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El Telescopio espacial Hubble (HST por sus siglas en inglés), también conocido como Telescopio orbital Hubble es un telescopio que orbita en el exterior de la atmósfera, en órbita circular alrededor de la Tierra a 593 km sobre el nivel del mar, con un período orbital entre 96 y 97 min. Denominado de esa forma en honor del astrónomo Edwin Hubble, fue puesto en órbita el 24 de abril de 1990 en la misión STS-31 y como un proyecto conjunto de la NASA y de la Agencia Espacial Europea inaugurando el programa de Grandes Observatorios. El telescopio puede obtener imágenes con una resolución óptica mayor de 0,1 segundos de arco. La ventaja de disponer de un telescopio más allá de la atmósfera radica, principalmente, en que de esta manera se pueden eliminar los efectos de la turbulencia atmosférica.

Además, la atmósfera absorbe fuertemente la radiación electromagnética en ciertas longitudes de onda, especialmente en el infrarrojo, disminuyendo la calidad de las imágenes e imposibilitando la adquisición de espectros en ciertas bandas caracterizadas por la absorción de la atmósfera terrestre. Los telescopios terrestres se ven también afectados por factores meteorológicos (presencia de nubes) y la contaminación lumínica ocasionada por los grandes asentamientos urbanos, lo que reduce las posibilidades de ubicación de telescopios terrestres.Una de las características del HST es la posibilidad de ser visitado por astronautas en las llamadas

misiones de servicio (SM, por sus iniciales en inglés). Durante las misiones de servicio se pueden arreglar elementos estropeados, instalar nuevos instrumentos y elevar la órbita del telescopio. Hasta la fecha se han realizado 5 misiones de servicio (SM1, SM2, SM3A, SM3B y SM4). La última tuvo lugar en mayo de 2009 y en ella se produjo la mejora más drástica de la capacidad instrumental del HST, al instalarse dos nuevos instrumentos (WFC3 y COS), repararse otros dos (ACS y STIS) y mejorar otro más (FGS).

Ya desde su diseño, el HST se concibió como un telescopio espacial que podría ser visitado por el transbordador espacial. Las razones para esa capacidad son:

Poder reparar elementos estropeados. El espacio es un entorno agresivo para un satélite debido al efecto sobre los elementos electrónicos de las partículas elementales cargadas que se desplazan a gran velocidad y a la posibilidad de impactos con micropartículas. Por ese motivo, estaba claro desde el principio que algunas partes del HST fallarían en un plazo no muy largo.

Instalar nuevos instrumentos, ya sean instrumentos científicos u otras partes del telescopio. Dada la rápida evolución de la tecnología, los detectores u ordenadores (por poner dos ejemplos) disponibles durante la larga vida del telescopio son superiores a los que originalmente se instalaron antes de su lanzamiento. Las visitas del transbordador permite actualizar esos elementos y así mejorar la capacidad del HST.

Mantener la órbita del telescopio. Debido al rozamiento con la atmósfera (muy tenue pero no inexistente a esa altura), el telescopio es frenado muy lentamente y, como consecuencia de la atracción gravitatoria terrestre, pierde altura. Cada vez que el HST es visitado, el transbordador espacial ha de empujarlo a una órbita ligeramente más alta.

La primera misión de servicio se llevó a cabo con el transbordador Endeavour (STS-61) en diciembre de 1993 y tuvo una duración de diez días. El plan de la SM1 estuvo fuertemente condicionado por la aberración esférica detectada tres años antes en el espejo primario. Las dos reparaciones más importantes fueron la sustitución del Fotómetro de Alta Velocidad (HSP, por sus iniciales en inglés) por la óptica correctora COSTAR y la instalación de la Cámara Planetaria y de Gran Angular 2 (WFPC2) en el lugar de la cámara original (WFPC). El propósito de COSTAR era el conseguir el enfoque correcto de los otros tres instrumentos axiles originales del telescopio (la Cámara de Objetos Débiles o FOC, el Espectrógrafo de Objetos Débiles o FOS y el Espectrógrafo Goddard de

