen vuiltje aan de lucht.

Maar op die bewuste vrijdagochtend kwam NASA-topman Sean O’Keefe roet in het eten gooien op het instituut in Baltimore. Voor een zaal vol technici en wetenschappers vertelde O’Keefe dat de onderhoudsvlucht was geschrapt. Hubble kon in bedrijf blijven totdat de gyroscopen of de batterijen het zouden begeven (naar verwachting in 2007 of 2008), maar daarna was het afgelopen met het meest succesvolle wetenschappelijke instrument uit de geschiedenis. Passieve euthanasie op een sterrenkijker.

Sindsdien is er veel gebeurd, vertelt de Nederlandse astronoom Roeland van der Marel, die werkzaam is aan het Space Telescope Science Institute. Maar de toekomst van Hubble is in feite nog even onzeker als ruim een jaar geleden. Verschillende onderzoekscommissies hebben zich over de kwestie gebogen. Een spaceshuttlevlucht naar Hubble is volgens NASA te gevaarlijk. Een onbemande onderhoudsvlucht is te onzeker, en kan waarschijnlijk niet op tijd gerealiseerd worden. Maar tegelijkertijd staat vast dat Hubble ooit bezoek moet krijgen van een dure ruimterobot, want de telescoop gewoon maar naar beneden laten vallen is ook geen optie.

Het dilemma waar NASA zich voor geplaatst ziet is extra groot omdat het niet alleen sterrenkundigen zijn die in het geweer zijn gekomen tegen de beslissing. De Hubble-telescoop is het wetenschappelijke troetelkind en de nationale trots van de Amerikaanse belastingbetaler. ‘Er is enorm veel support van het grote publiek en van de media,’ zegt Van der Marel. ‘Bijna elke week verschijnt er wel ergens een artikel waarin NASA wordt opgeroepen om Hubble te redden.’

Werkpaard
Dit voorjaar is het vijftien jaar geleden dat de Hubble Space Telescope werd gelanceerd. Tientallen jaren lang hadden sterrenkundigen gefantseerd over een telescoop in een baan om de aarde, ver boven de absorberende werking en de storende trillingen van de dampkring. Op 24 april 1990 werd die droom eindelijk werkelijkheid. Het kostte een paar centen – met een prijskaartje van ruim twee miljard dollar was Hubble indertijd het duurste wetenschappelijke instrument ooit gebouwd – maar dan had je ook wat: Hubble (genoemd naar de Amerikaanse kosmoloog Edwin Hubble) zou de evolutie van sterren, planeten en van het heelal als geheel gaan ontraadselen.

De droom begon overigens als een nachtmerrie, want kort na de lancering werd ontdekt dat de ruimtetelescoop een klein beetje bijziend was, als gevolg van een subtiele constructiefout in de 2,4 meter grote hoofdspiegel. Gelukkig was het instrument zo ontworpen dat het in de ruimte bezoek kon krijgen van de spaceshuttle, en in december 1993, tijdens de eerste onderhoudsvlucht, werd de telescoop voorzien van correctie-optiek die de beeldfouten exact compenseerde.

Sindsdien is de Hubble Space Telescope uitgegroeid tot het werkpaard van de astronomie. Op elk deelgebied van de sterrenkunde heeft Hubble zijn sporen nagelaten, en de resultaten van de ruimtetelescoop overtreffen zelfs de meest optimistische verwachtingen, aldus hoogleraar sterrenkunde Henny Lamers van de Universiteit Utrecht. Dat het instrument ook bij het grote publiek zo populair is, komt natuurlijk door de schitterende kleurenfoto’s van planeten, nevelvlekken en sterrenstelsels die in de loop van de jaren zijn gemaakt, en die regelmatig de pagina’s van populair-wetenschappelijke tijdschriften en boeken sieren. Lamers: ‘Als Hubble één ding heeft laten zien, is het de macht van de plaatjes.’

