Kosmiczny Teleskop Hubble'a -Hubble Space Telescope

Kosmiczny teleskop Hubble
Kosmiczny Teleskop Hubble'a na orbicie
Widziany na orbicie z odlatującego promu kosmicznego Atlantis w 2009 roku podczas misji serwisowej 4 ( STS-125 ), piątej i ostatniej misji Hubble'a.
Nazwy HST
Hubble
Typ misji Astronomia
Operator STScI
IDENTYFIKATOR COSPAR 1990-037B Edytuj to w Wikidanych
SATCAT nr. 20580
Strona internetowa nasa .gov /hubble
hubblesite .org
spacetelescope .org
Czas trwania misji 32 lata, 11 miesięcy i 30 dni (w toku)
Właściwości statków kosmicznych
Producent Lockheed Martin (statek kosmiczny)
Perkin-Elmer (optyka)
Uruchom masę 11110 kg (24490 funtów)
Wymiary 13,2 m × 4,2 m (43 stopy × 14 stóp)
Moc 2800 watów
Początek misji
Data uruchomienia 24 kwietnia 1990, 12:33:51 UTC 
Rakieta Odkrycie promu kosmicznego ( STS-31 )
Uruchom witrynę Kennedy'ego , LC-39B
Wykonawca Międzynarodowy Rockwell
Data wdrożenia 25 kwietnia 1990
Wprowadzony serwis 20 maja 1990
Koniec misji
Data rozkładu 2030–2040 (szacunkowo)
Parametry orbity
Układ odniesienia Orbita geocentryczna
Reżim Niska orbita okołoziemska
Wysokość perycentrum 537,0 km (333,7 mil)
Wysokość apocentrum 540,9 km (336,1 mil)
Nachylenie 28,47°
Okres 95,42 minuty
Główny teleskop
Typ Odbłyśnik Ritchey-Chrétien
Średnica 2,4 m (7 stóp 10 cali)
Długość ogniskowa 57,6 m (189 stóp)
Stosunek ogniskowej f /24
Obszar zbierania 4,0 m 2 (43 stopy kwadratowe)
Długości fal Bliska podczerwień , światło widzialne , ultrafiolet
 

Kosmiczny Teleskop Hubble'a ( często określany jako HST lub Hubble ) to teleskop kosmiczny , który został wystrzelony na niską orbitę okołoziemską 24 kwietnia 1990 roku i nadal działa. Nie był to pierwszy teleskop kosmiczny , ale jest jednym z największych i najbardziej wszechstronnych, znanym zarówno jako ważne narzędzie badawcze, jak i dobrodziejstwo public relations dla astronomii . Teleskop Hubble'a nosi imię astronoma Edwina Hubble'a i jest jednym z Wielkich Obserwatoriów NASA . Space Telescope Science Institute (STScI) wybiera cele Hubble'a i przetwarza uzyskane dane, podczas gdy Goddard Space Flight Center (GSFC) kontroluje statek kosmiczny.

Teleskop Hubble'a ma lustro o średnicy 2,4 m (7 stóp 10 cali), a jego pięć głównych instrumentów prowadzi obserwacje w zakresie ultrafioletu , światła widzialnego i bliskiej podczerwieni widma elektromagnetycznego . Orbita Hubble'a poza zniekształceniem ziemskiej atmosfery pozwala mu na robienie zdjęć o bardzo wysokiej rozdzielczości przy znacznie słabszym świetle tła niż teleskopy naziemne. Zarejestrował jedne z najbardziej szczegółowych obrazów światła widzialnego, umożliwiając głęboki wgląd w kosmos. Wiele obserwacji Hubble'a doprowadziło do przełomów w astrofizyce , takich jak określenie tempa rozszerzania się Wszechświata .

Teleskopy kosmiczne zostały zaproponowane już w 1923 r., a teleskop Hubble'a został sfinansowany i zbudowany w latach 70. XX wieku przez amerykańską agencję kosmiczną NASA przy współudziale Europejskiej Agencji Kosmicznej . Jego planowane uruchomienie miało miejsce w 1983 r., Ale projekt był nękany opóźnieniami technicznymi, problemami budżetowymi i katastrofą Challengera w 1986 r . Hubble został ostatecznie wystrzelony w 1990 roku, ale jego główne lustro zostało nieprawidłowo wyszlifowane, co spowodowało aberrację sferyczną , która zagroziła możliwościom teleskopu. Optyka została poprawiona do zamierzonej jakości podczas misji serwisowej w 1993 roku.

Hubble jest jedynym teleskopem zaprojektowanym do utrzymywania w kosmosie przez astronautów. Pięć misji wahadłowców kosmicznych naprawiło, zmodernizowało i wymieniło systemy teleskopu, w tym wszystkie pięć głównych instrumentów. Piąta misja została początkowo odwołana ze względów bezpieczeństwa po katastrofie Columbia (2003), ale po zatwierdzeniu jej przez administratora NASA , Michaela D. Griffina , misja serwisowa została zakończona w 2009 roku. Hubble zakończył 30 lat działalności w kwietniu 2020 roku i przewiduje się, że będzie trwać do lat 2030-2040.

Hubble tworzy element światła widzialnego programu NASA Great Observatories wraz z Compton Gamma Ray Observatory , Chandra X-ray Observatory i Kosmicznym Teleskopem Spitzera (który obejmuje pasma podczerwieni). Następcą teleskopu Hubble'a w paśmie od średniej podczerwieni do widzialnego jest Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba (JWST), który został wystrzelony 25 grudnia 2021 r., A Kosmiczny Teleskop Nancy Grace ma zostać wystrzelony w 2027 r.

Koncepcja, projekt i cel

Propozycje i prekursory

Astronauta Owen Garriott pracujący obok załogowego obserwatorium kosmicznego Skylab, 1973.

W 1923 roku Hermann Oberth - uważany za ojca nowoczesnej rakiety, wraz z Robertem H. Goddardem i Konstantinem Ciołkowskim - opublikował Die Rakete zu den Planetenräumen („Rakieta w przestrzeń planetarną”), w której wspomniał, jak teleskop może zostać wyrzucony na orbitę Ziemi przez rakietę.

Lyman Spitzer odegrał ważną rolę w narodzinach projektu Kosmicznego Teleskopu Hubble'a.
Lyman Spitzer odegrał ważną rolę w narodzinach projektu Kosmicznego Teleskopu Hubble'a.

Historia Kosmicznego Teleskopu Hubble'a sięga 1946 roku, do artykułu astronoma Lymana Spitzera zatytułowanego „Astronomiczne zalety obserwatorium pozaziemskiego”. Omówił w nim dwie główne zalety obserwatorium kosmicznego w porównaniu z teleskopami naziemnymi. Po pierwsze, rozdzielczość kątowa (najmniejsza separacja, przy której można wyraźnie rozróżnić obiekty) byłaby ograniczona jedynie przez dyfrakcję , a nie przez turbulencje w atmosferze, które powodują migotanie gwiazd, znane astronomom jako widzenie . W tamtym czasie teleskopy naziemne były ograniczone do rozdzielczości 0,5–1,0 sekundy kątowej , w porównaniu z teoretyczną rozdzielczością ograniczoną dyfrakcją wynoszącą około 0,05 sekundy kątowej dla teleskopu optycznego ze zwierciadłem o średnicy 2,5 m (8 stóp 2 cale). Po drugie, kosmiczny teleskop mógłby obserwować światło podczerwone i ultrafioletowe , które są silnie pochłaniane przez ziemską atmosferę .

Spitzer poświęcił większość swojej kariery dążeniu do rozwoju teleskopu kosmicznego. W 1962 roku raport amerykańskiej Narodowej Akademii Nauk zalecał opracowanie teleskopu kosmicznego w ramach programu kosmicznego , aw 1965 roku Spitzer został mianowany szefem komitetu, któremu powierzono zadanie określenia celów naukowych dla dużego teleskopu kosmicznego.

Dr Nancy Grace Roman z modelem Wielkiego Teleskopu Kosmicznego, który ostatecznie został opracowany jako Kosmiczny Teleskop Hubble'a. Choć wymieniony jako zdjęcie z 1966 roku, ten projekt nie był standardem aż do połowy lat siedemdziesiątych.

Kluczowe znaczenie miała również praca Nancy Grace Roman , „Matki Hubble'a”. Na długo zanim stał się oficjalnym projektem NASA , wygłaszała publiczne wykłady reklamujące naukową wartość teleskopu. Po zatwierdzeniu została naukowcem programu, powołując komitet sterujący odpowiedzialny za umożliwienie realizacji potrzeb astronomów i pisząc zeznania przed Kongresem w latach 70. XX wieku, aby opowiadać się za dalszym finansowaniem teleskopu. Jej praca jako naukowca projektu pomogła ustalić standardy działania NASA przy dużych projektach naukowych.

Astronomia kosmiczna rozpoczęła się na bardzo małą skalę po drugiej wojnie światowej , ponieważ naukowcy wykorzystali postępy, które miały miejsce w technologii rakietowej . Pierwsze widmo ultrafioletowe Słońca uzyskano w 1946 r., a NASA uruchomiła Orbitujące Obserwatorium Słoneczne (OSO) , aby uzyskać widma UV, rentgenowskie i gamma w 1962 r. Orbitalny teleskop słoneczny został wystrzelony w 1962 r. Kingdom w ramach programu Ariel , aw 1966 roku NASA uruchomiła pierwszą misję Orbitującego Obserwatorium Astronomicznego (OAO). Bateria OAO-1 uległa awarii po trzech dniach, kończąc misję. Po nim pojawiło się Orbitujące Obserwatorium Astronomiczne 2 (OAO-2), które prowadziło obserwacje gwiazd i galaktyk w ultrafiolecie od wystrzelenia w 1968 do 1972 roku, znacznie dłużej niż pierwotnie planowano na jeden rok.

Misje OSO i OAO pokazały, jak ważną rolę w astronomii mogą odgrywać obserwacje z przestrzeni kosmicznej. W 1968 roku NASA opracowała konkretne plany kosmicznego teleskopu zwierciadlanego ze zwierciadłem o średnicy 3 m (9,8 stopy), znanego prowizorycznie jako Wielki Teleskop Orbitujący lub Duży Teleskop Kosmiczny (LST), którego wystrzelenie zaplanowano na 1979 rok. Plany te podkreślił potrzebę misji obsługowych teleskopu z załogą, aby zapewnić długą żywotność tak kosztownego programu, a równoczesny rozwój planów promu kosmicznego wielokrotnego użytku wskazywał , że technologia, która to umożliwi, wkrótce stanie się dostępna.

Pogoń za finansowaniem

Ciągły sukces programu OAO zachęcił społeczność astronomiczną do coraz silniejszego konsensusu, że LST powinien być głównym celem. W 1970 roku NASA powołała dwa komitety, jeden do planowania inżynieryjnej strony projektu teleskopu kosmicznego, a drugi do określenia naukowych celów misji. Po ich ustaleniu następną przeszkodą dla NASA było uzyskanie funduszy na instrument, który byłby znacznie droższy niż jakikolwiek teleskop na Ziemi. Kongres Stanów Zjednoczonych zakwestionował wiele aspektów proponowanego budżetu na teleskop i wymusił cięcia w budżecie na etapy planowania, które w tamtym czasie obejmowały bardzo szczegółowe badania potencjalnych instrumentów i sprzętu dla teleskopu. W 1974 roku cięcia wydatków publicznych doprowadziły do ​​tego, że Kongres usunął wszystkie fundusze na projekt teleskopu.

W 1977 roku ówczesny administrator NASA, James C. Fletcher, zaproponował symboliczne 5 milionów dolarów dla Hubble'a w budżecie NASA. Następnie zastępca administratora NASA ds. nauki o kosmosie, Noel Hinners , zamiast tego odciął wszystkie fundusze na Hubble'a, ryzykując, że zmobilizuje to społeczność naukową do walki o pełne finansowanie. Jak wspomina Hinners:

W tym roku było jasne, że nie będziemy w stanie rozpocząć pełnego startu. Na [Capitol] Hill był pewien sprzeciw wobec nowego startu na [Hubble]. Wynikało to w dużej mierze, jak pamiętam, z sytuacji budżetowej. Jim Fletcher zaproponował, żebyśmy wpłacili 5 milionów dolarów jako symbol zastępczy. Nie podobał mi się ten pomysł. Był to, w dzisiejszym języku narodowym, „sop” dla społeczności astronomicznej. „Coś tam jest, więc wszystko jest w porządku”.

Pomyślałem sobie w mojej małej główce, że aby ożywić tę społeczność, lepiej byłoby ją wyzerować. Wtedy powiedzieliby: „Wow, jesteśmy w poważnych tarapatach” i zorganizowałoby to wojska. Więc opowiadałem się, żebyśmy niczego nie dodawali. Nie pamiętam żadnych szczegółowych dyskusji ani tego, czy takie były, ale Jim się na to zgodził, więc wyzerowaliśmy to. Z mojej perspektywy miało to pożądany wpływ na pobudzenie społeczności astronomicznej do wznowienia wysiłków na froncie lobbingowym. Choć z perspektywy czasu lubię myśleć, że było to genialne posunięcie polityczne, nie jestem pewien, czy dobrze to wszystko przemyślałem. To było coś, co powstało pod wpływem chwili.

