Telescopio espacial Hubble

En 1923, Hermann Oberth , considerado padre de la cohetería moderna junto con Robert H. Goddard y Konstantin Tsiolkovsky , publicó Die Rakete zu den Planetenräumen ("El cohete al espacio planetario"), que mencionaba cómo un telescopio podía ser impulsado a la órbita terrestre por un cohete. ^{[ 13 ]}

La historia del Telescopio Espacial Hubble se remonta a 1946, al artículo del astrónomo Lyman Spitzer titulado "Ventajas astronómicas de un observatorio extraterrestre". ^{[ 14 ]} En él, Spitzer analizó las dos principales ventajas que un observatorio espacial tendría sobre los telescopios terrestres. Primero, la resolución angular (la separación mínima a la que los objetos pueden distinguirse claramente) estaría limitada únicamente por la difracción , en lugar de por la turbulencia atmosférica, que provoca el centelleo de las estrellas, fenómeno conocido por los astrónomos como seeing . En aquel entonces, los telescopios terrestres tenían resoluciones limitadas a 0,5-1,0 segundos de arco , en comparación con una resolución teórica limitada por difracción de aproximadamente 0,05 segundos de arco para un telescopio óptico con un espejo de 2,5 m (8 pies 2 pulgadas) de diámetro. Segundo, un telescopio espacial podría observar la luz infrarroja y ultravioleta, que es fuertemente absorbida por la atmósfera terrestre . ^{[ 14 ]}   

Spitzer dedicó gran parte de su carrera a impulsar el desarrollo de un telescopio espacial. ^{[ 15 ]} En 1962, un informe de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos recomendó el desarrollo de un telescopio espacial como parte del programa espacial , y en 1965, Spitzer fue nombrado jefe de un comité encargado de definir los objetivos científicos para un gran telescopio espacial. ^{[ 16 ]}

También fue crucial el trabajo de Nancy Grace Roman , la "Madre del Hubble". ^{[ 17 ]} Mucho antes de que se convirtiera en un proyecto oficial de la NASA , dio conferencias públicas ensalzando el valor científico del telescopio. Tras su aprobación, se convirtió en la científica del programa, estableciendo el comité directivo encargado de hacer factibles las necesidades de los astrónomos ^{[ 18 ]} y redactando testimonios ante el Congreso durante la década de 1970 para abogar por la financiación continua del telescopio. ^{[ 19 ]} Su trabajo como científica del proyecto ayudó a establecer los estándares para la operación de grandes proyectos científicos de la NASA. ^{[ 20 ]}

La astronomía espacial comenzó a pequeña escala tras la Segunda Guerra Mundial , cuando los científicos aprovecharon los avances en la tecnología de cohetes . El primer espectro ultravioleta del Sol se obtuvo en 1946, ^{[ 21 ]} y la NASA lanzó el Observatorio Solar Orbital (OSO) para obtener espectros UV, de rayos X y de rayos gamma en 1962. ^{[ 22 ]} El Reino Unido lanzó un telescopio solar orbital en 1962 como parte del programa Ariel , y en 1966 la NASA lanzó la primera misión del Observatorio Astronómico Orbital (OAO). La batería del OAO-1 falló después de tres días, poniendo fin a la misión. Le siguió el Observatorio Astronómico Orbital 2 (OAO-2), que realizó observaciones ultravioleta de estrellas y galaxias desde su lanzamiento en 1968 hasta 1972, mucho más allá de su vida útil prevista inicialmente de un año. ^{[ 23 ]}

Las misiones OSO y OAO demostraron el importante papel que las observaciones espaciales podían desempeñar en la astronomía. En 1968, la NASA elaboró ​​planes concretos para un telescopio reflector espacial con un espejo de 3 m (9,8 pies) de diámetro, conocido provisionalmente como el Gran Telescopio Orbital o Gran Telescopio Espacial (LST), cuyo lanzamiento estaba previsto para 1979. Estos planes enfatizaban la necesidad de misiones de mantenimiento tripuladas para el telescopio, a fin de garantizar una larga vida útil de un programa tan costoso, y el desarrollo simultáneo de los planes para el Transbordador Espacial reutilizable indicaba que la tecnología necesaria para ello pronto estaría disponible. ^{[ 24 ]}  

El éxito continuado del programa OAO fomentó un consenso cada vez mayor dentro de la comunidad astronómica sobre la necesidad de que el LST fuera un objetivo prioritario. En 1970, la NASA creó dos comités: uno para planificar la parte de ingeniería del proyecto del telescopio espacial y otro para determinar los objetivos científicos de la misión. Una vez establecidos estos comités, el siguiente obstáculo para la NASA fue obtener financiación para el instrumento, que resultaría mucho más costoso que cualquier telescopio terrestre. El Congreso de los Estados Unidos cuestionó muchos aspectos del presupuesto propuesto para el telescopio e impuso recortes en el presupuesto para las etapas de planificación, que en aquel entonces consistían en estudios muy detallados de posibles instrumentos y componentes para el telescopio. En 1974, los recortes en el gasto público llevaron al Congreso a eliminar toda la financiación para el proyecto del telescopio. ^{[ 25 ]}

En 1977, el entonces administrador de la NASA, James C. Fletcher, propuso una asignación simbólica de 5  millones de dólares para el Hubble en el presupuesto de la NASA. El entonces administrador asociado de la NASA para la ciencia espacial, Noel Hinners , en cambio, recortó toda la financiación para el Hubble, apostando a que esto impulsaría a la comunidad científica a luchar por la financiación completa. Como recuerda Hinners: ^{[ 26 ]}

Ese año quedó claro que no íbamos a poder empezar con buen pie. Hubo cierta oposición en el Capitolio a reiniciar el proyecto del Hubble. Si mal no recuerdo, esto se debió en gran parte a la situación presupuestaria. Jim Fletcher propuso destinar cinco millones como reserva. No me gustó la idea. En términos actuales, era una especie de concesión a la comunidad astronómica. "Algo hay ahí, así que todo está bien".

Pensé que, para motivar a esa comunidad, lo mejor sería dejarlo en cero. Así dirían: "¡Vaya, estamos en serios problemas!", y eso movilizaría a la gente. Por eso defendí que no invirtiéramos nada. No recuerdo las discusiones detalladas, ni si las hubo, pero Jim estuvo de acuerdo, así que lo dejamos en cero. Desde mi punto de vista, tuvo el efecto deseado de estimular a la comunidad astronómica a renovar sus esfuerzos de cabildeo. Si bien me gusta pensar que, en retrospectiva, fue una jugada política brillante, no estoy seguro de haberla meditado bien. Fue algo impulsivo.

[...] cinco millones les harían creer que todo está bien, pero no es así. Así que démosles un mensaje. Mi idea es motivarlos a pasar a la acción. Reducirlo a cero sin duda transmitiría ese mensaje. Creo que fue tan simple como eso. No hablé con nadie más sobre hacerlo primero, simplemente dije: "Hagámoslo". Y funcionó. No sé si lo volvería a hacer.

La maniobra política funcionó. En respuesta a la eliminación total del presupuesto de la NASA para el Hubble, se coordinó una campaña de presión a nivel nacional entre los astrónomos. Muchos astrónomos se reunieron personalmente con congresistas y senadores , y se organizaron campañas masivas de envío de cartas. La Academia Nacional de Ciencias publicó un informe que destacaba la necesidad de un telescopio espacial y, finalmente, el Senado aprobó la mitad del presupuesto que originalmente había sido aprobado por el Congreso. ^{[ 27 ]}

Los problemas de financiación llevaron a una reducción en la escala del proyecto, con el diámetro del espejo propuesto reducido de 3 m a 2,4 m, tanto para recortar costes ^{[ 28 ]} como para permitir una configuración más compacta y eficaz para el hardware del telescopio. Se descartó un telescopio espacial precursor propuesto de 1,5 m (4 pies 11 pulgadas) para probar los sistemas que se usarían en el satélite principal, y las preocupaciones presupuestarias también impulsaron la colaboración con la Agencia Espacial Europea (ESA). La ESA acordó proporcionar financiación y suministrar uno de los instrumentos de primera generación para el telescopio, así como las células solares que lo alimentarían, y personal para trabajar en el telescopio en Estados Unidos, a cambio de que se garantizara a los astrónomos europeos al menos el 15 % del tiempo de observación en el telescopio. ^{[ 29 ]} El Congreso finalmente aprobó una financiación de 36 millones de dólares para 1978, y el diseño del LST comenzó en serio, con el objetivo de lanzarlo en 1983. ^{[ 27 ]} En 1983, el telescopio recibió el nombre de Edwin Hubble , ^{[ 30 ]} quien confirmó uno de los mayores descubrimientos científicos del siglo XX, realizado por Georges Lemaître , de que el universo se está expandiendo . ^{[ 31 ]}    

Una vez que el proyecto del Telescopio Espacial recibió la aprobación, el trabajo en el programa se dividió entre varias instituciones. El Centro de Vuelos Espaciales Marshall (MSFC) se hizo responsable del diseño, desarrollo y construcción del telescopio, mientras que el Centro de Vuelos Espaciales Goddard asumió el control general de los instrumentos científicos y el centro de control terrestre de la misión. ^{[ 32 ]} El MSFC encargó a la empresa de óptica Perkin-Elmer el diseño y la construcción del conjunto óptico del telescopio (OTA) y los sensores de guiado fino para el telescopio espacial. Lockheed se encargó de la construcción e integración de la nave espacial que albergaría el telescopio. ^{[ 33 ]}

Ópticamente, el HST es un reflector Cassegrain de diseño Ritchey-Chrétien , como la mayoría de los grandes telescopios profesionales. Este diseño, con dos espejos hiperbólicos, es conocido por su buen rendimiento de imagen en un amplio campo de visión, con la desventaja de que los espejos tienen formas difíciles de fabricar y probar. El espejo y los sistemas ópticos del telescopio determinan el rendimiento final, y fueron diseñados con especificaciones precisas. Los telescopios ópticos suelen tener espejos pulidos con una precisión de aproximadamente una décima parte de la longitud de onda de la luz visible , pero el Telescopio Espacial iba a ser utilizado para observaciones desde el visible hasta el ultravioleta (longitudes de onda más cortas) y se especificó que estuviera limitado por difracción para aprovechar al máximo el entorno espacial. Por lo tanto, su espejo debía pulirse con una precisión de 10 nanómetros, o aproximadamente 1/65 de la longitud de onda de la luz roja. ^{[ 34 ]} En el extremo de longitud de onda larga, el OTA no fue diseñado teniendo en cuenta un rendimiento infrarrojo óptimo, por ejemplo, los espejos se mantienen a temperaturas estables (y cálidas, alrededor de 15 °C) mediante calentadores. Esto limita el rendimiento del Hubble como telescopio infrarrojo. ^{[ 35 ]}