Dicht bij huis deed Hubble onderzoek aan planeten, kometen, planetoïden en ijsdwergen in ons eigen zonnestelseln. In ons Melkwegstelsel werd de geboorte van sterren en planetenstelsels grotendeels ontraadseld, en bestudeerde Hubble de manier waarop sterren zoals onze eigen zon aan hun eind komen. En in de onpeilbare diepruimte ontdekte Hubble superzware zwarte gaten in de kernen van sterrenstelsels, bracht hij de levensloop van sterrenstelsels aan het licht, en gaf hij antwoord op vragen over leeftijd en evolutie van het heelal. ‘De Hubble Deep Field-waarnemingen [extreem lang belichte opnamen van de allerverste sterrenstelsels – GS] vormen waarschijnlijk de grootste wetenschappelijke doorbraak van de ruimtetelescoop,’ zegt Huub Röttgering van de Leidse Sterrewacht.

Met zo’n supertelescoop onder handbereik vraag je je af waarom sterrenkundigen nog telescopen op aarde bouwen. Het antwoord is simpel: ook Hubble kan maar zeven dagen per week gebruikt worden, en er valt nu eenmaal veel meer te onderzoeken dan mogelijk is met één instrument. Daar komt bij dat het voor veel onderzoek zonde is om een dure en sterk overvraagde telescoop als Hubble te gebruiken, terwijl de 2,4-meter spiegel van de ruimtetelescoop voor andere waarnemingen juist weer te klein is.

In de sterrenkunde zal dus altijd behoefte blijven bestaan aan een grote verscheidenheid van telescopen op de grond. Sterker: telescopen op aarde en in de ruimte kunnen niet zonder elkaar. Om het zwakke licht te analyseren van ver verwijderde sterrenstelsels die voor het eerst door Hubble in beeld zijn gebracht, heb je grote aardse telescopen nodig met spiegelmiddellijnen van acht of tien meter. En Hubble wordt vaak gebruikt voor gedetailleerd vervolgonderzoek aan objecten die met kleine telescopen op de grond zijn ontdekt, zoals nieuwe kometen en exploderende sterren. Maar met het wegvallen van Hubble komt ook die symbiose in gevaar, aldus Lamers: ‘Jarenlang zullen we geen hoge-resolutiewaarnemingen kunnen doen op ultraviolette en infrarode golflengten.’

Onderhoud
Het langdurige succes van Hubble is voor een belangrijk deel te danken aan de vier onderhoudsvluchten die in de afgelopen jaren zijn uitgevoerd. Spaceshuttle-astronauten vervingen defecte onderdelen, zoals gyroscopen, geheugenmodules en batterijen, en ze plaatsten nieuwe boordcomputers, zonnepanelen, camera’s en meetinstrumenten, waardoor de ruimtetelescoop een paar keer een ingrijpende upgrade onderging. Veel andere astronomische satellieten hebben een levensduur van hooguit een paar jaar, en zijn tegen die tijd in zekere zin ook verouderd, omdat de ontwikkeling van nieuwe technieken op de grond natuurlijk niet stilstaat.

Overigens is er ook een keerzijde aan de keuze voor de mogelijkheid van onderhoudsvluchten. Om te beginnen werd de ruimtetelescoop enorm veel duurder dan anders nodig was geweest: voor de kosten van Hubble zou je gemakkelijk vier of vijf wetenschappelijke kunstmanen hebben kunnen bouwen en lanceren, elk met hun eigen specifieke mogelijkheden, en dan hebben we het nog niet over de honderden miljoenen die elke onderhoudsvlucht kost. Daar komt nog bij dat Hubble in een lage baan om de aarde moest worden gebracht, omdat de spaceshuttle niet hoger kan komen dan 600 kilometer. In die lage baan heeft de ruimtetelescoop last van de storende invloed van de stralingsgordels van de aarde, en gaat altijd een groot deel van de sterrenhemel schuil achter onze planeet.