[...] 5 milionów dolarów pozwoliłoby im myśleć, że i tak wszystko jest w porządku, ale tak nie jest. Więc przekażmy im wiadomość. Moje własne myślenie, zachęć ich do działania. Wyzerowanie go z pewnością dałoby tę wiadomość. Myślę, że to było takie proste. Nie rozmawiałem z nikim innym o zrobieniu tego najpierw, po prostu: „Zróbmy to”. Voila, udało się. Nie wiem, czy zrobiłbym to ponownie.

Polityczna sztuczka zadziałała. W odpowiedzi na wyzerowanie Hubble'a z budżetu NASA, skoordynowano ogólnokrajowy lobbing wśród astronomów. Wielu astronomów spotkało się osobiście z kongresmanami i senatorami , zorganizowano zakrojone na szeroką skalę kampanie pisania listów. Narodowa Akademia Nauk opublikowała raport podkreślający potrzebę teleskopu kosmicznego, a ostatecznie Senat zgodził się na połowę budżetu, który pierwotnie zatwierdził Kongres.

Kwestie finansowe doprowadziły do ​​pewnego rodzaju zmniejszenia skali projektu, przy czym proponowana średnica lustra została zmniejszona z 3 m do 2,4 m, zarówno w celu obniżenia kosztów, jak i umożliwienia bardziej zwartej i efektywnej konfiguracji sprzętu teleskopu. Proponowany prekursorowy teleskop kosmiczny o średnicy 1,5 m (4 stopy 11 cali) do testowania systemów, które miały być używane na głównym satelicie, został odrzucony, a obawy budżetowe również skłoniły do ​​​​współpracy z Europejską Agencją Kosmiczną (ESA ) . ESA zgodziła się sfinansować i dostarczyć jeden z instrumentów pierwszej generacji do teleskopu, a także ogniwa słoneczne , które miałyby go zasilać, oraz personel do pracy przy teleskopie w Stanach Zjednoczonych, w zamian za zagwarantowanie europejskim astronomom co najmniej 15 % czasu obserwacji przez teleskop. Kongres ostatecznie zatwierdził finansowanie w wysokości 36 milionów USD na rok 1978, a projektowanie LST rozpoczęło się na dobre, mając na celu datę wystrzelenia w 1983 roku. W 1983 roku teleskop został nazwany na cześć Edwina Hubble'a, który potwierdził jedno z największych odkryć naukowych XX wieku, wykonane przez Georgesa Lemaître'a , że ​​wszechświat się rozszerza .

Budownictwo i inżynieria

Szlifowanie głównego zwierciadła Hubble'a w Perkin-Elmer, marzec 1979.

Kiedy projekt Teleskopu Kosmicznego otrzymał zielone światło, prace nad programem zostały podzielone między wiele instytucji. Marshall Space Flight Center (MSFC) otrzymało odpowiedzialność za projekt, rozwój i budowę teleskopu, podczas gdy Goddard Space Flight Center otrzymało ogólną kontrolę nad instrumentami naukowymi i naziemnym centrum kontroli misji. MSFC zleciło firmie optycznej Perkin-Elmer zaprojektowanie i zbudowanie zespołu tuby optycznej (OTA) oraz czujników dokładnego prowadzenia dla teleskopu kosmicznego. Lockheedowi zlecono skonstruowanie i zintegrowanie statku kosmicznego, w którym miałby być umieszczony teleskop.

Zespół tuby optycznej

Optycznie HST jest zwierciadłem Cassegraina projektu Ritchey-Chrétien , podobnie jak większość dużych profesjonalnych teleskopów. Ten projekt, z dwoma hiperbolicznymi lustrami, jest znany z dobrej wydajności obrazowania w szerokim polu widzenia, z tą wadą, że lustra mają kształty, które są trudne do wytworzenia i przetestowania. Zwierciadło i układy optyczne teleskopu określają ostateczną wydajność i zostały zaprojektowane zgodnie z wymagającymi specyfikacjami. Teleskopy optyczne mają zwykle lustra wypolerowane z dokładnością do około jednej dziesiątej długości fali światła widzialnego , ale Teleskop Kosmiczny miał być używany do obserwacji od widzialnego do ultrafioletowego (krótsze fale) i został określony jako dyfrakcja ograniczona do pełnego przewagę środowiska kosmicznego. Dlatego jego lustro musiało zostać wypolerowane z dokładnością do 10 nanometrów, czyli około 1/65 długości fali światła czerwonego. Jeśli chodzi o długie fale, tuba tubowa nie została zaprojektowana z myślą o optymalnej wydajności podczerwieni — na przykład zwierciadła są utrzymywane w stabilnych (i ciepłych, około 15°C) temperaturach za pomocą grzejników. Ogranicza to wydajność Hubble'a jako teleskopu na podczerwień.

Kopia lustrzana firmy Kodak. Jego wewnętrzną strukturę nośną można zobaczyć, ponieważ nie jest pokryta odblaskową powierzchnią.

Perkin-Elmer zamierzał użyć niestandardowych i niezwykle wyrafinowanych maszyn polerskich sterowanych komputerowo do szlifowania lustra do wymaganego kształtu. Jednak na wypadek gdyby ich najnowocześniejsza technologia napotkała trudności, NASA zażądała, aby PE zlecił firmie Kodak zbudowanie lustra zapasowego przy użyciu tradycyjnych technik polerowania lustrzanego. (Zespół Kodak i Itek złożył również ofertę na oryginalne prace polerowania lustra. W ich ofercie obie firmy wymagały wzajemnego sprawdzenia swojej pracy, co prawie na pewno wykryłoby błąd polerowania, który później spowodował takie problemy). Lustro Kodaka jest obecnie na stałej wystawie w Narodowym Muzeum Lotnictwa i Przestrzeni Kosmicznej . Zwierciadło Itek zbudowane w ramach tych wysiłków jest obecnie używane w 2,4-metrowym teleskopie w Obserwatorium Magdalena Ridge .

Konstrukcja lustra Perkin-Elmer rozpoczęła się w 1979 roku, zaczynając od półwyrobu wyprodukowanego przez firmę Corning ze szkła o bardzo niskiej rozszerzalności . Aby zminimalizować wagę lustra, składało się ono z górnej i dolnej płyty, każda o grubości 25 mm (0,98 cala), obejmujących siatkę o strukturze plastra miodu . Perkin-Elmer symulował mikrograwitację , podpierając lustro od tyłu za pomocą 130 prętów, które wywierały różną siłę. To zapewniło, że ostateczny kształt lustra będzie prawidłowy i zgodny ze specyfikacją po ostatecznym rozmieszczeniu. Polerowanie lustrzane trwało do maja 1981 r. Raporty NASA w tamtym czasie kwestionowały strukturę kierowniczą Perkina-Elmera, a polerowanie zaczęło opóźniać się z harmonogramem i przekraczać budżet. Aby zaoszczędzić pieniądze, NASA wstrzymała prace nad zwierciadłem zapasowym i przesunęła datę wystrzelenia teleskopu z powrotem na październik 1984 r. Lustro zostało ukończone do końca 1981 r .; przemyto go 9100 l (2000 galonów IMP; 2400 galonów amerykańskich) gorącej, dejonizowanej wody , a następnie nałożono odblaskową powłokę z aluminium o grubości 65 nm i powłokę ochronną z fluorku magnezu o grubości 25 nm .

OTA, kratownica pomiarowa i przegroda wtórna są widoczne na tym zdjęciu Hubble'a podczas wczesnej budowy.

Nadal wyrażano wątpliwości co do kompetencji Perkin-Elmer w projekcie o takim znaczeniu, ponieważ ich budżet i ramy czasowe na wyprodukowanie pozostałej części OTA nadal rosły. W odpowiedzi na harmonogram określany jako „niespokojny i zmieniający się codziennie”, NASA przełożyła datę wystrzelenia teleskopu na kwiecień 1985 r. Harmonogramy Perkina-Elmera nadal spadały w tempie około jednego miesiąca na kwartał, a czasami opóźnienia sięgały jednego dnia za każdy dzień pracy. NASA została zmuszona do przesunięcia daty startu na marzec, a następnie wrzesień 1986 r. Do tego czasu całkowity budżet projektu wzrósł do 1,175 mld USD.

Systemy statków kosmicznych

Statek kosmiczny, w którym miał być umieszczony teleskop i instrumenty, był kolejnym poważnym wyzwaniem inżynieryjnym. Musiałby wytrzymać częste przejścia z bezpośredniego światła słonecznego w ciemność cienia Ziemi , co spowodowałoby duże zmiany temperatury, będąc jednocześnie wystarczająco stabilnym, aby umożliwić niezwykle dokładne wycelowanie teleskopu. Osłona wielowarstwowej izolacji utrzymuje stabilną temperaturę wewnątrz teleskopu i otacza lekką aluminiową obudowę, w której umieszczony jest teleskop i instrumenty. Wewnątrz skorupy rama grafitowo-epoksydowa utrzymuje części robocze teleskopu w jednej linii. Ponieważ kompozyty grafitowe są higroskopijne , istniało ryzyko, że para wodna pochłonięta przez kratownicę w pomieszczeniu czystym firmy Lockheed zostanie później wyrażona w próżni kosmicznej; w wyniku czego instrumenty teleskopu zostały pokryte lodem. Aby zmniejszyć to ryzyko, przed wystrzeleniem teleskopu w kosmos przeprowadzono przedmuchanie gazowym azotem.

Podczas gdy budowa statku kosmicznego, w którym miałby być umieszczony teleskop i instrumenty, przebiegała nieco sprawniej niż budowa tuby optycznej, Lockheed nadal doświadczał pewnych poślizgów budżetowych i harmonogramowych, a latem 1985 r. Budowa statku kosmicznego przekroczyła budżet o 30%. i trzy miesiące opóźnienia. Raport MSFC mówi, że Lockheed raczej polegał na wskazówkach NASA niż podejmował własną inicjatywę w budowie.

Systemy komputerowe i przetwarzanie danych

DF-224 w Hubble'u, zanim został wymieniony w 1999 roku.

Dwa początkowe, podstawowe komputery na HST to system 1,25 MHz DF-224 , zbudowany przez Rockwell Autonetics, który zawierał trzy nadmiarowe procesory i dwa nadmiarowe systemy NSSC-1 (NASA Standard Spacecraft Computer, Model 1), opracowane przez Westinghouse i GSFC wykorzystujący logikę diodowo-tranzystorową (DTL). Koprocesor dla DF-224 został dodany podczas misji serwisowej 1 w 1993 r., Która składała się z dwóch nadmiarowych ciągów procesora 80386 opartego na technologii Intel z koprocesorem matematycznym 80387. DF-224 i jego koprocesor 386 zostały zastąpione systemem procesorowym 80486 opartym na procesorze Intel 25 MHz podczas misji serwisowej 3A w 1999 r. Nowy komputer jest 20 razy szybszy i ma sześć razy więcej pamięci niż DF-224 , który zastąpił . Zwiększa przepustowość, przenosząc niektóre zadania obliczeniowe z ziemi na statek kosmiczny i oszczędza pieniądze, umożliwiając korzystanie z nowoczesnych języków programowania.

Ponadto niektóre instrumenty i komponenty naukowe miały własne wbudowane systemy sterowania oparte na mikroprocesorach. Komponenty MAT (Multiple Access Transponder), MAT-1 i MAT-2, wykorzystują mikroprocesory Hughes Aircraft CDP1802CD. Kamera szerokokątna i planetarna (WFPC) również wykorzystywała mikroprocesor RCA 1802 (lub prawdopodobnie starszą wersję 1801). WFPC-1 został zastąpiony przez WFPC-2 podczas misji serwisowej 1 w 1993 r., który następnie został zastąpiony przez kamerę szerokokątną 3 (WFC3) podczas misji serwisowej 4 w 2009 r. Ulepszenie rozszerzyło możliwości teleskopu Hubble'a do wglądu głębiej we wszechświat i zapewniając obrazy w trzech szerokich obszarach widma.

Początkowe instrumenty

Widok rozstrzelonego Kosmicznego Teleskopu Hubble'a

Po wystrzeleniu HST był wyposażony w pięć instrumentów naukowych: kamerę szerokokątną i planetarną (WF/PC), spektrograf wysokiej rozdzielczości Goddarda (GHRS), szybki fotometr (HSP), kamerę do słabych obiektów (FOC) i spektrograf do słabych obiektów (FOS). ). WF/PC wykorzystywał promieniową wnękę na instrumenty, a pozostałe 4 instrumenty zostały zainstalowane w osiowej wnęce na instrumenty.

WF/PC był urządzeniem do obrazowania o wysokiej rozdzielczości przeznaczonym głównie do obserwacji optycznych. Został zbudowany przez Laboratorium Napędu Odrzutowego NASA i zawierał zestaw 48 filtrów izolujących linie widmowe o szczególnym znaczeniu astrofizycznym. Instrument zawierał osiem układów ze sprzężeniem ładunkowym (CCD) podzielonych między dwie kamery, z których każda korzystała z czterech CCD. Każdy CCD ma rozdzielczość 0,64 megapiksela. Kamera szerokokątna (WFC) obejmowała duże pole kątowe kosztem rozdzielczości, podczas gdy kamera planetarna (PC) wykonywała zdjęcia przy dłuższej efektywnej ogniskowej niż chipy WF, co zapewniało większe powiększenie.

