A csillagászat legnagyobb műszereit a levegő- és fényszennyezés okozta zavaró hatások csökkentése érdekében a civilizációtól távol, minél magasabb hegyekre szokták telepíteni. Ám a légkörben kialakuló hőmérséklet-különbségek és áramlások miatt még a legtisztább levegő is torzíthatja a földi távcsövekkel nyert képet, ezért az sosem éri el az optika törvényei által elvben megengedett élességet. Ráadásul a légkör elnyeli a kozmoszból érkező elektromágneses sugárzás jelentős részét (ami persze a szó szoros értelmében életfontosságú), s csak a látható fényt, az ahhoz közeli hullámhosszú infravörös és ibolyántúli sugárzást, illetve rádiósugárzás egy részét engedi át.
A világűrbe juttatott műszerek esetében ezek a zavaró hatások nem jelentkeznek, így hamar felmerült nagy űrteleszkópok létesítésének gondolata. Ezek segítségével olyan képélesség érhető el, hogy előtűnnek azok a finom részletek is, amelyek a földfelszíni távcsövekkel készült felvételeken rejtve maradnak, így halványabb égitestek is kimutathatóvá válnak. Emellett a világűrben akadálytalanul vizsgálható hullámhossztartomány nyolcszor szélesebb a földi távcsövekkel észlelhető színképtartománynál.
A Nagy obszervatóriumok amerikai műholdsorozatba négy nagy teljesítményű űrtávcső tartozik, amelyek az elektromágneses sugárzás más-más tartományában végeznek megfigyeléseket. Az elsőként 1990-ben felbocsátott Hubble a látható fény mellett a közeli ultraibolya és közeli infravörös tartományban készít felvételeket. Másodikként 1991-ben kezdte meg működését a Compton űrtávcső, amely a legnagyobb energiájú, a távoli röntgen és a radioaktív bomlások során keletkező gamma-sugárzási tartományt vizsgálta, de 2000-ben már befejezte küldetését. A Chandra 1999 óta a röntgensugárzás tartományában működik, végül a 2003-ban indított Spitzer az infravörös tartományban végzett méréseket 2020-ig. Közülük érthetően a Hubble tett szert a legnagyobb ismertségre, hiszen a látható tartományban készült felvételek az átlagember képzeletét is könnyen megragadják, míg a többi inkább a szorosabban vett tudományos közösség érdeklődését kelti fel.
A Hubble „szíve” egy 2,4 méter átmérőjű Ritchey–Chrétien optikai elrendezésű hiperbolikus profilú tükrös távcső (hasonló a piszkéstetői csillagvizsgálóban találhatóhoz), amely mentes más távcsövek leképezési torzításaitól, így a legalkalmasabb az űrtávcsövektől várt egyedülállóan éles felvételek készítésére. A távcső négyféle észlelő műszerbe (detektorba) továbbítja az összegyűjtött látható fényt, illetve sugárzásokat, amelyeknek segítségével – a laikusok számára is érdekes – képfelvételek mellett a sugárzás hullámhossz-eloszlását (spektrumát) és intenzitását is elemzik. Ennek segítségével távoli égitestek kémiai összetételére és az ott zajló mozgásokra lehet következtetni.
Mint a téma hazai szakértőjétől, Szabados László csillagász professzortól megtudhatjuk – aki nemzetközi kutatócsoportok tagjaként maga is bekapcsolódhatott a Hubble segítségével folytatott vizsgálatokba –, ezeket a műszereket a harmincéves működés alatt folyamatosan modernebbekre cserélték. Ezt az tette lehetővé, hogy a Hubble-t eleve úgy tervezték, hogy űrsétát végző asztronauták szervizelni-javítani tudják. A berendezés moduláris felépítésű, hogy minden csere (viszonylag) egyszerűen végrehajtható legyen – „már amennyire egyszerű a szerelési munka a nyílt világűrben dolgozó, szkafanderbe öltözött és súlytalanul lebegő űrhajós számára” – mutat rá Szabados professzor.
Miután anyagi és technikai problémák miatt az eredeti terveknél jó tíz évvel későbbre csúszott az indítás, az űrtávcső detektorai már a pályára helyezéskor elavultnak számítottak, a többszöri cserének köszönhetően azonban a Hubble-program végül az űrkutatás legsikeresebb és nem utolsósorban leghosszabban tartó vállalkozásává vált.