De geplande opvolger van Hubble, de James Webb Space Telescope, wordt dan ook op grote afstand van de aarde in een baan om de zon gebracht. Onderhoudsvluchten naar de Webb-telescoop zijn daardoor niet mogelijk, maar het instrument is – ondanks de veel grotere spiegelmiddellijn van zes meter – slechts half zo duur als Hubble. Wetenschappelijke en economische motieven voor een Hubble-achtige aanpak zijn er dus eigenlijk niet, en de keuze voor de link tussen shuttle en Hubble werd indertijd dan ook vooral ingegeven door politieke overwegingen: NASA had sterk behoefte aan een wetenschappelijke rechtvaardiging van de enorme kosten van het spaceshuttleproject.

Hoe dan ook, het valt niet te ontkennen dat de spectaculaire reparatievlucht van december 1993 en de drie latere onderhoudsvluchten hebben bijgedragen aan de publieke belangstelling voor de Hubble Space Telescope. En als alle ontdekkingen van Hubble door vijf of zes verschillende wetenschappelijke kunstmanen waren gedaan, zou geen van die satellieten ooit dezelfde cultstatus hebben bereikt als de Hubble-telescoop. Juist de lange levensduur, het niet aflatende succes en de enorme verscheidenheid aan revolutionaire ontdekkingen hebben bijgedragen tot het heldendom van Hubble.

Prioriteiten
Geen wonder dus dat ‘Hubble-baas’ Steve Beckwith – en met hem alle astronomen over de hele wereld – geschokt reageerden op NASA’s besluit de vijfde onderhoudsvlucht te schrappen en de Hubble-telescoop aan zijn lot over te laten. Alsof je besluit om met je lievelingsauto nooit meer naar de garage te gaan, en er gewoon in te blijven rondrijden totdat de versnellingsbak het begeeft. De onverwachte aankondiging van O’Keefe kwam extra hard aan omdat alles erop leek te wijzen dat er opnieuw politieke motieven in het spel waren.

De vijfde onderhoudsvlucht naar de Hubble Space Telescope zou oorspronkelijk begin 2004 plaatsvinden. Hubble moest onder andere nieuwe zonnepanelen krijgen, nieuwe gyroscopen (nodig voor de standregeling), en twee gloednieuwe, gevoelige waarnemingsinstrumenten: de Wide Field Camera 3 (WFC3) en de Cosmic Origins Spectrograph (COS). Als gevolg van het ongeluk met de spaceshuttle Columbia, in februari 2003, werd de onderhoudsvlucht echter uitgesteld tot 2006. Veel later moest het niet worden, want van de zes gyroscopen aan boord van Hubble werken er nog maar vier, en drie is het minimumaantal waarmee de telescoop kan functioneren.

De consequenties van het shuttle-ongeluk reikten echter veel verder. De zevenkoppige bemanning van de Columbia kwam tijdens de afdaling door de aardse dampkring om het leven doordat het hitteschild van een van de shuttlevleugels was beschadigd tijdens de lancering. Zelfs als het probleem tijdens de vlucht al was onderkend, was er geen redding meer mogelijk geweest: de shuttle heeft nu eenmaal geen eigen reddingssloep. NASA trok hieruit de conclusie dat shuttlevluchten naar het in aanbouw zijnde International Space Station eigenlijk de enige veilige vluchten zijn: in geval van nood zou een shuttlebemanning desnoods wekenlang aan boord van het ruimtestation kunnen verblijven, in afwachting van een reddingsoperatie.

Volgens O’Keefe draaide de beslissing om het doek te laten vallen voor Hubble dan ook vooral om veiligheid. Een shuttlevlucht naar de Hubble Space Telescope kan nooit uitwijken naar het ruimtestation (dat bevindt zich in een compleet andere baan), en na het Columbia-ongeluk leek het niet langer verantwoord om het leven van Amerikaanse astronauten onnodig op het spel te zetten. Dat klinkt aannemelijk, maar het argument raakt kant noch wal. Een speciaal ingestelde commissie die het shuttle-ongeluk onderzocht en met een waslijst van veiligheidsaanbevelingen kwam, rept er met geen woord over. Sterker, zegt Hubble-astronoom Van der Marel: commissievoorzitter Hal Gehman heeft in een brief uiteengezet dat een vlucht naar Hubble alles bij elkaar genomen niet risicovoller is dan een vlucht naar het ruimtestation, onder andere omdat het ruimtestation in een veel lagere baan draait, waar de kans op een voltreffer door een stuk ruimteschroot groter is dan in de hogere baan waarin Hubble zich bevindt.