Goddard High Resolution Spectrograph (GHRS) był spektrografem przeznaczonym do pracy w ultrafiolecie. Został zbudowany przez Goddard Space Flight Center i mógł osiągnąć rozdzielczość widmową 90 000. Zoptymalizowane pod kątem obserwacji w ultrafiolecie były również FOC i FOS, które były w stanie uzyskać najwyższą rozdzielczość przestrzenną spośród wszystkich instrumentów na Hubble'u. Zamiast CCD, te trzy instrumenty wykorzystywały cyfry zliczające fotony jako detektory. FOC został skonstruowany przez ESA, podczas gdy Uniwersytet Kalifornijski w San Diego i Martin Marietta Corporation zbudowały FOS.

Ostatnim instrumentem był HSP, zaprojektowany i zbudowany na Uniwersytecie Wisconsin-Madison . Został zoptymalizowany do obserwacji gwiazd zmiennych i innych obiektów astronomicznych o różnej jasności w świetle widzialnym i ultrafiolecie. Może to zająć do 100 000 pomiarów na sekundę z dokładnością fotometryczną około 2% lub lepszą.

System naprowadzania HST może być również używany jako instrument naukowy. Jego trzy czujniki dokładnego naprowadzania (FGS) służą przede wszystkim do dokładnego wycelowania teleskopu podczas obserwacji, ale mogą być również używane do przeprowadzania niezwykle dokładnych astrometrii ; dokonano pomiarów z dokładnością do 0,0003 sekundy kątowej.

Wsparcie naziemne

Centrum Kontroli Hubble'a w Goddard Space Flight Center, 1999

Space Telescope Science Institute (STScI) jest odpowiedzialny za naukowe działanie teleskopu i dostarczanie danych astronomom. STScI jest obsługiwany przez Association of Universities for Research in Astronomy (AURA) i jest fizycznie zlokalizowany w Baltimore w stanie Maryland na kampusie Homewood Uniwersytetu Johnsa Hopkinsa , jednego z 39 amerykańskich uniwersytetów i siedmiu międzynarodowych oddziałów tworzących konsorcjum AURA. STScI powstała w 1981 roku po czymś w rodzaju walki o władzę między NASA a całą społecznością naukową. NASA chciała zachować tę funkcję we własnym zakresie, ale naukowcy chcieli, aby była ona oparta na placówce akademickiej . European Space Telescope European Coordinating Facility (ST-ECF), utworzone w Garching bei München niedaleko Monachium w 1984 r., zapewniało podobne wsparcie europejskim astronomom do 2011 r., kiedy to działalność ta została przeniesiona do Europejskiego Centrum Astronomii Kosmicznej.

Dość złożonym zadaniem, które należy do STScI, jest planowanie obserwacji dla teleskopu. Hubble znajduje się na niskiej orbicie okołoziemskiej, aby umożliwić misje serwisowe, ale oznacza to, że większość celów astronomicznych jest zakryta przez Ziemię przez nieco mniej niż połowę każdej orbity. Obserwacje nie mogą odbywać się, gdy teleskop przechodzi przez anomalię południowoatlantycką ze względu na podwyższone poziomy promieniowania , a także wokół Słońca (wyłączając obserwacje Merkurego ), Księżyca i Ziemi istnieją spore strefy wykluczenia . Kąt unikania promieniowania słonecznego wynosi około 50°, aby światło słoneczne nie oświetlało żadnej części tuby optycznej. Unikanie Ziemi i Księżyca utrzymuje jasne światło z dala od FGS i zapobiega przedostawaniu się światła rozproszonego do instrumentów. Jeśli FGS są wyłączone, można obserwować Księżyc i Ziemię. Obserwacje Ziemi zostały wykorzystane na bardzo wczesnym etapie programu do wygenerowania płaskich pól dla instrumentu WFPC1. Istnieje tak zwana ciągła strefa widzenia (CVZ), w odległości około 24° od biegunów orbity Hubble'a , w której cele nie są zasłonięte przez długi czas.

Niska orbita Hubble'a oznacza, że ​​wiele celów jest widocznych przez nieco ponad połowę czasu, jaki upłynął od orbity, ponieważ są one zasłonięte przez Ziemię przez prawie połowę każdej orbity.
Animacja orbity Hubble'a od 31 października 2018 do 25 grudnia 2018. Ziemia nie jest pokazana.

Ze względu na precesję orbity położenie CVZ porusza się powoli przez okres ośmiu tygodni. Ponieważ krawędź Ziemi znajduje się zawsze w odległości około 30° od regionów w obrębie CVZ, jasność rozproszonego poświaty ziemi może być podwyższona przez długi czas podczas obserwacji CVZ. Hubble krąży po niskiej orbicie okołoziemskiej na wysokości około 540 kilometrów (340 mil) i nachyleniu 28,5 °. Pozycja wzdłuż jej orbity zmienia się w czasie w sposób, którego nie da się dokładnie przewidzieć. Gęstość górnych warstw atmosfery zmienia się w zależności od wielu czynników, co oznacza, że ​​pozycja przewidywana przez Hubble'a na okres sześciu tygodni może być błędna nawet o 4000 km (2500 mil). Harmonogramy obserwacji są zwykle finalizowane tylko z kilkudniowym wyprzedzeniem, ponieważ dłuższy czas realizacji oznaczałby, że istniałaby szansa, że ​​cel będzie nieobserwowalny do czasu, w którym miał być obserwowany. Wsparcie inżynieryjne dla HST zapewnia NASA i personel kontraktowy w Goddard Space Flight Center w Greenbelt w stanie Maryland , 48 km (30 mil) na południe od STScI. Działanie Hubble'a jest monitorowane 24 godziny na dobę przez cztery zespoły kontrolerów lotu, które tworzą zespół ds. operacji lotniczych Hubble'a.

Katastrofa Challengera , opóźnienia i ewentualne uruchomienie

STS-31 startuje, wynosząc Hubble'a na orbitę
Hubble wystrzelony z Discovery w 1990 roku

W styczniu 1986 r. Planowana data wystrzelenia Hubble'a w październiku wydawała się wykonalna, ale katastrofa Challengera zatrzymała amerykański program kosmiczny, uziemiła flotę wahadłowców i zmusiła do odroczenia startu o kilka lat. Podczas tego opóźnienia teleskop musiał być trzymany w czystym pomieszczeniu, zasilany i przedmuchiwany azotem, do czasu zmiany harmonogramu startu. Ta kosztowna sytuacja (około 6 mln USD miesięcznie) jeszcze bardziej zwiększyła ogólne koszty projektu. To opóźnienie dało inżynierom czas na przeprowadzenie szeroko zakrojonych testów, wymianę potencjalnie podatnego na awarie akumulatora i wprowadzenie innych ulepszeń. Co więcej, oprogramowanie naziemne potrzebne do kontrolowania Hubble'a nie było gotowe w 1986 roku i było ledwo gotowe przed startem w 1990 roku. Po wznowieniu lotów wahadłowców, Space Shuttle Discovery z powodzeniem wystrzelił Hubble'a 24 kwietnia 1990 roku w ramach misji STS-31 .

W momencie startu NASA wydała na projekt około 4,7 miliarda dolarów skorygowanych o inflację w 2010 roku. Łączne koszty Hubble'a szacuje się na około 11,3 miliarda dolarów w 2015 roku, co obejmuje wszystkie późniejsze koszty obsługi, ale nie bieżące operacje, co czyni go najdroższą misją naukową w historii NASA.

Lista instrumentów Hubble'a

Hubble obsługuje jednocześnie pięć instrumentów naukowych oraz czujniki dokładnego naprowadzania , które są używane głównie do celowania teleskopem, ale czasami są używane do naukowych pomiarów astrometrycznych . Wczesne instrumenty zostały zastąpione bardziej zaawansowanymi podczas misji serwisowych wahadłowca. COSTAR był raczej urządzeniem z optyką korekcyjną niż instrumentem naukowym, ale zajmował jedną z czterech wnęk na instrumenty osiowe.

Od ostatniej misji serwisowej w 2009 roku cztery aktywne instrumenty to ACS, COS, STIS i WFC3. NICMOS jest utrzymywany w stanie hibernacji, ale może zostać przywrócony, jeśli WFC3 zawiedzie w przyszłości.

Spośród poprzednich instrumentów trzy (COSTAR, FOS i WFPC2) są wystawione w Smithsonian National Air and Space Museum . FOC znajduje się w muzeum Dornier w Niemczech. HSP znajduje się w Space Place na Uniwersytecie Wisconsin-Madison . Pierwszy WFPC został zdemontowany, a niektóre komponenty zostały następnie ponownie wykorzystane w WFC3.

Uszkodzone lustro

Wyciąg z obrazu WF/PC pokazuje światło gwiazdy rozłożone na dużym obszarze zamiast skupienia się na kilku pikselach.

W ciągu kilku tygodni od wystrzelenia teleskopu zwrócone obrazy wskazywały na poważny problem z układem optycznym. Chociaż pierwsze obrazy wydawały się ostrzejsze niż te z teleskopów naziemnych, Hubble nie osiągnął ostatecznej ostrości, a uzyskana najlepsza jakość obrazu była drastycznie niższa niż oczekiwano. Obrazy źródeł punktowych rozciągają się na promieniu większym niż jedna sekunda łukowa, zamiast funkcji rozproszenia punktu (PSF) skoncentrowanej w okręgu o średnicy 0,1  sekundy łukowej (485 n rad ), jak określono w kryteriach projektowych.

Analiza wadliwych obrazów wykazała, że ​​zwierciadło główne zostało wypolerowane do niewłaściwego kształtu. Chociaż uważano, że jest to jedno z najdokładniej ukształtowanych zwierciadeł optycznych, jakie kiedykolwiek stworzono, gładkie do około 10 nanometrów, zewnętrzny obwód był zbyt płaski o około 2200 nanometrów (około 1/450 mm lub 1/11 000 cala). Ta różnica była katastrofalna, wprowadzając poważną aberrację sferyczną , wadę polegającą na tym, że światło odbijające się od krawędzi lustra skupia się w innym punkcie niż światło odbijające się od jego środka.

Wpływ wady lustra na obserwacje naukowe zależał od konkretnej obserwacji - rdzeń aberrowanego PSF był wystarczająco ostry, aby umożliwić obserwacje jasnych obiektów w wysokiej rozdzielczości, a na spektroskopię źródeł punktowych wpłynęła jedynie utrata czułości. Jednak utrata światła do dużego, nieostrego halo poważnie zmniejszyła użyteczność teleskopu w przypadku słabych obiektów lub obrazowania o wysokim kontraście. Oznaczało to, że prawie wszystkie programy kosmologiczne były zasadniczo niemożliwe, ponieważ wymagały obserwacji wyjątkowo słabych obiektów. To skłoniło polityków do zakwestionowania kompetencji NASA, naukowców do żałowania kosztów, które można było przeznaczyć na bardziej produktywne przedsięwzięcia, a komików do żartowania z NASA i teleskopu. W komedii z 1991 roku The Naked Gun 2½: The Smell of Fear , w scenie, w której wyświetlane są historyczne katastrofy, Hubble jest przedstawiony z RMS Titanic i LZ 129 Hindenburg . Niemniej jednak w ciągu pierwszych trzech lat misji Hubble'a, przed korektami optycznymi, teleskop nadal prowadził dużą liczbę produktywnych obserwacji mniej wymagających celów. Błąd został dobrze scharakteryzowany i stabilny, co umożliwiło astronomom częściową kompensację wadliwego zwierciadła za pomocą zaawansowanych technik przetwarzania obrazu, takich jak dekonwolucja .

Geneza problemu

Optyczna ewolucja głównego systemu kamer Hubble'a. Te zdjęcia przedstawiają galaktykę spiralną M100 widzianą za pomocą WFPC1 w 1993 r. przed korekcją optyki (po lewej), WFPC2 w 1994 r. po korekcji (w środku) oraz za pomocą WFC3 w 2018 r. (po prawej).

Powołano komisję pod przewodnictwem Lew Allena , dyrektora Jet Propulsion Laboratory , w celu ustalenia, w jaki sposób mógł powstać błąd. Komisja Allena stwierdziła, że ​​​​odblaskowy korektor zerowy , urządzenie testujące używane do uzyskania prawidłowo ukształtowanego niesferycznego lustra, zostało nieprawidłowo zmontowane - jedna soczewka była przesunięta o 1,3 mm (0,051 cala). Podczas wstępnego szlifowania i polerowania lustra firma Perkin-Elmer przeanalizowała jego powierzchnię za pomocą dwóch konwencjonalnych korektorów zerowego załamania światła. Jednak na ostatnim etapie produkcji ( figurowanie ) przeszli na niestandardowy odblaskowy korektor zerowy, zaprojektowany wyraźnie tak, aby spełniał bardzo surowe tolerancje. Nieprawidłowy montaż tego urządzenia spowodował, że lustro zostało wyszlifowane bardzo dokładnie, ale do niewłaściwego kształtu. Kilka końcowych testów, przy użyciu konwencjonalnych korektorów zerowych, wykazało prawidłowo aberrację sferyczną . Ale wyniki te zostały odrzucone, tracąc tym samym możliwość wyłapania błędu, ponieważ odblaskowy korektor zerowy uznano za dokładniejszy.