Perkin-Elmer (PE) tenía previsto utilizar máquinas de pulido personalizadas y extremadamente sofisticadas, controladas por ordenador, para dar al espejo la forma requerida. ^{[ 33 ]} Sin embargo, en caso de que su tecnología de vanguardia presentara dificultades, la NASA exigió que PE subcontratara a Kodak la construcción de un espejo de reserva utilizando técnicas tradicionales de pulido de espejos. ^{[ 36 ]} (El equipo de Kodak e Itek también presentó una oferta para el trabajo original de pulido del espejo. Su oferta exigía que ambas empresas revisaran el trabajo de la otra, lo que casi con toda seguridad habría detectado el error de pulido que posteriormente causó problemas ). ^{[ 37 ]} El espejo de Kodak se exhibe ahora de forma permanente en el Museo Nacional del Aire y el Espacio . ^{[ 38 ] [ 39 ]} Un espejo de Itek construido como parte del proyecto se utiliza ahora en el telescopio de 2,4 m del Observatorio Magdalena Ridge . ^{[ 40 ]}

La construcción del espejo Perkin-Elmer comenzó en 1979, partiendo de un bloque fabricado por Corning con su vidrio de expansión ultrabaja. Para mantener el peso del espejo al mínimo, consistía en placas superior e inferior, cada una de 25 mm (0,98 pulgadas) de espesor, que intercalaban una celosía de panal . Perkin-Elmer simuló la microgravedad sosteniendo el espejo desde atrás con 130 varillas que ejercían diferentes cantidades de fuerza. ^{[ 41 ]} Esto aseguró que la forma final del espejo sería correcta y cumpliría con las especificaciones al desplegarse. El pulido del espejo continuó hasta mayo de 1981. Los informes de la NASA de la época cuestionaron la estructura de gestión de Perkin-Elmer, y el pulido comenzó a retrasarse y a exceder el presupuesto. Para ahorrar dinero, la NASA detuvo el trabajo en el espejo de respaldo y cambió la fecha de lanzamiento del telescopio a octubre de 1984. ^{[ 42 ]} El espejo se completó a finales de 1981; Se lavó con 9100 L (2000 galones imperiales ; 2400 galones estadounidenses ) de agua caliente desionizada y luego recibió una capa reflectante de aluminio de 65 nm de espesor y una capa protectora de fluoruro de magnesio de 25 nm de espesor . ^{[ 35 ] [ 43 ]}       

Continuaron surgiendo dudas sobre la competencia de Perkin-Elmer en un proyecto de esta importancia, ya que su presupuesto y plazo para la producción del resto del OTA seguían aumentando. En respuesta a un cronograma descrito como "inestable y cambiante a diario", la NASA pospuso la fecha de lanzamiento del telescopio hasta abril de 1985. Los cronogramas de Perkin-Elmer continuaron desajustándose a un ritmo de aproximadamente un mes por trimestre, y en ocasiones los retrasos alcanzaron un día por cada día de trabajo. La NASA se vio obligada a posponer la fecha de lanzamiento hasta marzo y luego hasta septiembre de 1986. Para entonces, el presupuesto total del proyecto había ascendido a 1175  millones de dólares. ^{[ 44 ]}

La nave espacial que albergaría el telescopio y los instrumentos representó otro importante desafío de ingeniería. Debía soportar frecuentes transiciones de la luz solar directa a la oscuridad de la sombra terrestre , lo que provocaría grandes cambios de temperatura, a la vez que debía ser lo suficientemente estable como para permitir un apuntamiento extremadamente preciso del telescopio. Una cubierta de aislamiento multicapa mantiene estable la temperatura dentro del telescopio y rodea una ligera carcasa de aluminio donde se alojan el telescopio y los instrumentos. Dentro de la carcasa, un marco de grafito-epoxi mantiene las partes móviles del telescopio firmemente alineadas. ^{[ 45 ]} Debido a que los compuestos de grafito son higroscópicos , existía el riesgo de que el vapor de agua absorbido por la estructura mientras se encontraba en la sala limpia de Lockheed se liberara posteriormente en el vacío del espacio, lo que provocaría que los instrumentos del telescopio se cubrieran de hielo. Para reducir ese riesgo, se realizó una purga con gas nitrógeno antes del lanzamiento del telescopio al espacio. ^{[ 46 ]}

Además de los sistemas de energía eléctrica, el Sistema de Control de Apuntado controla la orientación del HST mediante cinco tipos de sensores (sensores magnéticos, sensores ópticos y seis giroscopios) y dos tipos de actuadores ( ruedas de reacción y actuadores magnéticos ). ^{[ 47 ]}

Si bien la construcción de la nave espacial que albergaría el telescopio y los instrumentos transcurrió con cierta mayor fluidez que la construcción del OTA, Lockheed experimentó algunos retrasos en el presupuesto y el cronograma, y ​​para el verano de 1985, la construcción de la nave espacial tenía un sobrecosto del 30 % y tres meses de retraso. Un informe del MSFC indicó que Lockheed tendía a depender de las directrices de la NASA en lugar de tomar su propia iniciativa en la construcción. ^{[ 48 ]}

Los dos ordenadores iniciales y principales del HST fueron el sistema DF-224 de 1,25 MHz , construido por Rockwell Autonetics, que contenía tres CPU redundantes, y dos sistemas NSSC-1 redundantes (NASA Standard Spacecraft Computer, Model 1), desarrollados por Westinghouse y GSFC utilizando lógica de diodo-transistor (DTL). Se añadió un coprocesador para el DF-224 durante la Misión de Servicio 1 en 1993, que consistía en dos cadenas redundantes de un procesador 80386 basado en Intel con un coprocesador matemático 80387. ^{[ 49 ]} El DF-224 y su coprocesador 386 fueron reemplazados por un sistema de procesador 80486 basado en Intel de 25 MHz durante la Misión de Servicio 3A en 1999. ^{[ 50 ]} El nuevo ordenador es 20 veces más rápido, con seis veces más memoria, que el DF-224 al que reemplazó. Aumenta el rendimiento al trasladar algunas tareas informáticas de la Tierra a la nave espacial y ahorra dinero al permitir el uso de lenguajes de programación modernos. ^{[ 51 ]} 

Además, algunos de los instrumentos y componentes científicos tenían sus propios sistemas de control integrados basados ​​en microprocesadores. Los componentes MAT (Transpondedor de Acceso Múltiple), MAT-1 y MAT-2, utilizan microprocesadores Hughes Aircraft CDP1802CD. ^{[ 52 ]} La Cámara Planetaria y de Campo Amplio (WFPC) también utilizaba un microprocesador RCA 1802 (o posiblemente la versión anterior 1801). ^{[ 53 ]} La WFPC-1 fue reemplazada por la WFPC-2 durante la Misión de Servicio 1 en 1993, que luego fue reemplazada por la Cámara de Campo Amplio 3 (WFC3) durante la Misión de Servicio 4 en 2009. La actualización extendió la capacidad del Hubble de ver más profundamente en el universo y proporcionar imágenes en tres amplias regiones del espectro. ^{[ 54 ] [ 55 ]}

En el momento de su lanzamiento, el HST transportaba cinco instrumentos científicos: la Cámara Planetaria y de Campo Amplio (WF/PC), el Espectrógrafo de Alta Resolución Goddard (GHRS), el Fotómetro de Alta Velocidad (HSP), la Cámara de Objetos Débiles (FOC) y el Espectrógrafo de Objetos Débiles (FOS). La WF/PC utilizaba una bahía de instrumentos radial, y los otros cuatro instrumentos se instalaron cada uno en una bahía de instrumentos axial. ^{[ 56 ]}

WF/PC era un dispositivo de imágenes de alta resolución diseñado principalmente para observaciones ópticas. Fue construido por el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA e incorporaba un conjunto de 48 filtros que aislaban líneas espectrales de particular interés astrofísico. El instrumento contenía ocho chips de dispositivo de carga acoplada (CCD) divididos entre dos cámaras, cada una con cuatro CCD. Cada CCD tiene una resolución de 0,64 megapíxeles. ^{[ 57 ]} La cámara de campo amplio (WFC) cubría un amplio campo angular a costa de la resolución, mientras que la cámara planetaria (PC) tomaba imágenes con una distancia focal efectiva mayor que la de los chips WF, lo que le proporcionaba una mayor magnificación. ^{[ 56 ]}

El espectrógrafo de alta resolución Goddard (GHRS) fue un espectrógrafo diseñado para operar en el ultravioleta. Fue construido por el Centro de Vuelos Espaciales Goddard y podía alcanzar una resolución espectral de 90 000. ^{[ 58 ]} También optimizados para observaciones ultravioleta estaban el FOC y el FOS, que eran capaces de la mayor resolución espacial de cualquier instrumento a bordo del Hubble. En lugar de CCD, estos tres instrumentos utilizaban digicones de conteo de fotones como detectores. El FOC fue construido por la ESA, mientras que la Universidad de California, San Diego , y Martin Marietta Corporation construyeron el FOS. ^{[ 56 ]}

El instrumento final fue el HSP, diseñado y construido en la Universidad de Wisconsin-Madison . Fue optimizado para observaciones en luz visible y ultravioleta de estrellas variables y otros objetos astronómicos con brillo variable. Podía realizar hasta 100 000 mediciones por segundo con una precisión fotométrica de aproximadamente el 2 % o superior. ^{[ 59 ]}

El sistema de guiado del HST también puede utilizarse como instrumento científico. Sus tres sensores de guiado fino (FGS) se utilizan principalmente para mantener el telescopio apuntando con precisión durante una observación, pero también pueden emplearse para realizar astrometría de extrema precisión ; se han logrado mediciones con una exactitud de hasta 0,0003 segundos de arco. ^{[ 60 ]}