De ware reden van de NASA-beslissing heeft alles te maken met de nieuwe Amerikaanse Vision for Space Exploration, die twee dagen vóór O’Keefes toespraak in Baltimore werd aangekondigd door president George W. Bush. ‘Het wetenschappelijk ruimteonderzoek staat sindsdien onder zeer grote druk,’ aldus Van der Marel. Volgens ‘de Vision’, zoals het toekomstplan in de wandelgangen genoemd wordt, richten de Amerikaanse ruimtevaartinspanningen zich de komende tijd vooral op een terugkeer naar de maan en op een bemande reis naar de planeet Mars. Voor bemande ruimtevaartinitiatieven die niet in dat kader passen, is geen plaats meer. En geen geld.

Het is de bedoeling dat de spaceshuttle in 2010 uit de lucht wordt gehaald, en op termijn vervangen wordt door een nieuw bemand ruimteschip, de Crew Exploration Vehicle. Tot 2010 zijn nog 28 shuttlevluchten gepland (de eerste moet in de loop van de maand mei plaatsvinden), en die zijn stuk voor stuk nodig voor de voltooiing van het International Space Station. Ruimte en geld voor een shuttlevlucht naar Hubble is er eenvoudigweg niet meer; met risico-analyse en veiligheid heeft dat niets te maken.

Oplossingen
Sterrenkundigen waren begin 2004 niet de enigen die protesteerden tegen O’Keefes beslissing. Sommige Amerikaanse politici, waaronder de democratische senator Barbara Mikulski – volgens Van der Marel de belangrijkste Hubble-supporter in Washington – drongen er bij NASA op aan terug te komen op het besluit, en leden van particuliere organisaties zoals de Planetary Society klommen massaal in de pen om hun ongenoegen te uiten. Onder druk gezet door al die kritiek besloot NASA nog eens zorgvuldig naar de verschillende alternatieven te kijken, en vorig jaar zag het er even naar uit dat er toch nog hoop was voor Hubble, in de vorm van een onbemande onderhoudsvlucht.

De basis van dat plan wordt gevormd door een ruimterobot die al in ontwikkeling is om de Hubble-telescoop over een aantal jaren op gecontroleerde wijze de dampkring van de aarde binnen te loodsen. De ruimtetelescoop heeft zelf geen aandrijfmotor en stuurraketten, en als hij helemaal aan zijn lot wordt overgelaten, zal hij in de toekomst – waarschijnlijk ergens rond 2020 – verbranden in de atmosfeer, waarbij grote brokstukken in bewoond gebied terecht kunnen komen, met alle mogelijke gevolgen van dien. Om dat te voorkomen moet Hubble aan het eind van zijn operationale levensduur naar beneden worden gehaald door een onbemande module met een eigen raketmotor. Die wordt dan aan de ruimtetelescoop vastgekoppeld, en zorgt voor een veilige landing in de Stille Oceaan.

Als zo’n module toch ontwikkeld en gebouwd moet worden, zou dat dan niet wat eerder kunnen? En zou zo’n ruimterobot dan niet ook nieuwe gyroscopen en misschien zelfs nieuwe waarnemingsinstrumenten kunnen plaatsen? Volgens het Canadese bedrijf MacDonald, Dettwiler and Associates (de bouwers van de robotarm van de spaceshuttle) was dat geen enkel probleem. Hun Dextre-robot, ontwikkeld voor gebruik op het ruimtestation, zou de klus met enkele kleine aanpassingen kunnen klaren. Ook technici van NASA’s eigen Johnson Space Center in Houston zagen wel mogelijkheden, op basis van hun Ranger-robot – een soort kunstmatige astronaut.