Komisja winiła za niepowodzenia przede wszystkim Perkin-Elmer. Relacje między NASA a firmą optyczną były bardzo napięte podczas budowy teleskopu z powodu częstych opóźnień w harmonogramie i przekraczania kosztów. NASA stwierdziła, że ​​firma Perkin-Elmer nie dokonała przeglądu ani nie nadzorowała odpowiednio konstrukcji zwierciadła, nie przydzieliła do projektu swoich najlepszych optyków (jak to miało miejsce w przypadku prototypu), a w szczególności nie zaangażowała projektantów optyki w budowę i weryfikację lustro. Podczas gdy komisja mocno krytykowała Perkina-Elmera za te niedociągnięcia w zarządzaniu, NASA była również krytykowana za brak wykrycia niedociągnięć w kontroli jakości, takich jak całkowite poleganie na wynikach testów z jednego instrumentu.

Projekt rozwiązania

Wielu obawiało się, że Hubble zostanie porzucony. Projekt teleskopu zawsze uwzględniał misje serwisowe, a astronomowie natychmiast zaczęli szukać potencjalnych rozwiązań problemu, które można by zastosować podczas pierwszej misji serwisowej zaplanowanej na 1993 rok. Chociaż Kodak uziemił lusterko zapasowe dla Hubble'a, wymiana lustra na orbicie była niemożliwa, a sprowadzenie teleskopu z powrotem na Ziemię w celu naprawy było zbyt kosztowne i czasochłonne. Zamiast tego fakt, że lustro zostało tak precyzyjnie wyszlifowane do niewłaściwego kształtu, doprowadził do zaprojektowania nowych elementów optycznych z dokładnie takim samym błędem, ale w przeciwnym kierunku, które miały zostać dodane do teleskopu podczas misji serwisowej, skutecznie działając jako „ okulary "do korygowania aberracji sferycznej.

Pierwszym krokiem było dokładne scharakteryzowanie błędu w zwierciadle głównym. Pracując wstecz na podstawie obrazów źródeł punktowych, astronomowie ustalili, że stała stożkowa zwierciadła po zbudowaniu wynosiła−1,01390 ± 0,0002 zamiast zamierzonego−1,00230 . Tę samą liczbę uzyskano również analizując korektor zerowy używany przez Perkina-Elmera do figurowania lustra, a także analizując interferogramy uzyskane podczas naziemnych testów lustra.

COSTAR usuwany w 2009 roku

Ze względu na sposób zaprojektowania instrumentów HST wymagane były dwa różne zestawy korektorów. Projekt kamery szerokokątnej i planetarnej 2 , która już miała zastąpić istniejący WF/PC, obejmował zwierciadła przekaźnikowe do kierowania światła na cztery oddzielne chipy urządzeń ze sprzężeniem ładunkowym (CCD) tworzące dwie kamery. Odwrotny błąd wbudowany w ich powierzchnie może całkowicie zniwelować aberrację pierwotnej. Jednak pozostałe instrumenty nie miały żadnych powierzchni pośrednich, które można by skonfigurować w ten sposób, dlatego wymagały zewnętrznego urządzenia korekcyjnego.

System Corrective Optics Space Telescope Axial Replacement (COSTAR) został zaprojektowany w celu skorygowania aberracji sferycznej dla światła skupionego w FOC, FOS i GHRS. Składa się z dwóch luster w torze światła z jednym uziemieniem do korygowania aberracji. Aby dopasować system COSTAR do teleskopu, jeden z pozostałych instrumentów musiał zostać usunięty, a astronomowie wybrali szybki fotometr do poświęcenia. Do 2002 roku wszystkie oryginalne instrumenty wymagające COSTAR zostały zastąpione instrumentami z własną optyką korekcyjną. COSTAR został usunięty i wrócił na Ziemię w 2009 roku, gdzie jest wystawiony w National Air and Space Museum w Waszyngtonie. Obszar poprzednio używany przez COSTAR jest teraz zajmowany przez Cosmic Origins Spectrograph .

Misje serwisowe i nowe instrumenty

Przegląd serwisowania

Space Telescope Imaging Spectrograph Space Telescope Imaging Spectrograph Faint Object Spectrograph Advanced Camera for Surveys Faint Object Camera Cosmic Origins Spectrograph Corrective Optics Space Telescope Axial Replacement High Speed Photometer Near Infrared Camera and Multi-Object Spectrometer Goddard High Resolution Spectrograph Wide Field Camera 3 Wide Field and Planetary Camera 2 Wide Field and Planetary Camera

Hubble został zaprojektowany tak, aby umożliwić regularne serwisowanie i modernizację sprzętu na orbicie. Instrumenty i elementy o ograniczonej żywotności zostały zaprojektowane jako orbitalne jednostki zastępcze . Pięć misji serwisowych (SM 1, 2, 3A, 3B i 4) zostało wykonanych przez wahadłowce NASA , pierwszą w grudniu 1993 r., a ostatnią w maju 2009 r. Misje serwisowe były delikatnymi operacjami, które rozpoczęły się od manewrowania w celu przechwycenia teleskopu na orbicie i ostrożnie podnosząc go mechanicznym ramieniem wahadłowca . Następnie przeprowadzono niezbędne prace podczas wielu spacerów kosmicznych na uwięzi w okresie od czterech do pięciu dni. Po oględzinach teleskopu astronauci przeprowadzili naprawy, wymienili uszkodzone lub zdegradowane komponenty, zmodernizowali sprzęt i zainstalowali nowe instrumenty. Po zakończeniu prac teleskop został ponownie rozmieszczony, zwykle po przeniesieniu na wyższą orbitę, aby zająć się rozpadem orbity spowodowanym oporem atmosferycznym .

Misja serwisowa 1

Astronauci Musgrave i Hoffman instalują optykę korekcyjną podczas SM1

Pierwsza misja serwisowa Hubble'a została zaplanowana na 1993 rok, zanim odkryto problem z lustrem. Nabrało to większego znaczenia, ponieważ astronauci musieliby wykonać rozległą pracę, aby zainstalować optykę korekcyjną; niepowodzenie spowodowałoby albo porzucenie Hubble'a, albo zaakceptowanie jego trwałej niepełnosprawności. Inne komponenty zawiodły przed misją, powodując wzrost kosztów naprawy do 500 milionów dolarów (nie licząc kosztów lotu wahadłowca). Pomyślna naprawa pomogłaby zademonstrować opłacalność budowy Stacji Kosmicznej Alpha .

STS-49 w 1992 roku zademonstrował trudność pracy w kosmosie. Chociaż uratowanie Intelsata 603 zostało pochwalone, astronauci podjęli prawdopodobnie lekkomyślne ryzyko. Ani ratunek, ani niepowiązany montaż komponentów prototypowej stacji kosmicznej nie odbyły się tak, jak trenowali astronauci, co spowodowało, że NASA ponownie oceniła planowanie i szkolenie, w tym naprawę Hubble'a. Agencja przydzieliła do misji Story Musgrave — który pracował nad procedurami naprawy satelitów od 1976 r. — oraz sześciu innych doświadczonych astronautów, w tym dwóch z STS-49. Pierwszy dyrektor misji od czasu Projektu Apollo koordynowałby załogę z 16 poprzednimi lotami wahadłowców. Astronauci zostali przeszkoleni w korzystaniu z około stu specjalistycznych narzędzi.

Ciepło było problemem podczas wcześniejszych spacerów kosmicznych, które miały miejsce w świetle słonecznym. Hubble wymagał naprawy poza światłem słonecznym. Musgrave odkrył podczas treningu próżniowego, siedem miesięcy przed misją, że rękawice skafandra nie chronią wystarczająco przed zimnem w kosmosie. Po tym, jak STS-57 potwierdził problem na orbicie, NASA szybko zmieniła sprzęt, procedury i plan lotu. Przed startem przeprowadzono łącznie siedem symulacji misji, co było najdokładniejszym przygotowaniem w historii wahadłowców. Nie istniała kompletna makieta Hubble'a, więc astronauci przestudiowali wiele oddzielnych modeli (w tym jeden w Smithsonian) i połączyli w myślach ich różne i sprzeczne szczegóły.

Misja serwisowa 1 odbyła się na pokładzie Endeavour w grudniu 1993 roku i obejmowała instalację kilku instrumentów i innego sprzętu w ciągu dziesięciu dni. Co najważniejsze, szybki fotometr został zastąpiony pakietem optyki korekcyjnej COSTAR , a WF/PC kamerą Wide Field and Planetary Camera 2 (WFPC2) z wewnętrznym systemem korekcji optycznej. Wymieniono również panele słoneczne i ich elektronikę napędową, a także cztery żyroskopy w systemie celowania teleskopu, dwie elektryczne jednostki sterujące i inne komponenty elektryczne oraz dwa magnetometry. Komputery pokładowe zostały zmodernizowane za pomocą dodanych koprocesorów , a orbita Hubble'a została zwiększona.

13 stycznia 1994 roku NASA ogłosiła, że ​​misja zakończyła się pełnym sukcesem i pokazała pierwsze ostrzejsze zdjęcia. Misja była jedną z najbardziej złożonych przeprowadzonych do tej pory, obejmującą pięć długich okresów aktywności poza pojazdami . Jego sukces był dobrodziejstwem dla NASA, a także dla astronomów, którzy mieli teraz bardziej wydajny teleskop kosmiczny.

Misja serwisowa 2

Hubble widziany z Discovery podczas drugiej misji serwisowej

Misja serwisowa 2, pilotowana przez Discovery w lutym 1997 r., Zastąpiła GHRS i FOS spektrografem obrazowania teleskopu kosmicznego (STIS) oraz kamerą bliskiej podczerwieni i spektrometrem wieloobiektowym (NICMOS), zastąpiła magnetofon inżynieryjny i naukowy nowym Rejestrator półprzewodnikowy i naprawiona izolacja termiczna. NICMOS zawierał radiator ze stałego azotu w celu zmniejszenia szumów termicznych z instrumentu, ale wkrótce po jego zainstalowaniu nieoczekiwana rozszerzalność cieplna spowodowała, że ​​część radiatora zetknęła się z przegrodą optyczną. Doprowadziło to do przyspieszenia tempa nagrzewania się instrumentu i skrócenia jego pierwotnej oczekiwanej żywotności z 4,5 roku do około dwóch lat.

Misja serwisowa 3A

Misja serwisowa 3A, pilotowana przez Discovery , miała miejsce w grudniu 1999 roku i była oddzieleniem od misji serwisowej  3 po awarii trzech z sześciu pokładowych żyroskopów. Czwarty zawiódł na kilka tygodni przed misją, przez co teleskop nie był w stanie prowadzić obserwacji naukowych. W ramach misji wymieniono wszystkie sześć żyroskopów , czujnik precyzyjnego naprowadzania i komputer, zainstalowano zestaw do poprawy napięcia/temperatury (VIK), aby zapobiec przeładowaniu akumulatorów, oraz wymieniono koce termoizolacyjne.

Misja serwisowa 3B

Misja serwisowa 3B przeprowadzona przez Columbię w marcu 2002 r. Doprowadziła do zainstalowania nowego instrumentu, w którym FOC (który, z wyjątkiem czujników dokładnego naprowadzania używanych do astrometrii, był ostatnim z oryginalnych instrumentów) został zastąpiony przez zaawansowaną kamerę do przeglądów (ACS). Oznaczało to, że COSTAR nie był już potrzebny, ponieważ wszystkie nowe instrumenty miały wbudowaną korekcję aberracji głównego lustra. Misja ożywiła również NICMOS, instalując chłodnicę o obiegu zamkniętym i po raz drugi wymieniając panele słoneczne, zapewniając o 30 procent więcej mocy.

Misja serwisowa 4

Hubble podczas misji serwisowej 4
Hubble po uwolnieniu

Plany przewidywały serwis Hubble'a w lutym 2005 r., Ale katastrofa Columbia w 2003 r., W której orbiter rozpadł się podczas ponownego wejścia w atmosferę, miała szeroko zakrojone skutki dla programu Hubble'a i innych misji NASA. Administrator NASA, Sean O'Keefe, zdecydował, że wszystkie przyszłe misje wahadłowców muszą być w stanie dotrzeć do bezpiecznej przystani Międzynarodowej Stacji Kosmicznej, gdyby pojawiły się problemy podczas lotu. Ponieważ żadne wahadłowce nie były w stanie dotrzeć zarówno do HST, jak i do stacji kosmicznej podczas tej samej misji, przyszłe misje serwisowe z załogą zostały odwołane. Ta decyzja została skrytykowana przez wielu astronomów, którzy uważali, że Hubble jest na tyle cenny, że zasługuje na ludzkie ryzyko. Planowany następca HST, Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba (JWST), do 2004 r. Miał zostać wystrzelony co najmniej do 2011 r. (JWST został ostatecznie wystrzelony w grudniu 2021 r.) Luka w możliwościach obserwacji kosmosu między wycofaniem z eksploatacji Hubble'a a uruchomieniem następcy było przedmiotem poważnej troski wielu astronomów, biorąc pod uwagę znaczący naukowy wpływ HST. Uwzględnienie faktu, że JWST nie będzie znajdować się na niskiej orbicie okołoziemskiej , a zatem nie można go łatwo zmodernizować ani naprawić w przypadku wczesnej awarii, tylko pogłębiło obawy. Z drugiej strony urzędnicy NASA obawiali się, że kontynuowanie obsługi Hubble'a pochłonie fundusze z innych programów i opóźni JWST.