Alta Resolución o GHRS). La WFPC2 ya incorporaba su propia corrección del efecto de la aberración esférica del espejo primario. Además, se instalaron dos nuevos paneles solares, cuatro giroscopios, dos unidades eléctricas de control, dos magnetómetros y un nuevo ordenador de a bordo. Por último, la órbita del HST fue elevada por primera vez desde su lanzamiento.La SM1 estuvo rodeada de gran expectación.

Por ejemplo, la revista New Scientist declaraba antes de su ejecución que constituía “la reparación más ambiciosa de la historia de la aeronáutica”. El éxito de la misión fue total hasta el punto que el jefe científico del proyecto, Edward J. Weiler, declaró que "el Hubble ha quedado reparado a un grado que nunca hubiéramos soñado”.

La segunda misión de servicio se llevó a cabo con el transbordador Discovery (STS-82) en febrero de 1997. En ella se reemplazaron dos instrumentos preexistentes (el GHRS y el FOS) por otros dos nuevos, el Espectrógrafo de Imágenes del Telescopio Espacial (STIS) y la Cámara y Espectrómetro Multi-Objeto del Infrarrojo Cercano (NICMOS), se sustituyó un sistema de almacenamiento de datos en cinta por uno de estado sólido, se reparó el aislamiento térmico y se elevó la órbita del telescopio. El sistema de refrigeración de NICMOS no funcionó de la manera especificada y eso hizo que su vida útil se redujera de 4,5 a 2 años.

La tercera misión de servicio se llevó a cabo con
el transbordador Discovery (STS-103) en diciembre de 1999.

La cuarta misión de servicio se llevó a cabo con
el transbordador Columbia (STS-109) en marzo de 2002.

La quinta misión de servicio se llevó a cabo con el transbordador Atlantis (STS-125) en mayo de 2009. Ésta fue la última misión de servicio y duró 11 días, participaron en ella 7 tripulantes con el objetivo de reparar y añadir nuevos instrumentos al telescopio.

La quinta misión de mantenimiento, prevista para 2006, se canceló inicialmente pero posteriormente se reinstauró. Con ella, está previsto que el Hubble alcanzará el final de su vida útil hasta mediados de la década de 2010. La fecha exacta del fin del Hubble es incierta, ya que depende de la vida de los giróscopos, baterías y el frenado atmosférico (corregible). La NASA prevé lanzar hacia el 2012 un telescopio de nueva generación (el James Webb) para observar en el infrarrojo cercano y medio. El Telescopio Espacial James Webb no es un sustituto del Hubble sino un complemento, ya que observa en un rango distinto del espectro electromagnético.

El 14 de junio de 2006 la cámara avanzada para sondeos (siglas en inglés, ACS), uno de los instrumentos considerados fundamentales en el telescopio, dejó de funcionar. La causa fue un excesivo voltaje en el circuito de alimentación principal que fue subsanada con la activación del sistema de respaldo. El 30 de junio la ACS volvió a funcionar correctamente. El 31 de octubre de 2006, el Administrador de NASA anunció la aprobación para una misión de mantenimiento. Esta misión de 11 días de duración tendrá lugar tentativamente en el otoño de 2008 y entraña la instalación de nuevas baterías, de la tercera cámara de gran angular (WFC3) y de un nuevo espectrógrafo (COS), así como la reparación de los giróscopos y posiblemente de STIS.