The Space Telescope Science Institute (STScI) is responsible for the scientific operation of the telescope and the delivery of data products to astronomers. STScI is operated by the Association of Universities for Research in Astronomy (AURA) and is physically located in Baltimore, Maryland on the Homewood campus of Johns Hopkins University, one of the 39 U.S. universities and seven international affiliates that make up the AURA consortium. STScI was established in 1981^[61][62] after something of a power struggle between NASA and the scientific community at large. NASA had wanted to keep this function in-house, but scientists wanted it to be based in an academic establishment.^[63][64] The Space Telescope European Coordinating Facility (ST-ECF), established at Garching bei München near Munich in 1984, provided similar support for European astronomers until 2011, when these activities were moved to the European Space Astronomy Centre.^[65]

One complex task that falls to STScI is scheduling observations for the telescope.^[66] Hubble is in a low-Earth orbit to enable servicing missions, which results in most astronomical targets being occulted by the Earth for slightly less than half of each orbit. Observations cannot take place when the telescope passes through the South Atlantic Anomaly due to elevated radiation levels, and there are also sizable exclusion zones around the Sun (precluding observations of Mercury), Moon and Earth. The solar avoidance angle is about 50°, to keep sunlight from illuminating any part of the OTA. Earth and Moon avoidance keeps bright light out of the FGSs, and keeps scattered light from entering the instruments. If the FGSs are turned off, the Moon and Earth can be observed. Earth observations were used very early in the program to generate flat-fields for the WFPC1 instrument. There is a so-called continuous viewing zone (CVZ), within roughly 24° of Hubble's orbital poles, in which targets are not occulted for long periods.^[67][68][69]

Hubble's low orbit means many targets are visible for slightly more than half of an orbit's elapsed time, since they are blocked from view by the Earth for almost one-half of each orbit.

Animation of Hubble's orbit from October 31, 2018, to December 25, 2018; Earth is not shown.

Debido a la precesión de la órbita, la ubicación de la CVZ se mueve lentamente durante un período de ocho semanas. Dado que el limbo de la Tierra siempre está dentro de unos 30° de las regiones dentro de la CVZ, el brillo del resplandor terrestre disperso puede ser elevado durante largos períodos durante las observaciones de la CVZ. El Hubble orbita en órbita terrestre baja a una altitud de aproximadamente 540 kilómetros (340 mi) y una inclinación de 28,5°. ^{[ 5 ]} La posición a lo largo de su órbita cambia con el tiempo de una manera que no es precisa. La densidad de la atmósfera superior varía según muchos factores, y esto significa que la posición predicha por el Hubble para dentro de seis semanas podría tener un error de hasta 4000 km (2500 mi) . Los cronogramas de observación generalmente se finalizan solo unos días antes, ya que un tiempo de anticipación más largo significaría que habría una posibilidad de que el objetivo no fuera observable para el momento en que debía ser observado. ^{[ 70 ]} El soporte de ingeniería para el HST es proporcionado por personal de la NASA y contratistas en el Centro de Vuelos Espaciales Goddard en Greenbelt, Maryland , 48 km (30 mi) al sur del STScI. La operación del Hubble es monitoreada las 24 horas del día por cuatro equipos de controladores de vuelo que conforman el Equipo de Operaciones de Vuelo del Hubble. ^{[ 66 ]}     

En enero de 1986, la fecha de lanzamiento prevista para el Hubble, el 18 de octubre como parte de la misión STS-61-J , parecía factible, pero el desastre del Challenger paralizó el programa espacial estadounidense, dejó en tierra la flota de transbordadores y obligó a posponer el lanzamiento durante varios años. Durante este retraso, el telescopio se mantuvo en una sala limpia, encendido y purgado con nitrógeno, hasta que se pudo reprogramar el lanzamiento. Esta costosa situación (unos 6  millones de dólares al mes) elevó los costes totales del proyecto. Sin embargo, este retraso permitió a los ingenieros realizar pruebas exhaustivas, sustituir una batería potencialmente propensa a fallos y realizar otras mejoras. ^{[ 71 ]} Además, el software terrestre necesario para controlar el Hubble no estaba listo en 1986 y apenas lo estaba para el lanzamiento de 1990. ^{[ 72 ]} Tras la reanudación de los vuelos del transbordador, el transbordador espacial Discovery lanzó con éxito el Hubble el 24 de abril de 1990, como parte de la misión STS-31. ^{[ 73 ]}

En el momento del lanzamiento, la NASA había gastado aproximadamente 4700 millones de dólares en el proyecto, ajustados a la inflación de 2010. ^{[ 74 ]} Se estima que los costos acumulados del Hubble ascienden a unos 11 300  millones de dólares en 2015, que incluyen todos los costos de mantenimiento posteriores, pero no las operaciones en curso, lo que la convierte en la misión científica más cara de la historia de la NASA. ^{[ 75 ]}

Se creó una comisión encabezada por Lew Allen , director del Laboratorio de Propulsión a Chorro , para determinar cómo pudo haber surgido el error. La Comisión Allen descubrió que un corrector nulo reflectivo , un dispositivo de prueba utilizado para lograr un espejo no esférico con la forma adecuada, se había ensamblado incorrectamente. (Una lente estaba fuera de posición por 1,3 mm (0,051 pulg.) ). ^{[ 92 ]} Durante el pulido inicial del espejo, Perkin-Elmer analizó su superficie con dos correctores nulos refractivos convencionales. Sin embargo, para el paso final de fabricación ( figurado ), cambiaron al corrector nulo reflectivo hecho a medida, diseñado específicamente para cumplir con tolerancias muy estrictas. El ensamblaje incorrecto de este dispositivo dio como resultado que el espejo se puliera con mucha precisión, pero con la forma incorrecta. Durante la fabricación, algunas pruebas con correctores nulos convencionales informaron correctamente la aberración esférica . Pero estos resultados se descartaron, perdiendo así la oportunidad de detectar el error, porque se consideró que el corrector nulo reflectivo era más preciso. ^{[ 93 ]}  

La comisión atribuyó los fallos principalmente a Perkin-Elmer. Las relaciones entre la NASA y la empresa de óptica se habían deteriorado gravemente durante la construcción del telescopio, debido a los frecuentes retrasos en el cronograma y los sobrecostos. La NASA determinó que Perkin-Elmer no revisó ni supervisó adecuadamente la construcción del espejo, no asignó a sus mejores científicos ópticos al proyecto (como lo había hecho para el prototipo) y, en particular, no involucró a los diseñadores ópticos en la construcción y verificación del espejo. Si bien la comisión criticó duramente a Perkin-Elmer por estas deficiencias de gestión, también criticó a la NASA por no detectar las deficiencias en el control de calidad, como depender totalmente de los resultados de las pruebas de un solo instrumento. ^{[ 94 ]}

Muchos temían que el Hubble fuera abandonado. ^{[ 95 ]} El Dr. Charles Pellerin , director de la división de Astrofísica, reunió a un equipo de expertos para encontrar una solución al problema. Trabajando con su analista de presupuesto, Pellerin repriorizó o canceló actividades de la división para asignar 60 millones de dólares a la misión de reparación. ^{[ 96 ]} Se comprometió públicamente a reparar el Hubble para 1994. ^{[ 97 ]} . El diseño del telescopio siempre había incorporado misiones de servicio, y los astrónomos inmediatamente comenzaron a buscar posibles soluciones al problema que pudieran aplicarse en la primera misión de servicio, programada para 1993. Si bien Kodak había fabricado un espejo de respaldo para el Hubble, habría sido imposible reemplazar el espejo en órbita, y demasiado costoso y laborioso traer el telescopio de regreso a la Tierra para una reparación. En cambio, el hecho de que el espejo hubiera sido pulido con tanta precisión hasta obtener una forma incorrecta llevó al diseño de nuevos componentes ópticos con exactamente el mismo error, pero en sentido opuesto, que se añadirían al telescopio durante la misión de mantenimiento, actuando efectivamente como " gafas " para corregir la aberración esférica. ^{[ 98 ] [ 99 ]}

El primer paso fue una caracterización precisa del error en el espejo principal. Trabajando hacia atrás a partir de imágenes de fuentes puntuales, los astrónomos determinaron que la constante cónica del espejo tal como fue construido era−1,01390 ± 0,0002 , en lugar del previsto−1,00230 . ^{[ 100 ] [ 101 ]} El mismo número también se obtuvo analizando el corrector nulo utilizado por Perkin-Elmer para dar forma al espejo, así como analizando los interferogramas obtenidos durante las pruebas en tierra del espejo. ^{[ 102 ]}

Debido al diseño de los instrumentos del HST, se requirieron dos conjuntos diferentes de correctores. El diseño de la Cámara Planetaria y de Campo Amplio 2, ya planificada para reemplazar la WF/PC existente, incluía espejos de retransmisión para dirigir la luz hacia los cuatro chips de dispositivo de carga acoplada (CCD) independientes que componen sus dos cámaras. Un error inverso incorporado en sus superficies podía cancelar por completo la aberración de la cámara primaria. Sin embargo, los demás instrumentos carecían de superficies intermedias que pudieran configurarse de esta manera, por lo que requerían un dispositivo de corrección externo. ^{[ 103 ]}

El sistema COSTAR ( Corrective Optics Space Telescope Axial Replacement ) fue diseñado para corregir la aberración esférica de la luz enfocada en el FOC, FOS y GHRS. Consta de dos espejos en la trayectoria de la luz con una superficie pulida para corregir la aberración. ^{[ 104 ]} Para instalar el sistema COSTAR en el telescopio, fue necesario retirar uno de los otros instrumentos, y los astrónomos eligieron el Fotómetro de Alta Velocidad para ser sacrificado. ^{[ 103 ]} Para 2002, todos los instrumentos originales que requerían COSTAR habían sido reemplazados por instrumentos con su propia óptica correctiva. ^{[ 105 ]} COSTAR fue retirado y devuelto a la Tierra en 2009, donde se exhibe en el Museo Nacional del Aire y el Espacio en Washington, DC. ^{[ 77 ]} El área que antes ocupaba COSTAR ahora está ocupada por el Espectrógrafo de Orígenes Cósmicos . ^{[ 106 ]}