Afgelopen najaar leek NASA wel oren te hebben naar het robotplan, maar inmiddels is er opnieuw een patstelling bereikt. Een zware commissie van de National Research Council, onder leiding van natuurkundige Louis Lanzerotti van Bell Labs en met drie Nobelprijswinnaars aan boord, concludeerde begin dit jaar dat zo’n robotvlucht een geringe slagingskans heeft, veel te duur wordt (ruim één miljard dollar), en bovendien waarschijnlijk niet op tijd gelanceerd kan worden om Hubble te redden. Een bemande onderhoudsvlucht is volgens de NRC-commissie de enige reële optie, maar daar wil NASA nog steeds niet aan – in het NASA-budget voor 2006 is geen cent gereserveerd voor een finale onderhoudsvlucht.

Inmiddels zitten astronomen en Hubble-technici zelf natuurlijk ook niet stil. De afgelopen maanden is met succes aangetoond dat Hubble ook met twéé gyroscopen goed kan functioneren, door handig gebruik te maken van de Star Trackers en de gevoelige Fine Guidance Sensors – een soort mini-kijkertjes die heel precies een bepaalde ster in beeld kunnen houden. Dat betekent dat gyroscoop nummer 3 voorlopig op stand-by gezet kan worden, totdat een van de andere gyro’s het begeeft. Op die manier wordt de levensverwachting van Hubble opgerekt – misschien wel tot 2008 of 2009, aldus Van der Marel.

En de nieuwe instrumenten voor de ruimtetelescoop? Die staan al geruime tijd klaar, en het is natuurlijk zonde om ze bij het oud vuil te zetten. Er liggen dan ook al voorstellen voor de bouw van een nieuwe satelliet die over een paar jaar gelanceerd zou kunnen worden, met de Wide Field Camera 3 en de Cosmic Origins Spectrograph aan boord. Maar veel kans maakt zo’n voorstel waarschijnlijk niet, zegt Van der Marel, omdat er opnieuw enorme kosten mee gemoeid zijn.

Toekomst
Maar wacht even: de James Webb Space Telescope zou het estafettestokje van Hubble toch overnemen? Deze futuristiche ruimtetelescoop, met een uitklapare spiegel van zes meter in middellijn (en genoemd naar een NASA-topman uit het Apollo-tijdperk), moet in 2011 of 2012 gelanceerd worden, en wordt inderdaad al jarenlang geafficheerd als de opvolger van de Hubble Space Telescope. Maar die voorstelling van zaken is niet helemaal terecht. De Webb-telescoop is een veelbelovend instrument, maar hij gaat compleet andere dingen doen dan Hubble.

De grote kracht van de Hubble-telescoop is de gevoeligheid in een groot aantal golflengtegebieden, van ultraviolette straling en zichtbaar licht tot infrarode straling. De Webb-telescoop daarentegen richt zich op slechts één golflengtegebied: het nabij-infrarood. Onderzoek aan die kosmische warmtestraling is van groot belang voor de sterrenkunde, en zal veel nieuwe informatie opleveren over de evolutie van de allereerste sterrenstelsels en sterren in het heelal, en over de geboorte van nieuwe sterren en planeten. Maar Webb is blind op optische golflengten en in het ultraviolet, en als Hubble de geest geeft, is er geen enkel instrument dat die taken overneemt. ‘Heel erg,’ zegt de Utrechtse astronoom Lamers. ‘Als je in de sterrenkunde iets nieuws ontdekt op één golflengte, heb je bijna altijd waarnemingen op andere golflengten nodig om je ontdekking echt goed te begrijpen.’