El 27 de enero de 2007, la ACS dejó de funcionar de nuevo debido a un cortocircuito en la misma. En principio, se pensó que el daño era irreversible para todos sus detectores. No obstante, más tarde se consiguió revivir uno de ellos (la SBC) y en la actualidad se está analizando si es posible reparar o no los otros dos (el WFC y el HRC) en la próxima misión de reparación. En la decisión final influirán los nuevos instrumentos que se instalarán en dicha misión (la WFC3 y el COS) y si es preferible reparar la ACS o STIS (existe un tiempo máximo que los astronautas pueden pasar fuera de la nave y la reparación de un instrumento lleva varias horas como mínimo). Mientras tanto, el Hubble utilizará los demás instrumentos que están disponibles para investigaciones.

El telescopio tiene una masa en torno a 11 toneladas, de forma cilíndrica con una longitud de 13,2 m y un diámetro máximo de 4,2 m. El coste del HST ascendió (en 1990) a 2000 millones de dólares estadounidenses. Inicialmente un fallo en el pulido del espejo primario del telescopio fabricado por Perkin Elmer produjo imágenes ligeramente desenfocadas debido a aberraciones esféricas. Aunque este fallo fue considerado en su día como una importante negligencia por parte del proyecto, la primera misión de servicio al telescopio espacial pudo instalar un sistema de corrección óptica capaz de corregir el defecto del espejo primario (COSTAR, iniciales en inglés de Óptica correctora como reemplazo axial del telescopio espacial) alcanzándose las especificaciones de resolución inicialmente previstas.

El HST es un telescopio de tipo reflector y su espejo primario tiene un diámetro de 2,4 m. Para la exploración del cielo incorpora en la actualidad cuatro instrumentos con capacidad de obtener imágenes y espectros, un espectrógrafo y tres sensores de guiado fino que pueden actuar como interferómetros. Para la generación de electricidad se emplean dos paneles solares que alimentan las cámaras, los cuatro motores

empleados para orientar y estabilizar el telescopio, los equipos de refrigeración de los instrumentos y la electrónica del telescopio. Así mismo, el HST dispone de baterías recargables a partir de los paneles solares que le permiten utilizar la electricidad almacenada cuando la Tierra eclipsa el Sol o cuando la orientación de los paneles solares no es la apropiada.

En órbita alrededor de 380 millas (610 kilómetros) por encima de la tierra, el Telescopio Espacial Hubble ve el cielo sin mirar a través de la atmósfera terrestre. La atmósfera produce en la luz un fenómeno conocido como difracción, y además la atmósfera se está moviendo constantemente. Esta combinación de difracción y movimiento hace que la luz estelar se agite alrededor de su paso por el aire, por lo que las estrellas parecen centellear. Este parpadeo difumina las imágenes vistas a través de telescopios basados en tierra. Debido a que un telescopio en órbita está por encima de la atmósfera, puede producir imágenes con un detalle mucho más fino que un telescopio con base en tierra.

El Telescopio Espacial Hubble puede observar ultravioleta y luz infrarroja, frecuencias que normalmente son bloqueadas por la atmósfera. Estas formas de luz, como la luz visible, son radiación electromagnética. La longitud de onda (la distancia entre crestas de las olas sucesivas) de la luz ultravioleta es más corta que la de la luz visible. La luz infrarroja tiene una longitudes de onda más grande que la luz visible. La luz ultravioleta proviene de procesos de alta energía, tales como la formación de los discos alrededor de los agujeros negro y las estrellas en explosión. La luz infrarroja proporciona información sobre eventos más frios, más tranquilos, tales como la formación de nubes de polvo alrededor de estrellas nuevas.

La agencia espacial de Estados Unidos, la Administración Nacional de Aeronáutica y del Espacio (NASA), opera el Telescopio Espacial Hubble en colaboración con la Agencia Espacial Europea (ESA). El telescopio es controlado por comandos de radio transmitida desde el Centro Goddard de Vuelo Espacial en Greenbelt, Maryland. Los astrónomos le dicen al telescopio hacia dónde apuntar, y el ordenador- conductor a bordo del telescopio registra las observaciones resultantes. El telescopio transmite los datos por radio a los astrónomos en la Tierra.