El Hubble fue diseñado para permitir el mantenimiento regular y las actualizaciones de equipos mientras estaba en órbita. Los instrumentos y los elementos de vida útil limitada fueron diseñados como unidades de reemplazo orbital . ^{[ 107 ]} Cinco misiones de mantenimiento (SM 1, 2, 3A, 3B y 4) fueron realizadas por transbordadores espaciales de la NASA , la primera en diciembre de 1993 y la última en mayo de 2009. ^{[ 108 ]} Las misiones de mantenimiento eran operaciones delicadas que comenzaban con maniobras para interceptar el telescopio en órbita y recuperarlo cuidadosamente con el brazo mecánico del transbordador . El trabajo necesario se llevaba a cabo luego en múltiples caminatas espaciales atadas durante un período de cuatro a cinco días. Después de una inspección visual del telescopio, los astronautas realizaban reparaciones, reemplazaban componentes averiados o degradados, actualizaban equipos e instalaban nuevos instrumentos. Una vez finalizado el trabajo, el telescopio se volvía a desplegar, generalmente después de impulsarlo a una órbita más alta para abordar la pérdida de órbita causada por el arrastre atmosférico . ^{[ 109 ]}

La primera misión de mantenimiento del Hubble estaba programada para 1993, antes de que se descubriera el problema del espejo. Adquirió mayor importancia, ya que los astronautas tendrían que realizar un extenso trabajo para instalar ópticas correctivas; un fallo habría conllevado el abandono del Hubble o la aceptación de su inutilización permanente. Otros componentes fallaron antes de la misión, lo que elevó el coste de la reparación a 500  millones de dólares (sin incluir el coste del vuelo del transbordador). Una reparación exitosa ayudaría a demostrar la viabilidad de construir la Estación Espacial Alpha . ^{[ 110 ]}

La misión STS-49 en 1992 demostró la dificultad del trabajo espacial. Si bien el rescate del Intelsat 603 recibió elogios, los astronautas asumieron riesgos posiblemente imprudentes al hacerlo. Ni el rescate ni el ensamblaje, no relacionado, de componentes prototipo de la estación espacial se desarrollaron según lo previsto en el entrenamiento, lo que llevó a la NASA a reevaluar la planificación y el entrenamiento, incluyendo la reparación del Hubble. La agencia asignó a la misión a Story Musgrave (quien había trabajado en procedimientos de reparación de satélites desde 1976) y a otros seis astronautas experimentados, incluyendo dos de la misión STS-49. El primer director de misión desde el Proyecto Apolo coordinaría una tripulación con 16 vuelos anteriores del transbordador. Los astronautas fueron entrenados para usar alrededor de cien herramientas especializadas. ^{[ 111 ]}

El calor había sido el problema en las caminatas espaciales anteriores, que se realizaron bajo la luz del sol. El Hubble necesitaba ser reparado fuera de la luz solar. Musgrave descubrió durante el entrenamiento en vacío, siete meses antes de la misión, que los guantes del traje espacial no protegían suficientemente contra el frío del espacio. Después de que la misión STS-57 confirmara el problema en órbita, la NASA cambió rápidamente el equipo, los procedimientos y el plan de vuelo. Se realizaron siete simulaciones de la misión antes del lanzamiento, la preparación más exhaustiva en la historia del transbordador. No existía una maqueta completa del Hubble, por lo que los astronautas estudiaron muchos modelos separados (incluido uno en el Smithsonian) y combinaron mentalmente sus detalles variados y contradictorios. ^{[ 112 ]}

La Misión de Servicio 1 se llevó a cabo a bordo del Endeavour en diciembre de 1993 e implicó la instalación de varios instrumentos y otros equipos durante diez días. Lo más importante fue que el fotómetro de alta velocidad fue reemplazado por el paquete de óptica correctiva COSTAR , y el WF/PC fue reemplazado por la Cámara Planetaria y de Campo Amplio 2 (WFPC2) con un sistema de corrección óptica interno. También se reemplazaron los paneles solares y su electrónica de accionamiento, así como cuatro giroscopios en el sistema de apuntamiento del telescopio, dos unidades de control eléctrico y otros componentes eléctricos, y dos magnetómetros. Las computadoras de a bordo fueron actualizadas con la adición de coprocesadores , y la órbita del Hubble fue mejorada. ^{[ 86 ]}

El 13 de enero de 1994, la NASA declaró la misión un éxito total y mostró las primeras imágenes más nítidas. ^{[ 113 ]} La misión fue una de las más complejas realizadas hasta la fecha, e implicó cinco largos períodos de actividad extravehicular . Su éxito fue un gran logro para la NASA, así como para los astrónomos que ahora contaban con un telescopio espacial más potente. ^{[ 78 ] [ 114 ]}

La misión de mantenimiento 2, realizada por el Discovery en febrero de 1997, reemplazó el GHRS y el FOS con el espectrógrafo de imágenes del telescopio espacial (STIS) y la cámara de infrarrojo cercano y espectrómetro multiobjeto (NICMOS), reemplazó una grabadora de cinta de ingeniería y ciencia con una nueva grabadora de estado sólido y reparó el aislamiento térmico. ^{[ 115 ]} El NICMOS contenía un disipador de calor de nitrógeno sólido para reducir el ruido térmico del instrumento, pero poco después de su instalación, una expansión térmica inesperada provocó que parte del disipador de calor entrara en contacto con un deflector óptico. Esto conllevó un aumento en la tasa de calentamiento del instrumento y redujo su vida útil prevista original de 4,5 años a aproximadamente dos años. ^{[ 116 ]}

La misión de mantenimiento 3A, realizada por el Discovery , tuvo lugar en diciembre de 1999 y se derivó de la misión de mantenimiento  3 tras el fallo de tres de los seis giroscopios a bordo. El cuarto falló unas semanas antes de la misión, lo que impidió que el telescopio realizara observaciones científicas. La misión sustituyó los seis giroscopios , un sensor de guiado fino y el ordenador, instaló un kit de mejora de voltaje/temperatura (VIK) para evitar la sobrecarga de la batería y reemplazó las mantas de aislamiento térmico. ^{[ 117 ]}

La misión de mantenimiento 3B, realizada por el Columbia en marzo de 2002, incluyó la instalación de un nuevo instrumento: el FOC (que, a excepción de los sensores de guiado fino utilizados para astrometría, era el último de los instrumentos originales) fue reemplazado por la cámara avanzada para sondeos (ACS). Esto significó que COSTAR ya no era necesario, puesto que todos los nuevos instrumentos contaban con corrección integrada para la aberración del espejo principal. ^{[ 105 ]} La misión también reactivó NICMOS mediante la instalación de un enfriador de ciclo cerrado ^{[ 116 ]} y reemplazó los paneles solares por segunda vez, lo que proporcionó un 30 por ciento más de energía. ^{[ 118 ]}

Hubble durante la misión de mantenimiento 4

Hubble tras su lanzamiento

Los planes contemplaban que el Hubble recibiera mantenimiento en febrero de 2005, pero el desastre del Columbia en 2003, en el que el orbitador se desintegró al reingresar a la atmósfera, tuvo efectos de gran alcance en el programa Hubble y otras misiones de la NASA. El administrador de la NASA, Sean O'Keefe, decidió que todas las futuras misiones del transbordador debían poder alcanzar el refugio seguro de la Estación Espacial Internacional en caso de que surgieran problemas en vuelo. Como ningún transbordador era capaz de llegar tanto al HST como a la estación espacial durante la misma misión, se cancelaron las futuras misiones de servicio tripuladas. ^{[ 119 ]} Esta decisión fue criticada por numerosos astrónomos que consideraban que el Hubble era lo suficientemente valioso como para justificar el riesgo humano. ^{[ 120 ]} Se esperaba que el sucesor planeado del HST, el Telescopio Espacial James Webb (JWST), para 2004, no se lanzara hasta al menos 2011. El JWST finalmente se lanzó en diciembre de 2021. ^{[ 121 ]} Una brecha en las capacidades de observación espacial entre el desmantelamiento del Hubble y la puesta en marcha de un sucesor era una gran preocupación para muchos astrónomos, dado el importante impacto científico del HST. ^{[ 122 ]} La consideración de que el JWST no estará ubicado en órbita terrestre baja, y por lo tanto no puede actualizarse o repararse fácilmente en caso de una falla temprana, solo hizo que las preocupaciones fueran más agudas. Por otro lado, a los funcionarios de la NASA les preocupaba que continuar dando servicio al Hubble consumiera fondos de otros programas y retrasara el JWST. ^{[ 123 ]}

En enero de 2004, O'Keefe declaró que revisaría su decisión de cancelar la última misión de mantenimiento del HST, debido a la indignación pública y a las peticiones del Congreso para que la NASA buscara una forma de salvarlo. La Academia Nacional de Ciencias convocó a un panel oficial, que recomendó en julio de 2004 que el HST se conservara a pesar de los riesgos evidentes. Su informe instaba a que "la NASA no tomara ninguna medida que impidiera una misión de mantenimiento del transbordador espacial al Telescopio Espacial Hubble". ^{[ 124 ]} En agosto de 2004, O'Keefe solicitó al Centro de Vuelo Espacial Goddard que preparara una propuesta detallada para una misión de mantenimiento robótica. Estos planes fueron posteriormente cancelados, ya que la misión robótica se describió como "no factible". ^{[ 125 ]} A finales de 2004, varios miembros del Congreso, encabezados por la senadora Barbara Mikulski , celebraron audiencias públicas y llevaron a cabo una lucha con un amplio apoyo público (incluidas miles de cartas de escolares de todo Estados Unidos) para lograr que la Administración Bush y la NASA reconsideraran la decisión de abandonar los planes para una misión de rescate del Hubble. ^{[ 126 ]}