W styczniu 2004 roku O'Keefe powiedział, że zrewiduje swoją decyzję o odwołaniu ostatniej misji serwisowej do HST z powodu publicznego oburzenia i próśb Kongresu do NASA, aby szukała sposobu na jej uratowanie. Narodowa Akademia Nauk zwołała oficjalny panel, który w lipcu 2004 roku zalecił zachowanie HST pomimo widocznego ryzyka. W ich raporcie wezwano „NASA nie powinna podejmować żadnych działań, które wykluczałyby misję serwisową promu kosmicznego do Kosmicznego Teleskopu Hubble'a”. W sierpniu 2004 roku O'Keefe poprosił Centrum Lotów Kosmicznych Goddarda o przygotowanie szczegółowej propozycji robotycznej misji serwisowej. Plany te zostały później anulowane, a misja robota została opisana jako „niewykonalna”. Pod koniec 2004 roku kilku członków Kongresu, na czele z senator Barbarą Mikulski , zorganizowało publiczne przesłuchania i prowadziło walkę z dużym poparciem społecznym (w tym tysiące listów od dzieci w wieku szkolnym z całych Stanów Zjednoczonych), aby skłonić administrację Busha i NASA do ponownego rozważenia decyzji o porzucić plany misji ratunkowej Hubble'a.

Zestaw akumulatorów niklowo-wodorowych dla Hubble'a

Nominacja w kwietniu 2005 roku nowego administratora NASA, Michaela D. Griffina , zmieniła sytuację, ponieważ Griffin stwierdził, że rozważy misję serwisową z załogą. Wkrótce po nominacji Griffin upoważnił Goddarda do kontynuowania przygotowań do lotu konserwacyjnego Hubble'a z załogą, mówiąc, że ostateczną decyzję podejmie po dwóch kolejnych misjach wahadłowców. W październiku 2006 r. Griffin wydał ostateczną zgodę, a 11-dniowa misja Atlantydy została zaplanowana na październik 2008 r. Główna jednostka przetwarzania danych Hubble'a uległa awarii we wrześniu 2008 r., Wstrzymując wszelkie raportowanie danych naukowych do czasu udostępnienia kopii zapasowej online 25 października 2008 r. Ponieważ awaria jednostki zapasowej spowodowałaby bezradność HST, misja serwisowa została przełożona w celu włączenia wymiany jednostki podstawowej.

Misja serwisowa 4 (SM4), przeprowadzona przez Atlantydę w maju 2009 roku, była ostatnią zaplanowaną misją wahadłowca dla HST. SM4 zainstalował zastępczą jednostkę obsługi danych, naprawił systemy ACS i STIS, zainstalował ulepszone akumulatory niklowo-wodorowe i wymienił inne komponenty, w tym wszystkie sześć żyroskopów. SM4 zainstalował również dwa nowe instrumenty obserwacyjne — Wide Field Camera 3 (WFC3) i Cosmic Origins Spectrograph (COS) — oraz Soft Capture and Rendezvous System , które umożliwią przyszłe spotkanie, przechwycenie i bezpieczne usunięcie Hubble'a przez załogę lub robotycznej misji. Z wyjątkiem kanału wysokiej rozdzielczości ACS , którego nie można było naprawić i został wyłączony, prace wykonane podczas SM4 przywróciły teleskopowi pełną funkcjonalność.

Główne projekty

Jedno z najsłynniejszych zdjęć z Hubble'a, Pillars of Creation , przedstawia gwiazdy formujące się w Mgławicy Orzeł .

Od początku programu przeprowadzono szereg projektów badawczych, niektóre z nich prawie wyłącznie za pomocą Hubble'a, inne skoordynowane obiekty, takie jak Obserwatorium Rentgenowskie Chandra i należący do ESO Bardzo Duży Teleskop . Chociaż obserwatorium Hubble'a zbliża się do końca swojego życia, nadal planowane są dla niego duże projekty. Jednym z przykładów jest obecny (2022) projekt ULLYSES (Ultraviolet Legacy Library of Young Stars as Essential Standards), który będzie trwał trzy lata w celu obserwacji zestawu młodych gwiazd o dużej i małej masie i rzuci światło na procesy powstawania i składu gwiazd. Kolejnym jest projekt OPAL (Outer Planet Atmospheres Legacy), który koncentruje się na zrozumieniu ewolucji i dynamiki atmosfery planet zewnętrznych (takich jak Jowisz i Uran) poprzez obserwacje podstawowe w dłuższym okresie.

Kosmiczny montaż w bliskiej podczerwieni, głęboki pozagalaktyczny przegląd dziedzictwa

W komunikacie prasowym z sierpnia 2013 roku CANDELS został nazwany „największym projektem w historii Hubble'a”. Badanie „ma na celu zbadanie ewolucji galaktycznej we wczesnym Wszechświecie i pierwszych zalążków kosmicznej struktury mniej niż miliard lat po Wielkim Wybuchu”. Witryna projektu CANDELS opisuje cele ankiety w następujący sposób:

Cosmic Assembly Near-IR Deep Extragalactic Legacy Survey ma na celu udokumentowanie pierwszej trzeciej ewolucji galaktycznej od z = 8 do 1,5 poprzez głębokie obrazowanie ponad 250 000 galaktyk za pomocą WFC3/IR i ACS. Znajdzie również pierwsze SNe typu Ia poza z > 1,5 i ustali ich dokładność jako standardowe świece dla kosmologii. Wybrano pięć głównych obszarów nieba o wielu długościach fal; każdy ma dane dla wielu długości fal ze Spitzera i innych obiektów oraz obszerną spektroskopię jaśniejszych galaktyk. Użycie pięciu szeroko od siebie oddalonych pól zmniejsza zmienność kosmiczną i daje statystycznie solidne i kompletne próbki galaktyk o masie od 10 9 mas Słońca do z ~ 8.

Program pól granicznych

Kolorowy obraz gromady galaktyk MCS J0416.1–2403, badany przez program Hubble Frontier Fields
Program Frontier Fields badał MACS0416.1-2403 .

Program, oficjalnie nazwany „Hubble Deep Fields Initiative 2012”, ma na celu poszerzenie wiedzy na temat powstawania wczesnych galaktyk poprzez badanie galaktyk o dużym przesunięciu ku czerwieni w pustych polach za pomocą soczewkowania grawitacyjnego , aby zobaczyć „najsłabsze galaktyki w odległym wszechświecie”. Strona internetowa Frontier Fields opisuje cele programu:

  • ujawnić dotychczas niedostępne populacje galaktyk z = 5–10, które są dziesięć do pięćdziesięciu razy słabsze z natury niż jakiekolwiek obecnie znane
  • ugruntować naszą wiedzę na temat mas gwiazd i historii formowania się gwiazd w galaktykach sub-L* w najwcześniejszych czasach
  • aby zapewnić pierwszą statystycznie znaczącą charakterystykę morfologiczną galaktyk gwiazdotwórczych przy z > 5
  • znaleźć z > 8 galaktyk wystarczająco rozciągniętych przez soczewkowanie gromad, aby dostrzec strukturę wewnętrzną i/lub wystarczająco powiększonych przez soczewkowanie gromad, aby móc śledzić je spektroskopowo.

Badanie ewolucji kosmicznej (COSMOS)

Cosmic Evolution Survey (COSMOS) to przegląd astronomiczny mający na celu zbadanie powstawania i ewolucji galaktyk w funkcji zarówno czasu kosmicznego (przesunięcie ku czerwieni), jak i lokalnego środowiska galaktyki. Przegląd obejmuje pole równikowe o dwóch stopniach kwadratowych ze spektroskopią i obrazowaniem rentgenowskim i radiowym przez większość głównych teleskopów kosmicznych i wiele dużych teleskopów naziemnych, co czyni go kluczowym obszarem zainteresowania astrofizyki pozagalaktycznej. COSMOS został wystrzelony w 2006 roku jako największy projekt realizowany przez Kosmiczny Teleskop Hubble'a w tamtym czasie i nadal jest największym ciągłym obszarem nieba pokrytym w celu mapowania głębokiej przestrzeni w pustych polach, 2,5 razy większy od powierzchni Księżyca na niebie i 17 razy większy niż największy z regionów CANDELS . Współpraca naukowa COSMOS, która powstała na podstawie wstępnego przeglądu COSMOS, jest największą i najdłużej działającą współpracą pozagalaktyczną, znaną ze swojej kolegialności i otwartości. Badanie galaktyk w ich otoczeniu można przeprowadzić tylko na dużych obszarach nieba, większych niż pół stopnia kwadratowego. Wykryto ponad dwa miliony galaktyk, obejmujących 90% wieku Wszechświata . Współpraca COSMOS jest prowadzona przez Caitlin Casey , Jeyhana Kartaltepe i Vernesę Smolcic i obejmuje ponad 200 naukowców z kilkunastu krajów.

Użytek publiczny

Proces propozycji

Gromada gwiazd Pismis 24 z mgławicą

Każdy może ubiegać się o czas na teleskopie; nie ma ograniczeń co do narodowości ani przynależności akademickiej, ale fundusze na analizy są dostępne tylko dla instytucji amerykańskich. Konkurencja o czas na teleskopie jest intensywna, a około jedna piąta propozycji złożonych w każdym cyklu zdobywa czas zgodnie z harmonogramem.

Nabory wniosków ogłaszane są mniej więcej raz w roku, z czasem przewidzianym na cykl trwający około roku. Propozycje są podzielone na kilka kategorii; Propozycje „obserwatora ogólnego” są najczęstsze i obejmują rutynowe obserwacje. „Obserwacje migawkowe” to takie, w których cele wymagają tylko 45 minut lub mniej czasu teleskopu, wliczając koszty ogólne, takie jak pozyskanie celu. Obserwacje migawkowe służą do wypełniania luk w harmonogramie teleskopów, których nie można wypełnić zwykłymi programami obserwacyjnymi.

Astronomowie mogą składać propozycje „Cel możliwości”, w których obserwacje są planowane, jeśli w cyklu planowania wystąpi przejściowe zdarzenie objęte propozycją. Ponadto do 10% czasu teleskopu to czas „dyrektora uznaniowego” (DD). Astronomowie mogą ubiegać się o wykorzystanie czasu DD o każdej porze roku i zazwyczaj jest on przyznawany za badanie nieoczekiwanych zjawisk przejściowych, takich jak supernowe.

Inne zastosowania czasu DD obejmowały obserwacje, które doprowadziły do ​​​​obejrzenia Głębokiego Pola Hubble'a i Ultragłębokiego Pola Hubble'a, aw pierwszych czterech cyklach czasu teleskopu obserwacje przeprowadzone przez astronomów-amatorów.

W 2012 roku ESA zorganizowała konkurs na przetwarzanie publicznego obrazu danych z Hubble'a, aby zachęcić do odkrywania „ukrytych skarbów” w surowych danych z Hubble'a.

Używany przez astronomów amatorów

HST jest czasami widoczny z ziemi, jak na tej 39-sekundowej ekspozycji, gdy znajduje się w Orionie. Maksymalna jasność około 1 magnitudo.

Pierwszy dyrektor STScI, Riccardo Giacconi , ogłosił w 1986 roku, że zamierza poświęcić część swojego wolnego czasu na umożliwienie astronomom-amatorom korzystania z teleskopu. Całkowity czas do przydzielenia wynosił zaledwie kilka godzin na cykl, ale wzbudził duże zainteresowanie wśród astronomów-amatorów.

Propozycje dotyczące czasu amatorskiego zostały dokładnie sprawdzone przez komitet astronomów-amatorów, a czas przyznano tylko propozycjom, które uznano za mające prawdziwą wartość naukową, nie powielały propozycji złożonych przez profesjonalistów i wymagały wyjątkowych możliwości teleskopu kosmicznego. Trzynastu astronomom-amatorom przyznano czas na teleskop, za obserwacje prowadzone w latach 1990-1997. Jednym z takich badań było „ Komety przejściowe — poszukiwanie OH w UV ”. Pierwsza propozycja, „A Hubble Space Telescope Study of Posteclipse Brightening and Albedo Changes on Io”, została opublikowana w Icarus , czasopiśmie poświęconym badaniom Układu Słonecznego. W czasopiśmie Icarus opublikowano również drugie badanie przeprowadzone przez inną grupę amatorów . Jednak po tym czasie redukcje budżetowe w STScI sprawiły, że wspieranie pracy astronomów-amatorów stało się nie do utrzymania i nie przeprowadzono żadnych dodatkowych programów amatorskich.