Las cámaras de los detectores electrónicos se llaman Dispositivos de Carga Acoplada (CCD). El CCD convierte la luz en señales electrónicas, que registra el ordenador de a bordo y lo envía a la tierra.

Un espectrógrafo funciona igual que un prisma: separa la luz en sus colores componentes, tanto como las gotas de agua al difundir la luz del sol en un arco iris. La banda resultante de la luz se llama espectro (espectro plural). Utilizando los datos espectrográficos del Telescopio Espacial Hubble, los astrónomos pueden determinar la composición de las estrellas y galaxias - medir, por ejemplo, las cantidades de hidrógeno, carbono y otros elementos químicos en ellos.Varios sistemas de apoyo son necesarios para mantener el Hubble funcionando sin problemas en el espacio. Estos sistemas se encuentran en todo el cuerpo de la nave y abarca el casco exterior.

Paneles solares (2): De 25 pies (7 metros) Los paneles transforman
la luz solar en 5680 vatios de electricidad con el fin de dar energía al telescopio.

Antenas de Comunicaciones (2): Transmiten información del Hubble a los satélites de comunicaciones, conocidos como TDR (Sistema de Seguimiento y Retransmisión de datos por satélite), Sistema para la Retransmisión de White Sands, el Telescopio Espacial de Operaciones del Centro de control (STOCC) en Greenbelt, Maryland, y el Space Telescope Science Institute (STScI) en Baltimore, Maryland .

Módulos de Sistemas de Apoyo a Informática: Contiene dispositivos y
sistemas necesarios para operar el telescopio Hubble.
Sirve como sistema de control principal para las comunicaciones,
navegación, administración de energía, etc

Cajas electrónicas: Cajas con gran parte de la electrónica,
incluyendo el equipo de cómputo y baterías recargables.

Apertura de la puerta: Protege la óptica del Hubble de la misma
manera que la tapa de una cámara protege la lente del objetivo.
Se cierra durante las misiones de servicio y en respuesta
a ciertos tipos de "modo seguro".

Protector de luz: La luz pasa a través de éste protector
antes de entrar en el sistema de óptica.
Bloquea la luz exterior no deseada en el Hubble.

Sistema de control de puntero: Este sistema ajusta la nave
espacial hacia un objetivo y permanece bloqueada en cualquier destino.

El Hubble está logrando que los teóricos se replanteen algunas de sus ideas respecto a la edad del universo. De hecho, la idea actual se encuentra ante una paradoja. Los datos más recientes que ha proporcionado el Hubble, según Wilford, escritor de asuntos científicos del periódico The New York Times, “indican de manera convincente que el universo puede ser mucho más joven de lo que calculaban los científicos. Tal vez no tenga más de ocho mil millones de años”, en vez de los cálculos anteriores, que le asignaban catorce mil millones aproximádamente. El problema radica en que “se da por seguro que algunas estrellas tienen unos doce mil millones de años”. No es de extrañar que, como sigue diciendo, “el universo parezca querer engañar a los cosmólogos lanzándoles con efecto la pelota de los hechos y demostrando así las lamentables limitaciones de sus conocimientos”. Además agrega: “Los que se dedican al estudio del universo han de aceptar la probabilidad de que, por muy brillantes e ingeniosos que sean, no conseguirán responder muchas preguntas fundamentales”.

No tardó en demostrarse que había valido la pena corregir el sistema óptico. En junio de 1994, la revista Time publicó que el Hubble había descubierto claros indicios en apoyo de la existencia de los agujeros negros. La NASA anunció que este había descubierto una “nube de gases en forma de disco que gira a la vertiginosa velocidad de 1,9 millones de kilómetros por hora”. Se halla a unos 50 millones de años luz, en el centro de la galaxia M87. Se dice que tiene una masa estimada de entre 2.000 y 3.000 millones de estrellas del tamaño del Sol, pero comprimidas en un espacio del tamaño del sistema solar. Los científicos calculan que el disco de gases tiene una temperatura de 10.000 grados Celsius. La única explicación que puede darse en la actualidad para este fenómeno es la existencia de una enorme fuerza gravitatoria ejercida por un mastodóntico agujero negro, en torno al cual da vueltas el disco.