La nominación en abril de 2005 de un nuevo administrador de la NASA, Michael D. Griffin , cambió la situación, ya que Griffin declaró que consideraría una misión de servicio tripulada. ^{[ 127 ]} Poco después de su nombramiento, Griffin autorizó a Goddard a proceder con los preparativos para un vuelo de mantenimiento tripulado del Hubble, diciendo que tomaría la decisión final después de las próximas dos misiones del transbordador. En octubre de 2006, Griffin dio la aprobación final, y la misión de 11 días del Atlantis se programó para octubre de 2008. La unidad principal de procesamiento de datos del Hubble falló en septiembre de 2008, ^{[ 128 ]} deteniendo todos los informes de datos científicos hasta que su respaldo se puso en línea el 25 de octubre de 2008. ^{[ 129 ]} Dado que una falla de la unidad de respaldo dejaría al HST indefenso, la misión de servicio se pospuso para incorporar un reemplazo para la unidad principal. ^{[ 128 ]}

La Misión de Servicio 4 (SM4), realizada por el Atlantis en mayo de 2009, fue la última misión programada del transbordador para el HST. ^{[ 106 ] [ 130 ]} La SM4 instaló la unidad de procesamiento de datos de reemplazo, reparó los sistemas ACS y STIS, instaló baterías de níquel-hidrógeno mejoradas y reemplazó otros componentes, incluidos los seis giroscopios. La SM4 también instaló dos nuevos instrumentos de observación: la Cámara de Campo Amplio 3 (WFC3) y el Espectrógrafo de Orígenes Cósmicos (COS) ^{[ 131 ]} y el Sistema de Captura Suave y Encuentro , que permitirá el futuro encuentro, captura y eliminación segura del Hubble por una misión tripulada o robótica. ^{[ 132 ]} Excepto por el Canal de Alta Resolución del ACS , que no pudo ser reparado y fue deshabilitado, ^{[ 133 ] [ 134 ] [ 135 ]} el trabajo realizado durante la SM4 hizo que el telescopio fuera completamente funcional. ^{[ 106 ]}

En un comunicado de prensa de agosto de 2013, CANDELS fue descrito como "el proyecto más grande en la historia del Hubble". El estudio "tiene como objetivo explorar la evolución galáctica en el Universo temprano y las primeras semillas de la estructura cósmica a menos de mil millones de años después del Big Bang". ^{[ 137 ]} El sitio del proyecto CANDELS describe los objetivos del estudio de la siguiente manera: ^{[ 138 ]}

El estudio Cosmic Assembly Near-IR Deep Extragalactic Legacy Survey está diseñado para documentar el primer tercio de la evolución galáctica desde z = 8 hasta 1,5 mediante imágenes profundas de más de 250 000 galaxias con WFC3/IR y ACS. También encontrará las primeras supernovas de tipo Ia más allá de z > 1,5 y establecerá su precisión como candelas estándar para la cosmología. Se seleccionan cinco regiones celestes multiespectrales de primer orden; cada una cuenta con datos multiespectrales de Spitzer y otras instalaciones, y dispone de espectroscopía extensa de las galaxias más brillantes. El uso de cinco campos ampliamente separados mitiga la varianza cósmica y produce muestras estadísticamente robustas y completas de galaxias de hasta 10⁹ ^masas solares hasta z ~ 8.

El programa, denominado oficialmente "Iniciativa de Campos Profundos del Hubble 2012", tiene como objetivo avanzar en el conocimiento de la formación temprana de galaxias mediante el estudio de galaxias de alto corrimiento al rojo en campos vacíos con la ayuda de lentes gravitacionales para observar las "galaxias más débiles del universo distante". ^{[ 139 ]} La página web de Frontier Fields describe los objetivos del programa como:

• para revelar poblaciones hasta ahora inaccesibles de galaxias con z = 5–10 que son intrínsecamente de diez a cincuenta veces más débiles que cualquiera de las actualmente conocidas.
• para consolidar nuestra comprensión de las masas estelares y las historias de formación estelar de las galaxias sub-L* en los primeros tiempos.
• para proporcionar la primera caracterización morfológica estadísticamente significativa de galaxias formadoras de estrellas a z > 5
• para encontrar galaxias con z > 8 lo suficientemente estiradas por el efecto de lente gravitacional de cúmulos como para discernir la estructura interna y/o lo suficientemente magnificadas por el efecto de lente gravitacional de cúmulos para un seguimiento espectroscópico. ^{[ 140 ]}

El Sondeo de Evolución Cósmica (COSMOS) ^{[ 141 ]} es un sondeo astronómico diseñado para investigar la formación y evolución de las galaxias en función del tiempo cósmico (corrimiento al rojo) y el entorno local de la galaxia. El sondeo cubre un campo ecuatorial de dos grados cuadrados con espectroscopía e imágenes de rayos X a radio por la mayoría de los principales telescopios espaciales y varios telescopios terrestres de gran tamaño, ^{[ 142 ]} lo que lo convierte en una región clave de la astrofísica extragaláctica. COSMOS se lanzó en 2006 como el proyecto más grande emprendido por el Telescopio Espacial Hubble en ese momento, y sigue siendo la mayor área continua del cielo cubierta para el propósito de mapear el espacio profundo en campos vacíos , 2,5 veces el área de la luna en el cielo y 17 veces más grande que la mayor de las regiones CANDELS. La colaboración científica COSMOS que se forjó a partir del sondeo COSMOS inicial es la colaboración extragaláctica más grande y de mayor duración, conocida por su colegialidad y apertura. El estudio de las galaxias en su entorno solo puede realizarse con grandes áreas del cielo, mayores de medio grado cuadrado. ^{[ 143 ]} Se detectan más de dos millones de galaxias, que abarcan el 90% de la edad del Universo . La colaboración COSMOS está liderada por Caitlin Casey , Jeyhan Kartaltepe y Vernesa Smolcic, e involucra a más de 200 científicos en una docena de países. ^{[ 141 ]}

El programa CLASH ( Cluster Lensing and Supernova survey with Hubble ) fue un programa del Tesoro realizado entre 2010 y 2013 por el Telescopio Espacial Hubble para observar 25 cúmulos de galaxias masivos mediante el efecto de lente gravitacional. CLASH buscaba examinar la distribución de la materia oscura y la energía oscura en cúmulos de galaxias masivos con los nuevos instrumentos instalados en 2009. Las imágenes que muestran los efectos de la lente gravitacional son un método para detectar la materia oscura y la energía oscura, y CLASH se centró en intentar comprender mejor ambos temas misteriosos. ^{[ 144 ]}

El Telescopio Espacial Hubble Pancromático de Andrómeda y el Telescopio Espacial Hubble Pancromático de Andrómeda del Sur (PHAT y PHAST) fueron observaciones realizadas por el Hubble desde julio de 2010 hasta octubre de 2013 para cartografiar la mitad norte de la galaxia de Andrómeda y desde diciembre de 2021 hasta enero de 2024 para cartografiar la mitad sur. Andrómeda es la galaxia grande más cercana a la Vía Láctea y el Hubble creó el fotomosaico de mayor resolución y detalle jamás realizado de Andrómeda. En esta imagen combinada de ambos programas del Telescopio Espacial Hubble se pueden observar doscientos millones de estrellas de un total de un billón de estrellas en Andrómeda. Cada estrella parece un grano de arena. La mitad norte, PHAT, fue cartografiada en longitudes de onda ultravioleta cercana, visible e infrarroja cercana en 828 órbitas y se publicó en enero de 2015. La mitad sur, PHAST, fue cartografiada en longitudes de onda ultravioleta cercana y visible en 195 órbitas y se publicó en enero de 2025. Observar Andrómeda con este nivel de detalle es la mejor alternativa para observar la Vía Láctea, ya que la Tierra se encuentra dentro de ella y no puede observar la mayor parte de la Vía Láctea debido a que la propia galaxia bloquea las observaciones del 20 % del cielo y de la mayor parte de la galaxia. Para lograr este mosaico se necesitaron 1023 órbitas del Hubble. La imagen del mosaico está compuesta por al menos 2500  millones de píxeles. ^{[ 146 ] [ 147 ] [ 148 ] [ 149 ]}

Cualquier persona puede solicitar tiempo de observación en el telescopio; no hay restricciones de nacionalidad ni de afiliación académica, pero la financiación para el análisis solo está disponible para instituciones estadounidenses. ^{[ 150 ]} La competencia por el tiempo de observación en el telescopio es intensa, y aproximadamente una quinta parte de las propuestas presentadas en cada ciclo consiguen tiempo en la programación. ^{[ 151 ] [ 152 ]}

Las convocatorias de propuestas se publican aproximadamente una vez al año, con un ciclo de aproximadamente un año. Las propuestas se dividen en varias categorías; las de "observador general" son las más comunes y abarcan observaciones rutinarias. Las "observaciones puntuales" son aquellas en las que los objetivos requieren solo 45 minutos o menos de tiempo de telescopio, incluyendo los tiempos de adquisición. Las observaciones puntuales se utilizan para cubrir los huecos en el programa del telescopio que no pueden ser cubiertos por los programas regulares de observación general. ^{[ 153 ]}

Los astrónomos pueden presentar propuestas de "Objetivo de Oportunidad", en las que se programan observaciones si se produce un evento transitorio contemplado en la propuesta durante el ciclo de programación. Además, hasta el 10 % del tiempo del telescopio se designa como tiempo "discrecional del director" (DD). Los astrónomos pueden solicitar el uso del tiempo DD en cualquier época del año, y generalmente se concede para el estudio de fenómenos transitorios inesperados, como las supernovas. ^{[ 154 ]}

Otros usos del tiempo DD han incluido las observaciones que llevaron a las vistas del Campo Profundo del Hubble y el Campo Ultraprofundo del Hubble, y en los primeros cuatro ciclos de tiempo del telescopio, observaciones que fueron llevadas a cabo por astrónomos aficionados. ^{[ 155 ] [ 156 ]}

En 2012, la ESA organizó un concurso para el procesamiento público de imágenes de datos del Hubble para fomentar el descubrimiento de "tesoros ocultos" en los datos brutos del Hubble. ^{[ 157 ] [ 158 ]}

El primer director del STScI, Riccardo Giacconi , anunció en 1986 su intención de dedicar parte de su tiempo discrecional como director a permitir que los astrónomos aficionados utilizaran el telescopio. El tiempo total asignado era de tan solo unas pocas horas por ciclo, pero despertó gran interés entre los astrónomos aficionados. ^{[ 155 ] [ 156 ]}