Daarnaast is het duidelijk dat een voortijdige dood voor Hubble ook een aderlating voor de astronomie betekent. De ruimtetelescoop heeft de afgelopen jaren een continue stroom van duizenden wetenschappelijke publicaties opgeleverd, en die droogt op wanneer de knop omgaat. ‘Het is moeilijk om specifieke deelgebieden te noemen,’ zegt de Leidse sterrenkundige Röttgering, ‘maar een van de dingen die gaan lijden is het onderzoek aan de grote-schaalstructuur van het heelal – daar had de Wide Field Camera 3 een enorme bijdrage aan kunnen leveren.’ Van der Marel noemt ook het onderzoek aan planeten bij andere sterren. ‘En dan zijn er natuurlijk de dingen waarvan we nu niet eens weten dat we ze kunnen vinden,’ zegt hij.

Een deel van het Hubble-onderzoek zal ooit worden overgenomen door andere ruimtetelescopen – niet alleen de James Webb Space Telescope, maar ook kleinere wetenschappelijke kunstmanen die zich op één specifiek onderzoeksterrein richten. Maar wanneer Hubble het zonder laatste onderhoudsvlucht moet stellen, valt er hoe dan ook een gat van een paar jaar, en op ultraviolette golflengten en in zichtbaar licht moeten sterrenkundigen het dan helemaal zonder ruimtetelescoop stellen. Lamers: ‘Dit is echt een heel serieus probleem.’

Gelukkig is nog steeds niet alle hoop verloren. Sean O’Keefe kondigde enkele maanden geleden zijn vertrek bij NASA aan. Hij werd in april opgevolgd door Mike Griffin, ruimtevaartdirecteur van het Applied Physics Laboratory van de Johns Hopkins University. Van Griffin is bekend dat hij kritisch staat ten opzichte van het International Space Station en veel waarde hecht aan wetenschappelijk ruimteonderzoek. Griffin heeft aangekondigd de hele kwestie opnieuw te bekijken nadat de spaceshuttle weer in bedrijf is genomen. Het is niet geheel uitgesloten dat de nieuwe NASA-topman een verrassende zet zal doen in de eindstrijd om Hubble.

Van der Marel is gematigd optimistisch. ‘Als de man die de beslissing heeft genomen is opgestapt, ziet het speelveld er natuurlijk veel positiever uit dan eerst. We hebben weer wat hoop, maar dat is de afgelopen vijftien maanden wel vaker het geval geweest.’ Veel sterrenkundigen zien het echter een stuk somberder in. Röttgering: ‘Natuurlijk hopen we dat Hubble het zo lang mogelijk volhoudt, maar misschien moeten we zo langzamerhand maar accepteren dat het einde in aantocht is. Jammer, maar er bestaat bij veel mensen wel begrip voor.’

Maar Beckwith en zijn collega’s zijn ervan overtuigd dat Hubbles rol nog niet is uitgespeeld. Voor de zoveelste keer is een wetenschappelijke en politieke lobby op gang gekomen om NASA en het Congres op andere gedachten te brengen, en ook onderzoekers uit andere disciplines laten zich niet onbetuigd. ‘De overheidsbegroting voor het belastingjaar 2006 [dat in oktober 2005 begint – GS] moet nog besproken worden in het Congres,’ zegt Van der Marel, ‘en we hebben echt wel supporters in Washington. Het kan nog best gunstig uitpakken voor Hubble.’

Alle ogen zijn nu in elk geval gericht op de kersverse NASA-topman Griffin, die zich terdege realiseert hoe impopulair zijn voorganger O’Keefe zich heeft gemaakt met zijn Hubble-beleid. Van der Marel: ‘Als de baas van NASA er opnieuw naar wil kijken, ziet het er allemaal weer een heel stuk positiever uit. En als die onderhoudsvlucht er wél komt, kan Hubble misschien in bedrijf blijven tot 2015.’ Met een beetje geluk haalt de beroemdste telescoop uit de geschiedenis zijn vijfentwintigste verjaardag.

© Govert Schilling
 

• Hubble Space Telescope
• Red Hubble, online-petities