Regularne propozycje Hubble'a nadal obejmują znaleziska lub obiekty odkryte przez amatorów i naukowców-obywateli . Obserwacje te są często prowadzone we współpracy z zawodowymi astronomami. Jedną z najwcześniejszych takich obserwacji jest Wielka Biała Plama z 1990 roku na planecie Saturn, odkryta przez astronoma-amatora S. Wilbera i obserwowana przez HST na wniosek J. Westphala ( Caltech ). Późniejsze profesjonalne-amatorskie obserwacje Hubble'a obejmują odkrycia dokonane w ramach projektu Galaxy Zoo , takie jak galaktyki Voorwerpjes i Green Pea . Program „Klejnoty Galaktyk” opiera się na skróconej za pomocą internetowego głosowania liście przedmiotów sporządzonej przez wolontariuszy galaktycznego zoo. Do tego dochodzą obserwacje mniejszych planet odkrytych przez astronomów-amatorów, takich jak 2I/Borysów oraz zmiany w atmosferze gazowych olbrzymów Jowisza i Saturna czy lodowych olbrzymów Urana i Neptuna. W podwórkowych światach współpracy pro-am HST był używany do obserwacji obiektu o masie planetarnej , zwanego WISE J0830+2837 . Brak wykrycia przez HST pomógł w sklasyfikowaniu tego osobliwego obiektu.

Wyniki naukowe

Hubble Legacy Field (50-sekundowy film)

Kluczowe projekty

Na początku lat 80. NASA i STScI zwołały cztery panele w celu omówienia kluczowych projektów. Były to projekty, które były zarówno ważne naukowo, jak i wymagały znacznego czasu teleskopu, który byłby wyraźnie poświęcony każdemu projektowi. To gwarantowało, że te konkretne projekty zostaną zakończone wcześniej, na wypadek gdyby teleskop uległ awarii wcześniej niż oczekiwano. Panele zidentyfikowały trzy takie projekty: 1) badanie pobliskiego ośrodka międzygalaktycznego przy użyciu linii absorpcyjnych kwazarów w celu określenia właściwości ośrodka międzygalaktycznego i zawartości gazu w galaktykach i grupach galaktyk; 2) średniogłębokie badanie z użyciem kamery szerokokątnej do zbierania danych za każdym razem, gdy używany był jeden z pozostałych instrumentów oraz 3) projekt określenia stałej Hubble'a w granicach dziesięciu procent poprzez zmniejszenie błędów, zarówno zewnętrznych, jak i wewnętrznych, w kalibracji skalę odległości.

Ważne odkrycia

Hubble Extreme Deep Field obraz przestrzeni w gwiazdozbiorze Pieca

Hubble pomógł rozwiązać niektóre długotrwałe problemy w astronomii, jednocześnie zadając nowe pytania. Niektóre wyniki wymagały nowych teorii , aby je wyjaśnić.

Wiek i ekspansja wszechświata

Jednym z głównych celów misji był pomiar odległości do gwiazd zmiennych cefeid dokładniej niż kiedykolwiek wcześniej, a tym samym ograniczenie wartości stałej Hubble'a , miary tempa rozszerzania się Wszechświata, która jest również związana z jego wiekiem. Przed wystrzeleniem HST oszacowania stałej Hubble'a zwykle zawierały błędy dochodzące do 50%, ale pomiary Hubble'a zmiennych cefeid w Gromadzie w Pannie i innych odległych gromadach galaktyk dostarczyły zmierzonej wartości z dokładnością ±10%, co jest zgodne z innymi dokładniejszymi pomiarami wykonanymi od czasu wystrzelenia Hubble'a przy użyciu innych technik. Szacowany wiek wynosi obecnie około 13,7 miliarda lat, ale przed Teleskopem Hubble'a naukowcy przewidywali wiek w przedziale od 10 do 20 miliardów lat.

Podczas gdy Hubble pomógł udoskonalić szacunki wieku wszechświata, obalił również teorie dotyczące jego przyszłości. Astronomowie z High-z Supernova Search Team i Supernova Cosmology Project wykorzystali naziemne teleskopy i HST do obserwacji odległych supernowych i odkryli dowody na to, że rozszerzanie się Wszechświata wcale nie zwalnia pod wpływem grawitacji , lecz przyspiesza . Trzech członków tych dwóch grup zostało później nagrodzonych Nagrodą Nobla za swoje odkrycie. Przyczyna tego przyspieszenia pozostaje słabo poznana; terminem używanym na określenie obecnie nieznanej przyczyny jest ciemna energia , co oznacza, że ​​jest ona ciemna (niemożliwa do bezpośredniego zobaczenia i wykrycia) dla naszych obecnych instrumentów naukowych.

Ilustracja czarnej dziury

Czarne dziury

Widma i obrazy o wysokiej rozdzielczości dostarczone przez HST szczególnie dobrze nadają się do ustalania rozpowszechnienia czarnych dziur w centrach pobliskich galaktyk. Chociaż na początku lat 60. XX wieku wysunięto hipotezę, że czarne dziury można znaleźć w centrach niektórych galaktyk, a astronomowie w latach 80. wszystkich galaktyk. Programy Hubble'a wykazały ponadto, że masy jądrowych czarnych dziur i właściwości galaktyk są ze sobą ściśle powiązane.

Rozszerzanie obrazów o widzialnej długości fali

Wyjątkowym oknem na Wszechświat, które umożliwił Hubble, są zdjęcia Hubble Deep Field , Hubble Ultra-Deep Field i Hubble Extreme Deep Field , które wykorzystały niezrównaną czułość Hubble'a w widzialnych długościach fal, aby stworzyć obrazy małych skrawków nieba, które są najgłębszymi, jakie kiedykolwiek uzyskano przy długościach fal optycznych. Obrazy ujawniają galaktyki oddalone o miliardy lat świetlnych, dostarczając w ten sposób informacji o wczesnym Wszechświecie i odpowiednio wygenerowały bogactwo artykułów naukowych. Kamera szerokokątna  3 poprawiła obraz tych pól w podczerwieni i ultrafiolecie, pomagając w odkryciu niektórych z najbardziej odległych dotychczas odkrytych obiektów, takich jak MACS0647-JD .

Niestandardowy obiekt SCP 06F6 został odkryty przez Kosmiczny Teleskop Hubble'a w lutym 2006 roku.

3 marca 2016 r. naukowcy korzystający z danych Hubble'a ogłosili odkrycie najdalszej jak dotąd potwierdzonej galaktyki: GN-z11 , którą zaobserwował Hubble około 400 milionów lat po Wielkim Wybuchu. Obserwacje Hubble'a miały miejsce 11 lutego 2015 r. i 3 kwietnia 2015 r. w ramach przeglądu CANDELS / GOODS -North.

Odkrycia Układu Słonecznego

Światło widzialne STIS UV i ACS z Hubble'a połączyło się, ukazując południową zorzę Saturna
Brązowe plamy oznaczają miejsca uderzenia komety Shoemaker-Levy 9 na południowej półkuli Jowisza . Sfotografowany przez Hubble'a.

Kolizja komety Shoemaker-Levy 9 z Jowiszem w 1994 roku została przypadkowo zaplanowana dla astronomów i nastąpiła zaledwie kilka miesięcy po tym, jak Misja Serwisowa  1 przywróciła sprawność optyczną Hubble'a. Zdjęcia planety z Hubble'a były ostrzejsze niż jakiekolwiek wykonane od czasu przelotu sondy Voyager 2 w 1979 roku i były kluczowe w badaniu dynamiki zderzenia dużej komety z Jowiszem, zdarzenia, które, jak się uważa, zdarza się raz na kilka stuleci.

W marcu 2015 roku naukowcy ogłosili, że pomiary zorzy polarnej wokół Ganimedesa , jednego z księżyców Jowisza, ujawniły, że ma on podpowierzchniowy ocean. Używając Hubble'a do badania ruchu zórz polarnych, naukowcy ustalili, że duży słonowodny ocean pomaga tłumić interakcję między polem magnetycznym Jowisza i Ganimedesa. Szacuje się, że ocean ma głębokość 100 km (60 mil) i jest uwięziony pod skorupą lodową o długości 150 km (90 mil).

HST był również używany do badania obiektów w zewnętrznych krańcach Układu Słonecznego, w tym planet karłowatych Pluton , Eris i Sedna . W czerwcu i lipcu 2012 roku amerykańscy astronomowie korzystający z Hubble'a odkryli Styx , mały piąty księżyc krążący wokół Plutona.

Od czerwca do sierpnia 2015 r. Hubble był używany do wyszukiwania celu obiektu pasa Kuipera (KBO) dla rozszerzonej misji Pasa Kuipera (KEM) New Horizons, kiedy podobne poszukiwania za pomocą teleskopów naziemnych nie przyniosły odpowiedniego celu. Doprowadziło to do odkrycia co najmniej pięciu nowych KBO, w tym ostatecznego celu KEM, 486958 Arrokoth , nad którym sonda New Horizons przeleciała blisko 1 stycznia 2019 r.

W kwietniu 2022 roku NASA ogłosiła, że ​​astronomowie byli w stanie wykorzystać obrazy z HST do określenia rozmiaru jądra komety C/2014 UN271 (Bernardinelli – Bernstein) , która jest największym lodowym jądrem komety, jakie kiedykolwiek widzieli astronomowie. Jądro C/2014 UN271 ma szacunkową masę 50 bilionów ton, czyli 50 razy więcej niż masa innych znanych komet w naszym Układzie Słonecznym.

Ponowne pojawienie się supernowej

11 grudnia 2015 r. Teleskop Hubble wykonał zdjęcie pierwszego w historii przewidywanego ponownego pojawienia się supernowej, nazwanej „ Refsdal ”, które zostało obliczone przy użyciu różnych modeli masy gromady galaktyk, której grawitacja zakrzywia światło supernowej. Supernowa była wcześniej widziana w listopadzie 2014 roku za gromadą galaktyk MACS J1149.5+2223 w ramach programu Frontier Fields należącego do Hubble'a. Światło z gromady potrzebowało około pięciu miliardów lat, aby dotrzeć do Ziemi, podczas gdy światło z supernowej znajdującej się za nią zajęło pięć miliardów lat więcej, mierząc odpowiednie przesunięcia ku czerwieni . Z powodu efektu grawitacyjnego gromady galaktyk zamiast jednego pojawiły się cztery obrazy supernowej, przykład krzyża Einsteina . Na podstawie wczesnych modeli soczewek przewidywano, że piąty obraz pojawi się ponownie do końca 2015 r. Refsdal pojawił się ponownie zgodnie z przewidywaniami w 2015 r.

Masa i rozmiary Drogi Mlecznej

W marcu 2019 roku połączono obserwacje z Hubble'a i dane z obserwatorium kosmicznego Gaia Europejskiej Agencji Kosmicznej, aby ustalić, że masa Galaktyki Drogi Mlecznej jest około 1,5 biliona mas Słońca, co jest wartością pośrednią między wcześniejszymi szacunkami.

Inne odkrycia

Inne odkrycia dokonane za pomocą danych Hubble'a obejmują dyski protoplanetarne ( proplydy ) w Mgławicy Oriona ; dowody na obecność planet pozasłonecznych wokół gwiazd podobnych do Słońca; oraz optyczne odpowiedniki wciąż tajemniczych rozbłysków gamma . Korzystając z soczewkowania grawitacyjnego , Hubble zaobserwował galaktykę oznaczoną jako MACS 2129-1, znajdującą się około 10 miliardów lat świetlnych od Ziemi. MACS 2129-1 obalił oczekiwania dotyczące galaktyk, w których ustało formowanie się nowych gwiazd, co jest znaczącym wynikiem dla zrozumienia powstawania galaktyk eliptycznych .

W 2022 roku Hubble wykrył światło najdalszej pojedynczej gwiazdy, jaką kiedykolwiek widziano. Gwiazda WHL0137-LS (nazywana Earendel ) istniała w ciągu pierwszego miliarda lat po Wielkim Wybuchu. Będzie obserwowany przez należący do NASA Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba, aby potwierdzić, że Earendel rzeczywiście jest gwiazdą.

Wpływ na astronomię

Przedstawienie postępu w wykrywaniu wczesnego Wszechświata
Ewolucja wykrywania wczesnego Wszechświata
Niektóre mgławice Carina wykonane przez WFC3

Wiele obiektywnych miar pokazuje pozytywny wpływ danych z Hubble'a na astronomię. Ponad 15 000 artykułów opartych na danych Hubble'a zostało opublikowanych w recenzowanych czasopismach, a niezliczona ilość pojawiła się w materiałach konferencyjnych . Patrząc na artykuły kilka lat po ich opublikowaniu, około jedna trzecia wszystkich artykułów astronomicznych nie ma żadnych cytatów , podczas gdy tylko dwa procent artykułów opartych na danych z Hubble'a nie ma żadnych cytatów. Artykuł oparty na danych z Hubble'a otrzymuje średnio około dwa razy więcej cytowań niż artykuły oparte na danych innych niż z Hubble'a. Spośród 200 artykułów publikowanych każdego roku, które otrzymują najwięcej cytowań, około 10% opiera się na danych z Hubble'a.

Chociaż HST wyraźnie pomógł w badaniach astronomicznych, jego koszt finansowy był duży. Badanie dotyczące względnych astronomicznych korzyści płynących z teleskopów o różnych rozmiarach wykazało, że chociaż artykuły oparte na danych HST generują 15 razy więcej cytowań niż 4-metrowy teleskop naziemny, taki jak Teleskop Williama Herschela, HST kosztuje około 100 razy więcej na budowę i utrzymanie.