Las propuestas de tiempo de observación para aficionados fueron revisadas rigurosamente por un comité de astrónomos aficionados, y solo se otorgó tiempo a aquellas propuestas que se consideraron de genuino mérito científico, que no duplicaban propuestas de profesionales y que requerían las capacidades únicas del telescopio espacial. Trece astrónomos aficionados recibieron tiempo de observación en el telescopio, y las observaciones se llevaron a cabo entre 1990 y 1997. ^{[ 155 ]} Uno de estos estudios fue " Cometas en transición : búsqueda UV de OH  ". La primera propuesta, "Estudio del telescopio espacial Hubble sobre el brillo posterior al eclipse y los cambios de albedo en Io", se publicó en Icarus , ^{[ 159 ]} una revista dedicada a los estudios del sistema solar. Un segundo estudio de otro grupo de aficionados también se publicó en Icarus . ^{[ 160 ]} Sin embargo, después de ese tiempo, las reducciones presupuestarias en el STScI hicieron insostenible el apoyo al trabajo de los astrónomos aficionados, y no se han llevado a cabo programas adicionales para aficionados. ^{[ 155 ] [ 156 ]}

Las propuestas regulares del Hubble aún incluyen hallazgos u objetos descubiertos por aficionados y científicos ciudadanos . Estas observaciones a menudo se realizan en colaboración con astrónomos profesionales. Una de las primeras observaciones de este tipo es la Gran Mancha Blanca de 1990 ^{[ 161 ]} en el planeta Saturno, descubierta por el astrónomo aficionado S. Wilber ^{[ 162 ]} y observada por el HST bajo una propuesta de J. Westphal ( Caltech ). ^{[ 163 ] [ 164 ]} Observaciones posteriores de profesionales y aficionados por parte del Hubble incluyen descubrimientos del proyecto Galaxy Zoo , como las galaxias Voorwerpjes y Green Pea . ^{[ 165 ] [ 166 ]} El programa "Gemas de las Galaxias" se basa en una lista de objetos de voluntarios de Galaxy Zoo que se redujo con la ayuda de una votación en línea. ^{[ 167 ]} Además, existen observaciones de planetas menores descubiertos por astrónomos aficionados, como 2I/Borisov , y cambios en la atmósfera de los gigantes gaseosos Júpiter y Saturno o los gigantes de hielo Urano y Neptuno. ^{[ 168 ] [ 169 ]} En los mundos de colaboración pro-am backyard, el HST se utilizó para observar un objeto de masa planetaria , llamado WISE J0830+2837 . La no detección por parte del HST ayudó a clasificar este peculiar objeto. ^{[ 170 ]}

A principios de la década de 1980, la NASA y el STScI convocaron a cuatro paneles para debatir proyectos clave. Estos proyectos eran científicamente importantes y requerirían un tiempo de telescopio considerable, que se dedicaría explícitamente a cada uno. Esto garantizaba que estos proyectos se completarían antes de lo previsto, en caso de que el telescopio fallara antes de lo esperado. Los paneles identificaron tres de estos proyectos: 1) un estudio del medio intergaláctico cercano utilizando líneas de absorción de cuásares para determinar las propiedades del medio intergaláctico y el contenido gaseoso de galaxias y grupos de galaxias; ^{[ 171 ]} 2) un estudio de profundidad media utilizando la Cámara de Campo Amplio para tomar datos cuando se estuviera utilizando alguno de los otros instrumentos ^{[ 172 ]} y 3) un proyecto para determinar la constante de Hubble con una precisión del diez por ciento reduciendo los errores, tanto externos como internos, en la calibración de la escala de distancias. ^{[ 173 ]}

El Hubble ha ayudado a resolver algunos problemas de larga data en astronomía, al tiempo que ha planteado nuevas preguntas. Algunos resultados han requerido nuevas teorías para explicarlos. ^{[ 174 ]}

Descubrimientos del Sistema Solar

La colisión del cometa Shoemaker-Levy 9 con Júpiter en 1994 resultó ser un evento fortuito para los astrónomos, ya que ocurrió pocos meses después de que la Misión de Mantenimiento  1 restaurara el rendimiento óptico del Hubble. Las imágenes del planeta tomadas por el Hubble fueron más nítidas que cualquiera desde el paso de la Voyager 2 en 1979, y fueron cruciales para estudiar la dinámica de la colisión de un gran cometa con Júpiter, un evento que se cree que ocurre una vez cada pocos siglos. ^{[ 189 ]}

En marzo de 2015, investigadores anunciaron que las mediciones de las auroras alrededor de Ganímedes , una de las lunas de Júpiter, revelaron la existencia de un océano subterráneo. Utilizando el telescopio Hubble para estudiar el movimiento de sus auroras, los investigadores determinaron que un extenso océano de agua salada contribuía a suprimir la interacción entre el campo magnético de Júpiter y el de Ganímedes. Se estima que el océano tiene 100 km de profundidad y se encuentra atrapado bajo una corteza de hielo de 150 km de espesor . ^{[ 190 ] [ 191 ]}    

El HST también se ha utilizado para estudiar objetos en los confines del Sistema Solar, incluidos los planetas enanos Plutón , ^{[ 192 ]} Eris , ^{[ 193 ]} y Sedna . ^{[ 194 ]} Durante junio y julio de 2012, astrónomos estadounidenses que utilizaban el Hubble descubrieron Styx , una pequeña quinta luna que orbita Plutón. ^{[ 195 ]}

De junio a agosto de 2015, el Hubble se utilizó para buscar un objeto del cinturón de Kuiper (KBO) para la misión extendida del cinturón de Kuiper (KEM) de New Horizons , cuando búsquedas similares con telescopios terrestres no lograron encontrar un objetivo adecuado. ^{[ 196 ]} Esto dio como resultado el descubrimiento de al menos cinco nuevos KBO, incluido el objetivo final de KEM, 486958 Arrokoth , al que New Horizons realizó un sobrevuelo cercano el 1 de enero de 2019. ^{[ 197 ] [ 198 ] [ 199 ]}

En abril de 2022, la NASA anunció que los astrónomos habían podido utilizar imágenes del HST para determinar el tamaño del núcleo del cometa C/2014 UN271 (Bernardinelli-Bernstein) , que es el núcleo de cometa helado más grande jamás visto por los astrónomos. El núcleo de C/2014 UN271 tiene una masa estimada de cincuenta billones de toneladas, cincuenta veces la masa de otros cometas conocidos en el Sistema Solar. ^{[ 200 ]}

Numerosas medidas objetivas demuestran el impacto positivo de los datos del Hubble en la astronomía. Hasta 2025, se habían publicado más de 22 000 artículos basados ​​en datos del Hubble en revistas revisadas por pares, ^{[ 210 ]} y muchos más aparecieron en actas de congresos . Al analizar los artículos varios años después de su publicación, aproximadamente un tercio de todos los artículos de astronomía no tienen citas , mientras que solo el dos por ciento de los artículos basados ​​en datos del Hubble carecen de ellas. En promedio, un artículo basado en datos del Hubble recibe aproximadamente el doble de citas que los artículos basados ​​en datos que no provienen del Hubble. De los 200 artículos publicados cada año que reciben más citas, alrededor del 10 % se basan en datos del Hubble. ^{[ 211 ]}

Aunque el HST ha contribuido claramente a la investigación astronómica, su coste financiero ha sido elevado. Un estudio sobre los beneficios astronómicos relativos de telescopios de diferentes tamaños reveló que, si bien los artículos basados ​​en datos del HST generan 15 veces más citas que un telescopio terrestre de 4 m (13 pies) , como el Telescopio William Herschel , el HST cuesta aproximadamente 100 veces más construirlo y mantenerlo. ^{[ 212 ]}  

Decidir entre construir telescopios terrestres o espaciales es complejo. Incluso antes del lanzamiento del Hubble, técnicas terrestres especializadas, como la interferometría de enmascaramiento de apertura, habían obtenido imágenes ópticas e infrarrojas de mayor resolución que las que lograría el Hubble, aunque restringidas a objetivos aproximadamente 10⁸ ^veces más brillantes que los objetivos más débiles observados por el Hubble. ^{[ 213 ] [ 214 ]} Desde entonces, los avances en óptica adaptativa han extendido las capacidades de imagen de alta resolución de los telescopios terrestres a la imagen infrarroja de objetos débiles. La utilidad de la óptica adaptativa frente a las observaciones del HST depende en gran medida de los detalles particulares de las preguntas de investigación que se plantean. En las bandas visibles, la óptica adaptativa solo puede corregir un campo de visión relativamente pequeño, mientras que el HST puede realizar imágenes ópticas de alta resolución en un campo más amplio. ^{[ 215 ]} Además, el Hubble puede obtener imágenes de objetos más débiles, ya que los telescopios terrestres se ven afectados por el fondo de luz dispersa creada por la atmósfera terrestre. ^{[ 216 ]}

Además de sus resultados científicos, el Hubble también ha realizado importantes contribuciones a la ingeniería aeroespacial , en particular al rendimiento de los sistemas en órbita terrestre baja (LEO). Estos conocimientos son resultado de la larga vida útil del Hubble en órbita, su extensa instrumentación y el regreso de los conjuntos a la Tierra, donde pueden estudiarse en detalle. En particular, el Hubble ha contribuido a estudios del comportamiento de las estructuras compuestas de grafito en el vacío, la contaminación óptica por gases residuales y el mantenimiento humano, el daño por radiación a la electrónica y los sensores, y el comportamiento a largo plazo del aislamiento multicapa . ^{[ 217 ]} Una lección aprendida fue que los giroscopios ensamblados utilizando oxígeno presurizado para suministrar el fluido de suspensión eran propensos a fallar debido a la corrosión del cable eléctrico. Ahora los giroscopios se ensamblan utilizando nitrógeno presurizado. ^{[ 218 ]} Otra es que las superficies ópticas en LEO pueden tener vidas útiles sorprendentemente largas; se esperaba que el Hubble durara solo 15 años antes de que el espejo se volviera inutilizable, pero después de 14 años no hubo degradación medible. ^{[ 120 ]} Finalmente, las misiones de mantenimiento del Hubble, en particular aquellas que dieron servicio a componentes no diseñados para mantenimiento en el espacio, han contribuido al desarrollo de nuevas herramientas y técnicas para la reparación en órbita. ^{[ 219 ]}