El Hubble también envió imágenes extraordinarias del cometa Shoemaker-Levy 9 cuando este se dirigía en una trayectoria autodestructiva a Júpiter, donde se desintegró en julio de 1994. Las imágenes de las galaxias que envía el Hubble son de tal nitidez que un científico calificó así el trabajo: “Un ligero cambio en el espejo, un paso gigante en astronomía”. Según la revista Investigación y Ciencia, en la actualidad “la resolución del Hubble duplica la del mejor instrumento instalado en tierra, y gracias a ello puede observar con claridad un volumen de espacio mil veces mayor que otros telescopios”.

A todos los efectos esto fue equivalente a ponerle unas gafas al telescopio, aunque para hacerles sitio hubo que retirar uno de los instrumentos de a bordo, el Fotómetro de Alta Velocidad, un instrumento diseñado para medir el brillo y la polaridad de la luz emitida por algunos objetos que nunca llegó a poder ser utilizado.Esta característica de poder ser reparado en el espacio es una de las más importantes del Hubble y lo diferencia de otros telescopios y sondas espaciales, y ha sido clave a lo largo de su historia.No sólo se utilizó en su momento para corregir el grave fallo mencionado, sino que aquella misión ya se aprovechó para sustituir la Cámara Planetaria y de Gran Angular por la CPGA2, que está en funcionamiento desde entonces y que en estos años ha producido algunas de las imágenes más espectaculares del Hubble, como por ejemplo la imagen de campo profundo del Hubble de 1995.

Entre febrero de 1997 y marzo de 2002 se llevaron a cabo otras tres misiones de mantenimiento al Hubble, alguna de ellas críticas como la que reemplazó los seis giróscopos del telescopio, que son parte fundamental del sistema que le permite mantener su posición en el espacio. Aunque en realidad puede funcionar con sólo tres, pocas semanas antes de la misión en cuestión, la STS-103, había fallado el cuarto de ellos, con lo que durante un tiempo el Hubble estuvo fuera de servicio.Aquella misión se utilizó también para instalar un nuevo ordenador a bordo del telescopio con un procesador Intel 486 a 25 MHz (que no GHz) especialmente modificado para resistir la radiación y dos megas de RAM. Aunque a día de hoy estas características parezcan casi de risa, este nuevo ordenador es unas 20 veces más rápido y tiene seis veces más memoria que el DF-224 que reemplazó, lo que permite al telescopio ser más productivo al darle la capacidad de realizar más procesos por sí mismo y abaratar los costes de operación al permitir utilizar lenguajes modernos de programación.

El Campo Ultra Profundo del Hubble (Hubble Ultra Deep Field o HUDF) es una imagen de una pequeña región del espacio. Para realizarla se acumularon datos que se fueron tomando en sucesivas observaciones llevadas a cabo entre el 3 de septiembre de 2003 y el 16 de enero de 2004 por el telescopio espacial Hubble. Es la imagen más profunda del universo tomada con luz visible, y la proyección de su luz se emitió hace más de 13.000 millones de años, cuando el Universo tenía sólo 800 millones de años aproximadamente.

Situado al suroeste de Orión en el hemisferio sur de la constelación Fornax, la imagen es de un poco más de 3 minutos de arco de diámetro.Esto es sólo una décima parte del diámetro de la Luna llena vista desde la Tierra, más pequeña que un 1 mm por 1 mm cuadrado de papel puesto a 1 metro de distancia, e igual a aproximadamente una trece millonésima parte de la superficie total del cielo.La imagen está orientada de modo que los puntos de la esquina superior izquierda apunten hacia el norte (-46,4 °) en la esfera celeste.