Wybór między budową teleskopów naziemnych a kosmicznych jest złożony. Jeszcze przed wystrzeleniem Hubble'a specjalistyczne techniki naziemne, takie jak interferometria maskująca aperturę, pozwoliły uzyskać obrazy w zakresie optycznym i podczerwonym o wyższej rozdzielczości niż Hubble, choć ograniczone do celów około 10 8 razy jaśniejszych niż najsłabsze cele obserwowane przez Hubble'a. Od tego czasu postęp w optyce adaptacyjnej rozszerzył możliwości obrazowania w wysokiej rozdzielczości teleskopów naziemnych na obrazowanie słabych obiektów w podczerwieni. Przydatność optyki adaptatywnej w porównaniu z obserwacjami HST zależy w dużym stopniu od konkretnych szczegółów zadawanych pytań badawczych. W pasmach widzialnych optyka adaptacyjna może korygować tylko stosunkowo małe pole widzenia, podczas gdy HST może prowadzić obrazowanie optyczne o wysokiej rozdzielczości w szerszym polu. Co więcej, Hubble może obrazować słabsze obiekty, ponieważ na teleskopy naziemne oddziałuje tło rozproszonego światła wytwarzanego przez ziemską atmosferę.

Wpływ na inżynierię lotniczą

Oprócz wyników naukowych, Hubble wniósł również znaczący wkład w inżynierię lotniczą , w szczególności w wydajność systemów na niskiej orbicie okołoziemskiej (LEO). Te spostrzeżenia wynikają z długiego życia Hubble'a na orbicie, rozbudowanego oprzyrządowania i powrotu zespołów na Ziemię, gdzie można je szczegółowo zbadać. W szczególności Hubble wniósł wkład w badania zachowania grafitowych struktur kompozytowych w próżni, zanieczyszczenia optycznego resztkowym gazem i obsługą ludzi, uszkodzenia elektroniki i czujników przez promieniowanie oraz długoterminowego zachowania izolacji wielowarstwowej . Jedną z lekcji było to, że żyroskopy montowane przy użyciu sprężonego tlenu do dostarczania płynu zawieszającego były podatne na awarie z powodu korozji przewodów elektrycznych. Żyroskopy są teraz montowane przy użyciu azotu pod ciśnieniem. Innym jest to, że powierzchnie optyczne w LEO mogą mieć zaskakująco długą żywotność; Oczekiwano, że Hubble przetrwa tylko 15 lat, zanim lustro stanie się bezużyteczne, ale po 14 latach nie nastąpiła mierzalna degradacja. Wreszcie, misje serwisowe Hubble'a, zwłaszcza te, które obsługiwały komponenty nieprzeznaczone do konserwacji w kosmosie, przyczyniły się do rozwoju nowych narzędzi i technik naprawy na orbicie.

Dane z Hubble'a

Precyzyjny pomiar odległości gwiezdnej przez Hubble'a został rozszerzony dziesięciokrotnie w głąb Drogi Mlecznej .

Transmisja na Ziemię

Dane Hubble'a były początkowo przechowywane na statku kosmicznym. Po uruchomieniu urządzenia do przechowywania były staroświeckimi napędami taśmowymi szpulowymi , ale zostały one zastąpione półprzewodnikowymi urządzeniami do przechowywania danych podczas obsługi misji  2 i 3A. Około dwa razy dziennie Kosmiczny Teleskop Hubble'a przesyła dane drogą radiową do satelity w geosynchronicznym systemie satelitarnym śledzenia i przekazywania danych (TDRSS), który następnie przesyła dane naukowe do jednej z dwóch anten mikrofalowych o dużym wzmocnieniu o średnicy 60 stóp (18 metrów). znajduje się w zakładzie testowym White Sands w White Sands w Nowym Meksyku . Stamtąd są wysyłane do Centrum Kontroli Operacji Teleskopu Kosmicznego w Centrum Lotów Kosmicznych Goddard, a na koniec do Instytutu Naukowego Teleskopu Kosmicznego w celu archiwizacji. Każdego tygodnia HST przesyła w dół około 140 gigabitów danych.

Kolorowe obrazy

Analiza danych widma ujawniająca chemię ukrytych chmur

Wszystkie zdjęcia z Hubble'a są monochromatyczne w skali szarości , zrobione przez różne filtry, z których każdy przepuszcza określone długości fal światła i są wbudowane w każdą kamerę. Obrazy kolorowe są tworzone przez łączenie oddzielnych obrazów monochromatycznych zrobionych przez różne filtry. Ten proces może również tworzyć wersje obrazów w fałszywych kolorach , w tym kanały podczerwone i ultrafioletowe, gdzie podczerwień jest zwykle renderowana jako ciemnoczerwony, a ultrafiolet jako ciemnoniebieski.

Archiwa

Wszystkie dane Hubble'a są ostatecznie udostępniane za pośrednictwem Mikulskiego Archive for Space Telescopes w STScI , CADC i ESA/ESAC . Dane są zwykle zastrzeżone – dostępne tylko dla głównego badacza (PI) i astronomów wyznaczonych przez PI – przez dwanaście miesięcy po ich pobraniu. W pewnych okolicznościach PI może zwrócić się do dyrektora STScI o przedłużenie lub skrócenie okresu własności.

Uwagi poczynione w czasie wolnym dyrektora są zwolnione z okresu zastrzeżonego i są natychmiast podawane do wiadomości publicznej. Dane kalibracyjne, takie jak płaskie pola i ciemne ramki, są również natychmiast dostępne publicznie. Wszystkie dane w archiwum są w formacie FITS , który nadaje się do analizy astronomicznej, ale nie do użytku publicznego. Projekt Hubble Heritage przetwarza i udostępnia publicznie niewielki wybór najbardziej uderzających obrazów w formatach JPEG i TIFF .

Redukcja rurociągu

Dane astronomiczne zebrane za pomocą CCD muszą przejść kilka etapów kalibracji, zanim będą odpowiednie do analizy astronomicznej. Firma STScI opracowała zaawansowane oprogramowanie, które automatycznie kalibruje dane, gdy są one wymagane z archiwum, przy użyciu najlepszych dostępnych plików kalibracyjnych. To przetwarzanie „w locie” oznacza, że ​​przetwarzanie i zwracanie dużych żądań danych może zająć dzień lub dłużej. Proces automatycznej kalibracji danych jest znany jako „redukcja potoku” i jest coraz powszechniejszy w głównych obserwatoriach. Astronomowie mogą, jeśli chcą, sami pobrać pliki kalibracyjne i lokalnie uruchomić oprogramowanie do redukcji potoków. Może to być pożądane, gdy trzeba użyć plików kalibracyjnych innych niż wybrane automatycznie.

Analiza danych

Dane Hubble'a można analizować przy użyciu wielu różnych pakietów. STScI utrzymuje stworzone na zamówienie oprogramowanie Space Telescope Science Data Analysis System (STSDAS), które zawiera wszystkie programy potrzebne do przeprowadzenia redukcji potokowej na surowych plikach danych, a także wiele innych narzędzi do przetwarzania obrazów astronomicznych, dostosowanych do wymagań danych z Hubble'a. Oprogramowanie działa jako moduł IRAF , popularnego programu do redukcji danych astronomicznych.

Działania popularyzatorskie

W 2001 roku NASA przeprowadziła ankietę wśród internautów, aby dowiedzieć się, co najbardziej chcieliby obserwować za pomocą Hubble'a; przytłaczającą większością wybrali Mgławicę Koński Łeb .
Model w skali jednej czwartej w sądzie w Marshfield w stanie Missouri , rodzinnym mieście Edwina Hubble'a

NASA uznała za ważne, aby Kosmiczny Teleskop poruszył wyobraźnię opinii publicznej, biorąc pod uwagę znaczny wkład podatników w jego budowę i koszty operacyjne. Po trudnych wczesnych latach, kiedy wadliwe lustro poważnie nadszarpnęło reputację Hubble'a wśród opinii publicznej, pierwsza misja serwisowa pozwoliła na jego rehabilitację, ponieważ poprawiona optyka dawała wiele niezwykłych obrazów.

Kilka inicjatyw pomogło informować opinię publiczną o działaniach Hubble'a. W Stanach Zjednoczonych działania informacyjne są koordynowane przez Space Telescope Science Institute (STScI) Office for Public Outreach, które zostało utworzone w 2000 r., aby zapewnić amerykańskim podatnikom dostrzeżenie korzyści z ich inwestycji w program teleskopów kosmicznych. W tym celu STScI prowadzi stronę internetową HubbleSite.org. Projekt Hubble Heritage , działający w ramach STScI, zapewnia społeczeństwu wysokiej jakości obrazy najciekawszych i najbardziej uderzających zaobserwowanych obiektów. Zespół Heritage składa się z astronomów amatorów i zawodowych, a także osób wywodzących się poza astronomią i podkreśla estetyczny charakter zdjęć z Hubble'a. Projekt Heritage otrzymuje niewielką ilość czasu na obserwację obiektów, które z powodów naukowych mogą nie mieć zdjęć wykonanych przy długości fali wystarczającej do stworzenia pełnokolorowego obrazu.

Od 1999 roku wiodącą grupą informacyjną Hubble'a w Europie jest Centrum Informacyjne Europejskiej Agencji Kosmicznej Hubble'a (HEIC). Biuro to powstało w Europejskim Ośrodku Koordynacyjnym Teleskopu Kosmicznego w Monachium w Niemczech. Misją HEIC jest realizacja zadań informacyjnych i edukacyjnych HST dla Europejskiej Agencji Kosmicznej. Praca koncentruje się na tworzeniu wiadomości i publikowaniu zdjęć, które przedstawiają interesujące wyniki i zdjęcia z Hubble'a. Są one często pochodzenia europejskiego, co zwiększa świadomość zarówno udziału ESA w Hubble'u (15%), jak i wkładu europejskich naukowców w obserwatorium. ESA produkuje materiały edukacyjne, w tym serię wideocastów o nazwie Hubblecast, których celem jest udostępnianie opinii publicznej światowej klasy wiadomości naukowych.

Kosmiczny Teleskop Hubble'a zdobył dwie nagrody Space Achievement Award od Fundacji Kosmicznej za swoją działalność popularyzatorską w 2001 i 2010 roku.

Replika Kosmicznego Teleskopu Hubble'a znajduje się na trawniku przed budynkiem sądu w Marshfield w stanie Missouri , rodzinnym mieście Edwina P. Hubble'a.

Obrazy uroczystości

Słup gazu i pyłu w Mgławicy Carina . To zdjęcie z kamery Wide Field Camera 3 , nazwane Mystic Mountain , zostało opublikowane w 2010 roku dla uczczenia 20. rocznicy misji Hubble'a w kosmosie.

Kosmiczny Teleskop Hubble'a obchodził swoje 20. urodziny w kosmosie 24 kwietnia 2010 r. Aby uczcić tę okazję, NASA, ESA i Instytut Naukowy Teleskopu Kosmicznego (STScI) opublikowały zdjęcie Mgławicy Carina .

Aby uczcić 25-lecie Hubble'a w kosmosie 24 kwietnia 2015 r., STScI opublikował zdjęcia gromady Westerlund 2 , znajdującej się około 20 000 lat świetlnych (6100 pc) stąd w konstelacji Carina, za pośrednictwem swojej strony internetowej Hubble 25. Europejska Agencja Kosmiczna utworzyła na swojej stronie internetowej specjalną stronę z okazji 25-lecia. W kwietniu 2016 r. Opublikowano specjalne, uroczyste zdjęcie Mgławicy Bańka z okazji 26. „urodzin” Hubble'a.

Awarie sprzętu

Czujniki obrotu żyroskopu

HST wykorzystuje żyroskopy do wykrywania i mierzenia wszelkich obrotów, dzięki czemu może stabilizować się na orbicie oraz precyzyjnie i stabilnie wskazywać cele astronomiczne. Do działania zwykle wymagane są trzy żyroskopy; obserwacje są nadal możliwe przy użyciu dwóch lub jednego, ale obszar nieba, który można oglądać, byłby nieco ograniczony, a obserwacje wymagające bardzo dokładnego wskazywania są trudniejsze. W 2018 roku planowano przejść do trybu jednego żyroskopu, jeśli działały mniej niż trzy działające żyroskopy. Żyroskopy są częścią systemu kontroli wskazywania , który wykorzystuje pięć typów czujników (czujniki magnetyczne, czujniki optyczne i żyroskopy) oraz dwa rodzaje siłowników ( koła reakcyjne i magnetyczne momenty obrotowe ).

Po katastrofie Columbii w 2003 roku nie było jasne, czy kolejna misja serwisowa będzie możliwa, a żywotność żyroskopów ponownie stała się problemem, więc inżynierowie opracowali nowe oprogramowanie dla trybów dwóch żyroskopów i jednego żyroskopu, aby zmaksymalizować potencjalną żywotność. Rozwój zakończył się sukcesem iw 2005 roku zdecydowano się przejść na tryb dwóch żyroskopów do regularnych operacji teleskopowych, aby wydłużyć czas trwania misji. Przełączenie na ten tryb nastąpiło w sierpniu 2005 r., Pozostawiając Hubble'a z dwoma żyroskopami w użyciu, dwoma zapasowymi i dwoma niedziałającymi. Jeszcze jeden żyroskop zawiódł w 2007 roku.