Los datos del Hubble se almacenaron inicialmente en la nave espacial. Al momento del lanzamiento, las instalaciones de almacenamiento eran unidades de cinta de carrete a carrete anticuadas , pero estas fueron reemplazadas por instalaciones de almacenamiento de datos de estado sólido  durante las misiones de servicio 2 y 3A. Aproximadamente dos veces al día, el Telescopio Espacial Hubble transmite datos por radio a un satélite en el Sistema de Satélites de Seguimiento y Retransmisión de Datos Geosíncronos (TDRSS), que luego descarga los datos científicos a una de las dos antenas de microondas de alta ganancia de 18 metros (60 pies) de diámetro ubicadas en las Instalaciones de Prueba de White Sands en White Sands, Nuevo México . ^{[ 152 ]} Desde allí se envían al Centro de Control de Operaciones del Telescopio Espacial en el Centro de Vuelo Espacial Goddard, y finalmente al Instituto Científico del Telescopio Espacial para su archivo. ^{[ 152 ]} Cada semana, el HST descarga aproximadamente 140 gigabits de datos. ^{[ 2 ]}

Todas las imágenes del Hubble son monocromáticas en escala de grises , tomadas a través de diversos filtros, cada uno de los cuales deja pasar longitudes de onda de luz específicas, e incorporadas en cada cámara. Las imágenes en color se crean combinando imágenes monocromáticas separadas tomadas a través de diferentes filtros. Este proceso también puede crear versiones en falso color de las imágenes, incluidos los canales infrarrojo y ultravioleta, donde el infrarrojo se suele representar como un rojo intenso y el ultravioleta como un azul intenso. ^{[ 221 ] [ 222 ]}

Todos los datos del Hubble se ponen a disposición a través del Archivo Mikulski para Telescopios Espaciales en el STScI, ^{[ 223 ]} CADC ^{[ 224 ]} y ESA/ESAC . ^{[ 225 ]} Los datos suelen ser de propiedad exclusiva (disponibles solo para el investigador principal (IP) y los astrónomos designados por este) durante doce meses después de su obtención. El IP puede solicitar al director del STScI extender o reducir el período de propiedad en determinadas circunstancias. ^{[ 226 ]}

Las observaciones realizadas durante el tiempo discrecional del director están exentas del período de propiedad y se publican inmediatamente. Los datos de calibración, como los campos planos y las imágenes oscuras, también están disponibles públicamente de inmediato. Todos los datos del archivo están en formato FITS , que es adecuado para el análisis astronómico pero no para uso público. ^{[ 227 ]} El Proyecto Patrimonio del Hubble procesa y publica una pequeña selección de las imágenes más impactantes en formatos JPEG y TIFF . ^{[ 228 ]}

Los datos astronómicos obtenidos con CCD deben someterse a varios pasos de calibración antes de ser aptos para el análisis astronómico. El STScI ha desarrollado un software sofisticado que calibra automáticamente los datos cuando se solicitan al archivo, utilizando los mejores archivos de calibración disponibles. Este procesamiento "sobre la marcha" implica que las solicitudes de grandes cantidades de datos pueden tardar un día o más en procesarse y devolverse. El proceso mediante el cual se calibran los datos automáticamente se conoce como "reducción de pipeline" y es cada vez más común en los principales observatorios. Los astrónomos pueden, si lo desean, recuperar ellos mismos los archivos de calibración y ejecutar el software de reducción de pipeline localmente. Esto puede ser conveniente cuando se necesitan utilizar archivos de calibración distintos a los seleccionados automáticamente. ^{[ 229 ]}

Los datos del Hubble se pueden analizar utilizando diversos paquetes. El STScI mantiene el software personalizado Sistema de Análisis de Datos Científicos del Telescopio Espacial (STSDAS), que contiene todos los programas necesarios para la reducción de datos en archivos de datos brutos, así como muchas otras herramientas de procesamiento de imágenes astronómicas, adaptadas a los requisitos de los datos del Hubble. El software se ejecuta como un módulo de IRAF , un popular programa de reducción de datos astronómicos. ^{[ 230 ]}

El telescopio espacial Hubble celebró su vigésimo aniversario en el espacio el 24 de abril de 2010. Para conmemorar la ocasión, la NASA, la ESA y el Instituto Científico del Telescopio Espacial (STScI) publicaron una imagen de la Nebulosa de Carina . ^{[ 237 ]}

Para conmemorar el 25.º aniversario del Hubble en el espacio el 24 de abril de 2015, el STScI publicó imágenes del cúmulo Westerlund 2 , ubicado a unos 20 000 años luz (6100 pc) de distancia en la constelación de Carina, a través de su sitio web Hubble 25. ^{[ 238 ]} La Agencia Espacial Europea creó una página dedicada al 25.º aniversario en su sitio web. ^{[ 239 ]} En abril de 2016, se publicó una imagen especial de celebración de la Nebulosa de la Burbuja para el 26.º "cumpleaños" del Hubble. ^{[ 240 ]} 

El HST utiliza giroscopios para detectar y medir cualquier rotación, lo que le permite estabilizarse en órbita y apuntar con precisión y constancia a objetivos astronómicos. El HST cuenta con seis de estos giroscopios de detección de velocidad angular. Normalmente se requieren tres giroscopios para su funcionamiento; si bien es posible realizar observaciones con uno o dos, el área del cielo que se puede observar se ve algo restringida y las observaciones que requieren un apuntamiento muy preciso resultan más difíciles. ^{[ 241 ]} En 2018, el plan era pasar al modo de un solo giroscopio si había menos de tres giroscopios operativos. Los giroscopios forman parte del Sistema de Control de Apuntamiento, que utiliza cinco tipos de sensores (sensores magnéticos, sensores ópticos y los giroscopios) y dos tipos de actuadores ( ruedas de reacción y actuadores magnéticos ). ^{[ 47 ]}

Tras el desastre del Columbia en 2003, no estaba claro si sería posible otra misión de mantenimiento, y la vida útil del giroscopio volvió a ser una preocupación, por lo que los ingenieros desarrollaron un nuevo software para los modos de dos y un giroscopio con el fin de maximizar su vida útil potencial. El desarrollo fue exitoso y, en 2005, se decidió cambiar al modo de dos giroscopios para las operaciones regulares del telescopio como medio para extender la vida útil de la misión. El cambio a este modo se realizó en agosto de 2005, dejando al Hubble con dos giroscopios en uso, dos de reserva y dos inoperables. ^{[ 242 ]} Otro giroscopio falló en 2007. ^{[ 243 ]}

Para la misión de reparación final en mayo de 2009, durante la cual se reemplazaron los seis giroscopios (dos pares nuevos y uno reacondicionado), solo tres seguían funcionando. Los ingenieros determinaron que las fallas de los giroscopios fueron causadas por la corrosión de los cables eléctricos que alimentaban el motor, la cual se activaba mediante aire comprimido con oxígeno utilizado para suministrar el fluido de suspensión espeso. ^{[ 218 ]} Los nuevos modelos de giroscopios se ensamblaron utilizando nitrógeno comprimido ^{[ 218 ]} y se esperaba que fueran mucho más confiables. ^{[ 244 ]} En la misión de mantenimiento de 2009, se reemplazaron los seis giroscopios y, después de casi diez años, solo fallaron tres, y únicamente después de exceder el tiempo de funcionamiento promedio esperado para el diseño. ^{[ 245 ]}

De los seis giroscopios reemplazados en 2009, tres eran del diseño antiguo susceptible a fallas en el cable flexible, y tres eran del nuevo diseño con una vida útil esperada más larga. El primero de los giroscopios del estilo antiguo falló en marzo de 2014, y el segundo en abril de 2018. El 5 de octubre de 2018, el último de los giroscopios del estilo antiguo falló, y uno de los giroscopios del nuevo estilo se encendió desde el estado de espera. Sin embargo, ese giroscopio de reserva no funcionó inmediatamente dentro de los límites operativos, por lo que el observatorio se puso en modo "seguro" mientras los científicos intentaban solucionar el problema. ^{[ 246 ] [ 247 ]} La NASA tuiteó el 22 de octubre de 2018 que "las velocidades de rotación producidas por el giroscopio de respaldo se han reducido y ahora están dentro de un rango normal. Se realizarán pruebas adicionales para asegurar que el Hubble pueda volver a las operaciones científicas con este giroscopio". ^{[ 248 ]}

La solución que restauró el giroscopio de respaldo de nuevo estilo a su rango operativo fue ampliamente difundida como "apagarlo y volverlo a encender". ^{[ 249 ]} Se realizó un "reinicio en marcha" del giroscopio, pero esto no tuvo efecto, y la resolución final de la falla fue más compleja. La falla se atribuyó a una inconsistencia en el fluido que rodeaba el flotador dentro del giroscopio, es decir, una burbuja de aire. El 18 de octubre de 2018, el Equipo de Operaciones del Hubble dirigió la nave espacial en una serie de maniobras, moviéndola en direcciones opuestas para mitigar la inconsistencia. Solo después de las maniobras, y una serie posterior de maniobras el 19 de octubre, el giroscopio operó realmente dentro de su rango normal. ^{[ 250 ]}

Las misiones de mantenimiento anteriores han sustituido instrumentos antiguos por otros nuevos, evitando fallos y posibilitando nuevos tipos de investigación científica. Sin estas misiones, todos los instrumentos acabarían fallando. En agosto de 2004, el sistema de alimentación del espectrógrafo de imágenes del telescopio espacial (STIS) falló, dejando el instrumento inoperable. La electrónica había sido originalmente totalmente redundante, pero el primer conjunto de componentes electrónicos falló en mayo de 2001. ^{[ 251 ]} Esta fuente de alimentación se reparó durante la Misión de Mantenimiento  4 en mayo de 2009. ^{[ 252 ]}

De manera similar, la electrónica primaria de la cámara principal de la Cámara Avanzada para Sondeos (ACS) falló en junio de 2006, y la fuente de alimentación para la electrónica de respaldo falló el 27 de enero de 2007. ^{[ 253 ]} Solo el Canal Ciego Solar (SBC) del instrumento era operativo utilizando la electrónica del lado 1. Se agregó una nueva fuente de alimentación para el canal de gran angular durante SM 4, pero las pruebas rápidas revelaron que esto no ayudó al canal de alta resolución. ^{[ 254 ]} El Canal de Campo Amplio (WFC) fue puesto en servicio nuevamente por STS-125 en mayo de 2009, pero el Canal de Alta Resolución (HRC) permanece fuera de servicio. ^{[ 255 ]}