A kezdet azonban számos problémát tartogatott. Az első időszakban – elsősorban a távoli galaxisokról készített – képek homályosnak bizonyultak. Ennek okát vizsgálva kiderült, hogy a főtükröt nem pontosan a tervezett alakúra csiszolták. Szerencsére a szakembereknek sikerült olyan kiegészítő optikai rendszert tervezniük, amelyik – éppen úgy, ahogy az ember esetében egy szemüveg – korrigálja a fő tükör leképezési hibáját (a szférikus aberrációt).
Miután az 1993-as első szervizküldetés űrhajósai ezt a berendezést beszerelték, a hiba megszűnt, s azóta a Hubble-űrtávcső működése töretlen sikertörténet. Ez annak is köszönhető, hogy univerzális működésű: a Földhöz közeli bolygóktól az univerzumban legtávolabb sejthető galaxisokig mindenféle objektum vizsgálható vele. A nagyjavítások során kamerát, spektrométert, a képet stabilizáló giroszkópokat, napelemeket, akkumulátorokat, sőt a központi számítógépet is kicserélték, új hűtőrendszerrel látták el az infravörös kamerát.
A Hubble a földfelszíntől nagyjából hatszáz kilométer magasságban kering, s valamivel több mint másfél óra alatt végez egy fordulatot a Föld körül. Ez az elhelyezkedés a működésében számos korlátot okoz. Ebben a magasságban ugyan már nagyon ritka a levegő, de a naptevékenység miatt még itt is előfordulhatnak váratlan, a megfigyelést zavaró események. A Földhöz közeli pálya miatt a Föld a keringési idő feléig eltakarja a vizsgálni kívánt égitestet. Észlelési szünetet kell tartani akkor is, amikor a műhold áthalad Dél-Amerika és Afrika között, az úgynevezett dél-atlanti anomália övezete fölött, ahol a mágneses tér az átlagosnál jelentősen gyengébb. Bizonyos irányokban zavarhatja a megfigyelést Nap és a Hold is.
A Hubble voltaképpen már elérte a „nyugdíjkorhatárt”, az eredeti tervek szerint már egy évtizede felváltotta volna a NASA első igazgatójáról, James Webbről elnevezett újabb űrtávcső. Ezt a tervek szerint a Földtől jóval távolabb, másfél millió kilométernyi távolságban, a naprendszer olyan speciális pontján fogják elhelyezni (Nap–Föld kettes Lagrange-pont), ahol a Nap és a Hold együttes gravitációs vonzásának hatására, a két nagy égitesttel egy egyenes mentén együtt mozogva, azokhoz képest közelítőleg stabil helyzetben marad. A két földközeli Lagrange-pont közül a Naptól távolabb fekvő L2 pont ideális a távoli világegyetem megfigyelésére.
A James Webb jóval nagyobb, 6,5 méter átmérőjű főtükrének és speciális pozíciójának köszönhetően a ma elérhetőnél is jóval nagyobb érzékenységű és felbontású felvételeket tud majd készíteni. Az infravörös tartományban működő új teleszkópot az észlelésben kevésbé zavarják a csillagközi porok, így nagyon távoli égitestekről érkező igen gyenge sugárzásokat is képes lesz észlelni. Ez lehetőséget ad az exobolygók (más naprendszerek bolygói) légkörének vizsgálatára, a földihez hasonló élet lehetőségét kutatva.
A James Webb-et nem tervezték a látható fény tartományában végzett vizsgálatokra, vagyis nem készít majd optikai képeket, de Szabados professzor szerint „a csillagászok megoldják, hogy ezután is tudományos szenzációkkal lássák el a közvéleményt”. Az optikai tartományban más űrtávcsövek továbbra is működnek, sok millió csillag fényességének változását követik nyomon, illetve exobolygók gazdacsillagait tanulmányozzák.
A Hubble eddigi teljesítményét Szabados László olyan sikeresnek tartja, hogy szerinte akkor sem érdemes elkeseredni, ha működését netán végleg kénytelen lesz befejezni. Ebben az esetben műszakilag megoldható, hogy magasabb pályára állítsák, ahol hosszú ideig keringhet zavartalanul a Föld körül. Ezalatt megszülethet a végső döntés a sorsáról, amely lehet irányított megsemmisítés (mint a legtöbb kiszolgált űreszköz esetében történni szokott), de elvben mód van arra is, hogy visszahozzák a Földre. Ezt az teszi lehetővé, hogy a legutolsó, 2009-es szerviz alkalmával olyan adaptert szereltek rá, amellyel űreszközhöz lehet rögzíteni. Egyes szakvélemények ugyanakkor újabb szervizküldetést szorgalmaznak, ezúttal kereskedelmi célú űrrakéta igénybevételével és robot üzemmódban. A Hubble története így talán még folytatódhat.