El 8 de enero de 2019, el Hubble entró en modo de seguridad parcial tras sospechas de problemas de hardware en su instrumento más avanzado, la Cámara de Campo Amplio 3 (WC3). Posteriormente, la NASA informó que la causa del modo de seguridad fue la detección de niveles de voltaje fuera de un rango definido. El 15 de enero de 2019, la NASA indicó que la causa del fallo fue un problema de software. Los datos de ingeniería en los circuitos de telemetría no eran precisos. Además, toda la demás telemetría en esos circuitos también contenía valores erróneos, lo que indicaba que se trataba de un problema de telemetría y no de alimentación eléctrica. Tras reiniciar los circuitos de telemetría y las placas asociadas, el instrumento volvió a funcionar. El 17 de enero de 2019, el dispositivo volvió a su funcionamiento normal y ese mismo día completó sus primeras observaciones científicas. ^{[ 256 ] [ 257 ]}

Hubble orbits the Earth in the extremely tenuous upper atmosphere, and over time its orbit decays due to drag. If not reboosted, it will re-enter the Earth's atmosphere within some decades, with the exact date depending on how active the Sun is and its impact on the upper atmosphere. If Hubble were to descend in a completely uncontrolled re-entry, parts of the main mirror and its support structure would probably survive, leaving the potential for damage or even human fatalities.^[269] In 2013, deputy project manager James Jeletic projected that Hubble could survive into the 2020s.^[4] Based on solar activity and atmospheric drag, or lack thereof, a natural atmospheric reentry for Hubble will occur between 2028 and 2040.^[4][270] In June 2016, NASA extended the service contract for Hubble until June 2021.^[271] This was later extended until June 2026.^[272]

El plan original de la NASA para desorbitar el Hubble de forma segura era recuperarlo utilizando un transbordador espacial . El Hubble probablemente se habría exhibido en la Institución Smithsonian . Esto ya no es posible, puesto que la flota de transbordadores espaciales ha sido retirada , y en cualquier caso habría sido improbable debido al coste de la misión y al riesgo para la tripulación. En su lugar, la NASA consideró añadir un módulo de propulsión externo para permitir una reentrada controlada. ^{[ 273 ]} Finalmente, en 2009, como parte de la Misión de Servicio 4, la última misión de servicio del transbordador espacial, la NASA instaló el Mecanismo de Captura Suave (SCM), para permitir la desorbitación mediante una misión tripulada o robótica. El SCM, junto con el Sistema de Navegación Relativa (RNS), montado en el transbordador para recopilar datos que "permitan a la NASA explorar numerosas opciones para la desorbitación segura del Hubble", constituyen el Sistema de Captura Suave y Encuentro (SCRS). ^{[ 132 ] [ 274 ]}

A partir de 2017La administración Trump estaba considerando una propuesta de Sierra Nevada Corporation para usar una versión tripulada de su nave espacial Dream Chaser para dar servicio al Hubble en algún momento de la década de 2020 como una continuación de sus capacidades científicas y como seguro contra cualquier mal funcionamiento del Telescopio Espacial James Webb. ^{[ 275 ]} En 2020, John Grunsfeld dijo que SpaceX Crew Dragon u Orion podrían realizar otra misión de reparación en un plazo de diez años. Si bien la tecnología robótica aún no es lo suficientemente sofisticada, dijo, con otra visita tripulada "podríamos mantener el Hubble en funcionamiento durante algunas décadas más" con nuevos giroscopios e instrumentos. ^{[ 276 ]}

El multimillonario astronauta privado Jared Isaacman propuso financiar una misión de mantenimiento utilizando naves espaciales de SpaceX. Aunque podría ahorrarle mucho dinero a la NASA, SpaceX y la NASA discreparon sobre el riesgo de la misión. ^{[ 277 ]} En septiembre de 2022, la NASA y SpaceX firmaron un Acuerdo de la Ley Espacial para investigar la posibilidad de lanzar una misión Crew Dragon para dar servicio al Hubble y elevarlo a una órbita más alta, posiblemente extendiendo su vida útil por otros 20 años. ^{[ 278 ]} Esta misión podría haber sido la segunda del Programa Polaris , pero en junio de 2024 la NASA rechazó una misión de mantenimiento privada debido al daño potencial al observatorio. ^{[ 279 ] [ 280 ] [ 281 ]}

No existe un reemplazo directo para el Hubble como telescopio espacial de luz ultravioleta y visible, ya que los telescopios espaciales a corto plazo no duplican la cobertura de longitud de onda del Hubble (desde el ultravioleta cercano hasta el infrarrojo cercano), sino que se concentran en las bandas infrarrojas más lejanas. Estas bandas son las preferidas para estudiar objetos de alto desplazamiento al rojo y baja temperatura, objetos generalmente más antiguos y distantes en el universo. Estas longitudes de onda también son difíciles o imposibles de estudiar desde la Tierra, lo que justifica el costo de un telescopio espacial. Los grandes telescopios terrestres pueden captar imágenes de algunas de las mismas longitudes de onda que el Hubble, a veces desafían al HST en términos de resolución mediante el uso de óptica adaptativa (AO), tienen una capacidad de captación de luz mucho mayor y se pueden actualizar con mayor facilidad, pero aún no pueden igualar la excelente resolución del Hubble en un amplio campo de visión con el fondo muy oscuro del espacio. ^{[ 215 ] [ 216 ]}

Los planes para un sucesor del Hubble se materializaron como el proyecto del Telescopio Espacial de Próxima Generación, que culminó en los planes para el Telescopio Espacial James Webb (JWST), el sucesor formal del Hubble. ^{[ 282 ]} Muy diferente de un Hubble a escala, está diseñado para operar a temperaturas más bajas y más lejos de la Tierra en el punto lagrangiano L2 , donde la interferencia térmica y óptica de la Tierra y la Luna se reduce. No está diseñado para ser completamente reparable (como instrumentos reemplazables), pero el diseño incluye un anillo de acoplamiento para permitir visitas de otras naves espaciales. ^{[ 283 ]} Un objetivo científico principal del JWST es observar los objetos más distantes del universo, más allá del alcance de los instrumentos existentes. Se espera que detecte estrellas en el universo temprano aproximadamente 280  millones de años más antiguas que las estrellas que el HST detecta actualmente. ^{[ 284 ]} El telescopio es una colaboración internacional entre la NASA, la Agencia Espacial Europea y la Agencia Espacial Canadiense desde 1996, ^{[ 285 ]} y fue lanzado el 25 de diciembre de 2021 en un cohete Ariane 5. ^{[ 286 ]} Aunque el JWST es principalmente un instrumento infrarrojo, su cobertura se extiende hasta  la luz de longitud de onda de 600 nm, o aproximadamente naranja en el espectro visible. Un ojo humano típico puede ver hasta  la luz de longitud de onda de unos 750 nm, por lo que hay cierta superposición con las bandas de longitud de onda visible más largas, incluyendo la luz naranja y roja. ^{[ 287 ]}

Un telescopio complementario, que observaba longitudes de onda aún más largas que el Hubble o el JWST, fue el Observatorio Espacial Herschel de la Agencia Espacial Europea , lanzado el 14 de mayo de 2009. Al igual que el JWST, el Herschel no fue diseñado para recibir mantenimiento después del lanzamiento y tenía un espejo sustancialmente más grande que el del Hubble, pero solo observaba en el infrarrojo lejano y el submilimétrico . Necesitaba helio como refrigerante, del cual se agotó el 29 de abril de 2013. ^{[ 288 ]}

Otros conceptos para telescopios espaciales avanzados del siglo XXI incluyen el Large Ultraviolet Optical Infrared Surveyor (LUVOIR), ^{[ 290 ]} un telescopio espacial óptico conceptualizado de 8 a 16,8 metros (310 a 660 pulgadas) que, de hacerse realidad, podría ser un sucesor más directo del HST, con la capacidad de observar y fotografiar objetos astronómicos en longitudes de onda visibles, ultravioletas e infrarrojas, con una resolución sustancialmente mejor que la del Hubble o el Telescopio Espacial Spitzer. El informe de planificación final, preparado para la Encuesta Decenal de Astronomía y Astrofísica de 2020 , sugirió una fecha de lanzamiento de 2039. ^{[ 291 ]} La Encuesta Decenal recomendó finalmente que las ideas para LUVOIR se combinaran con la propuesta del Habitable Exoplanet Observer para diseñar un nuevo telescopio insignia de 6 metros que podría lanzarse en la década de 2040. ^{[ 292 ]}

Los telescopios terrestres existentes, y varios telescopios extremadamente grandes propuestos , pueden superar al HST en términos de capacidad de captación de luz y límite de difracción gracias a sus espejos más grandes, pero otros factores afectan a los telescopios. En algunos casos, podrían igualar o superar al Hubble en resolución mediante el uso de óptica adaptativa (AO). Sin embargo, la AO en grandes reflectores terrestres no hará que el Hubble y otros telescopios espaciales queden obsoletos. La mayoría de los sistemas de AO mejoran la nitidez de la imagen en un campo muy estrecho: Lucky Cam , por ejemplo, produce imágenes nítidas de tan solo 10 a 20 segundos de arco de ancho, mientras que las cámaras del Hubble producen imágenes nítidas en un campo de 150 segundos de arco (2,5 minutos de arco). Además, los telescopios espaciales pueden estudiar el universo en todo el espectro electromagnético, la mayor parte del cual está bloqueado por la atmósfera terrestre. Finalmente, el cielo de fondo es más oscuro en el espacio que en la Tierra, porque el aire absorbe la energía solar durante el día y luego la libera por la noche, produciendo un brillo atmosférico tenue pero discernible que oculta los objetos astronómicos de bajo contraste. ^{[ 293 ]}

Izquierda: imagen tomada por Hubble (2017) vs Derecha: la imagen tomada por Webb (2022) ^{[ 294 ]}

Campo profundo – Cúmulo de galaxias SMACS J0723.3-7327 . ^{[ 295 ] [ 296 ] [ 297 ]}