Do czasu ostatniej misji naprawczej w maju 2009 r., podczas której wymieniono wszystkie sześć żyroskopów (na dwie nowe pary i jedną odnowioną parę), tylko trzy nadal działały. Inżynierowie ustalili, że awarie żyroskopów były spowodowane korozją przewodów elektrycznych zasilających silnik, która została zainicjowana przez powietrze pod ciśnieniem tlenu, używane do dostarczania gęstego płynu zawieszającego. Nowe modele żyroskopów zostały zmontowane przy użyciu azotu pod ciśnieniem i miały być znacznie bardziej niezawodne. W misji serwisowej w 2009 roku wymieniono wszystkie sześć żyroskopów, a po prawie dziesięciu latach tylko trzy żyroskopy uległy awarii i to dopiero po przekroczeniu średniego oczekiwanego czasu pracy dla projektu.

Spośród sześciu żyroskopów wymienionych w 2009 r. trzy były starej konstrukcji podatne na awarie giętkich przewodów, a trzy nowej konstrukcji i przewidywanej dłuższej żywotności. Pierwszy żyroskop starego typu uległ awarii w marcu 2014 r., A drugi w kwietniu 2018 r. 5 października 2018 r. Ostatni żyroskop starego typu uległ awarii, a jeden z żyroskopów nowego typu został włączony z trybu gotowości państwo. Jednak ten zapasowy żyroskop nie od razu działał w granicach operacyjnych, więc obserwatorium zostało przełączone w tryb „bezpieczny”, podczas gdy naukowcy próbowali rozwiązać problem. NASA napisała na Twitterze 22 października 2018 r., Że „tempa obrotowe wytwarzane przez zapasowy żyroskop zmniejszyły się i są teraz w normalnym zakresie. Dodatkowe testy [są] przeprowadzone, aby upewnić się, że Hubble może powrócić do operacji naukowych z tym żyroskopem”.

Rozwiązanie, które przywróciło zapasowy żyroskop w nowym stylu do zakresu operacyjnego, było powszechnie zgłaszane jako „wyłączanie i ponowne włączanie”. Wykonano „ponowne uruchomienie” żyroskopu, ale nie przyniosło to efektu, a ostateczne rozwiązanie problemu było bardziej złożone. Awarię przypisano niespójności płynu otaczającego pływak w żyroskopie (np. pęcherzyk powietrza). 18 października 2018 r. Zespół Operacyjny Hubble'a skierował statek kosmiczny do serii manewrów - przesuwając statek kosmiczny w przeciwnych kierunkach - w celu złagodzenia niespójności. Dopiero po manewrach i kolejnym zestawie manewrów 19 października żyroskop naprawdę działał w swoim normalnym zakresie.

Hubble widzi system Fomalhaut . To sztucznie pokolorowane zdjęcie zostało wykonane w październiku 2004 i lipcu 2006 za pomocą Advanced Camera for Surveys.

Instrumenty i elektronika

Wcześniejsze misje serwisowe wymieniły stare instrumenty na nowe, unikając awarii i umożliwiając nowe rodzaje nauki. Bez misji serwisowych wszystkie instrumenty w końcu zawiodą. W sierpniu 2004 roku system zasilania Spektrografu Obrazowania Teleskopu Kosmicznego (STIS) uległ awarii, przez co instrument przestał działać. Elektronika była pierwotnie w pełni nadmiarowa, ale pierwszy zestaw elektroniki uległ awarii w maju 2001 r. Ten zasilacz został naprawiony podczas misji serwisowej  4 w maju 2009 r.

Podobnie główna elektronika kamery głównej Advanced Camera for Surveys (ACS) uległa awarii w czerwcu 2006 r., A zasilanie zapasowej elektroniki uległo awarii 27 stycznia 2007 r. Tylko kanał ślepy na promieniowanie słoneczne (SBC) instrumentu działał przy użyciu side- 1 elektronika. Nowy zasilacz dla kanału szerokokątnego został dodany podczas SM 4, ale szybkie testy wykazały, że nie pomogło to w kanale wysokiej rozdzielczości. Kanał szerokiego pola (WFC) został przywrócony do służby przez STS-125 w maju 2009 r., Ale kanał wysokiej rozdzielczości (HRC) pozostaje w trybie offline.

8 stycznia 2019 roku Hubble wszedł w częściowo bezpieczny tryb po podejrzeniu problemów sprzętowych w swoim najbardziej zaawansowanym instrumencie, aparacie Wide Field Camera 3 . NASA poinformowała później, że przyczyną trybu bezpiecznego w instrumencie było wykrycie poziomów napięcia poza określonym zakresem. 15 stycznia 2019 roku NASA podała, że ​​przyczyną awarii był problem z oprogramowaniem. Dane techniczne w obwodach telemetrycznych nie były dokładne. Ponadto wszystkie inne dane telemetryczne w tych obwodach również zawierały błędne wartości wskazujące, że był to problem z telemetrią, a nie z zasilaniem. Po zresetowaniu obwodów telemetrycznych i powiązanych z nimi płytek przyrząd zaczął ponownie działać. 17 stycznia 2019 roku urządzenie wróciło do normalnej pracy i tego samego dnia zakończyło swoje pierwsze obserwacje naukowe.

Problem z kontrolą zasilania w 2021 r

13 czerwca 2021 r. Komputer ładunku Hubble'a zatrzymał się z powodu podejrzenia problemu z modułem pamięci. Próba ponownego uruchomienia komputera w dniu 14 czerwca nie powiodła się. Dalsze próby przełączenia się na jeden z trzech innych zapasowych modułów pamięci na pokładzie statku kosmicznego nie powiodły się 18 czerwca. 23 i 24 czerwca inżynierowie NASA przełączyli Hubble'a na zapasowy komputer ładunku, ale te operacje również zakończyły się niepowodzeniem z tym samym błędem. 28 czerwca 2021 roku NASA ogłosiła, że ​​​​rozszerza badanie na inne komponenty. Operacje naukowe zostały zawieszone, podczas gdy NASA pracowała nad zdiagnozowaniem i rozwiązaniem problemu. Po zidentyfikowaniu wadliwie działającej jednostki sterującej zasilaniem (PCU) zasilającej jeden z komputerów Hubble'a, NASA była w stanie przełączyć się na zapasową PCU i przywrócić Hubble'a do trybu operacyjnego 16 lipca. 23 października 2021 r. instrumenty HST zgłosiły brakujące komunikaty synchronizacji i przeszedł w tryb awaryjny. Do 8 grudnia 2021 r. NASA przywróciła pełną działalność naukową i opracowywała aktualizacje, aby instrumenty były bardziej odporne na brakujące komunikaty synchronizacyjne.

Przyszły

Rozpad orbity i kontrolowane ponowne wejście

Ilustracja mechanizmu miękkiego przechwytywania (SCM) zainstalowanego na Hubble'u

Hubble krąży wokół Ziemi w niezwykle rozrzedzonej górnej atmosferze iz czasem jego orbita zanika z powodu oporu . Jeśli nie zostanie ponownie uruchomiony , ponownie wejdzie w ziemską atmosferę w ciągu kilku dziesięcioleci, a dokładna data zależy od aktywności Słońca i jego wpływu na górne warstwy atmosfery. Gdyby Hubble miał opaść w całkowicie niekontrolowanym ponownym wejściu, części głównego lustra i jego konstrukcji wsporczej prawdopodobnie przetrwałyby, pozostawiając potencjalne uszkodzenia, a nawet ofiary śmiertelne. W 2013 roku zastępca kierownika projektu James Jeletic przewidział, że Hubble może przetrwać do lat 20. XXI wieku. W oparciu o aktywność słoneczną i opór atmosferyczny lub ich brak, naturalny powrót Hubble'a do atmosfery nastąpi między 2028 a 2040 rokiem. W czerwcu 2016 r. NASA przedłużyła umowę serwisową dla Hubble'a do czerwca 2021 r. W listopadzie 2021 r. NASA przedłużyła umowę serwisową dla Hubble'a do czerwca 2026 roku.

Pierwotny plan NASA dotyczący bezpiecznego zejścia z orbity Hubble'a zakładał odzyskanie go za pomocą promu kosmicznego . Teleskop Hubble'a najprawdopodobniej zostałby wtedy pokazany w Instytucie Smithsona . Nie jest to już możliwe, ponieważ flota wahadłowców kosmicznych została wycofana z eksploatacji , aw każdym razie byłoby to mało prawdopodobne ze względu na koszt misji i ryzyko dla załogi. Zamiast tego NASA rozważała dodanie zewnętrznego modułu napędowego, aby umożliwić kontrolowane ponowne wejście. Ostatecznie, w 2009 roku, w ramach misji serwisowej 4, ostatniej misji serwisowej promu kosmicznego, NASA zainstalowała mechanizm miękkiego przechwytywania (SCM), aby umożliwić deorbitację przez misję załogową lub zrobotyzowaną. SCM wraz z względnym systemem nawigacji (RNS), zamontowanym na wahadłowcu w celu zbierania danych w celu „umożliwienia NASA realizacji wielu opcji bezpiecznego zejścia z orbity Hubble'a”, tworzą Soft Capture and Rendezvous System (SCRS).

Możliwe misje serwisowe

Od 2017 roku administracja Trumpa rozważała propozycję Sierra Nevada Corporation , aby użyć załogowej wersji jej statku kosmicznego Dream Chaser do obsługi Hubble'a w latach 2020-tych, zarówno jako kontynuację jego możliwości naukowych, jak i ubezpieczenie od wszelkich awarii w Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba. W 2020 roku John Grunsfeld powiedział, że SpaceX Crew Dragon lub Orion może wykonać kolejną misję naprawczą w ciągu dziesięciu lat. Chociaż technologia robotyczna nie jest jeszcze wystarczająco wyrafinowana, powiedział podczas kolejnej wizyty załogi „Moglibyśmy utrzymać Hubble'a w ruchu przez kolejne kilka dekad” dzięki nowym żyroskopom i instrumentom.

We wrześniu 2022 roku NASA i SpaceX podpisały umowę Space Act w celu zbadania możliwości wystrzelenia misji Crew Dragon w celu obsługi i wyniesienia Hubble'a na wyższą orbitę, prawdopodobnie przedłużając jego żywotność o kolejne 20 lat.

Następcy

 Zakres  widma widzialnego
Kolor Długość fali
fioletowy 380–450 nm
niebieski 450–475 nm
cyjan 476-495 nm
zielony 495-570 nm
żółty 570-590 nm
Pomarańczowy 590-620 nm
czerwony 620–750 nm

Nie ma bezpośredniego zamiennika dla Hubble'a jako teleskopu kosmicznego w ultrafiolecie i świetle widzialnym, ponieważ teleskopy kosmiczne bliskiego zasięgu nie powielają pokrycia długości fali Hubble'a (długości fal od bliskiego ultrafioletu do bliskiej podczerwieni), zamiast tego koncentrują się na dalszych pasmach podczerwieni. Pasma te są preferowane do badania obiektów o dużym przesunięciu ku czerwieni i obiektów o niskiej temperaturze, obiektów na ogół starszych i znajdujących się dalej we wszechświecie. Te długości fal są również trudne lub niemożliwe do zbadania z ziemi, co uzasadnia koszt teleskopu kosmicznego. Duże teleskopy naziemne mogą obrazować niektóre z tych samych długości fal co Hubble, czasami rzucają wyzwanie HST pod względem rozdzielczości za pomocą optyki adaptacyjnej (AO), mają znacznie większą moc zbierania światła i można je łatwiej ulepszyć, ale nie mogą jeszcze dorównać Hubble'owi doskonała rozdzielczość w szerokim polu widzenia na bardzo ciemnym tle przestrzeni.

Plany następcy Hubble'a zmaterializowały się jako projekt Teleskopu Kosmicznego Nowej Generacji, którego kulminacją były plany Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba (JWST), formalnego następcy Hubble'a. Bardzo różni się od powiększonego Hubble'a, jest zaprojektowany do pracy w chłodniejszych warunkach i dalej od Ziemi w punkcie Lagrange'a L2 , gdzie interferencja termiczna i optyczna Ziemi i Księżyca jest mniejsza. Nie jest zaprojektowany tak, aby był w pełni sprawny (np. wymienialne instrumenty), ale projekt zawiera pierścień dokujący, aby umożliwić wizyty z innych statków kosmicznych. Głównym celem naukowym JWST jest obserwacja najodleglejszych obiektów we wszechświecie, poza zasięgiem istniejących instrumentów. Oczekuje się, że wykryje gwiazdy we wczesnym Wszechświecie około 280 milionów lat starsze niż gwiazdy wykrywane obecnie przez HST. Teleskop jest wynikiem międzynarodowej współpracy między NASA, Europejską Agencją Kosmiczną i Kanadyjską Agencją Kosmiczną od 1996 roku i został wystrzelony 25 grudnia 2021 roku na rakiecie Ariane 5 . Chociaż JWST jest przede wszystkim instrumentem na podczerwień, jego zasięg obejmuje światło o długości fali 600 nm, czyli mniej więcej kolor pomarańczowy w widmie widzialnym . Typowe oko ludzkie może widzieć światło o długości fali około 750 nm, więc istnieje pewne nakładanie się najdłuższych widzialnych pasm długości fal, w tym światła pomarańczowego i czerwonego.

Lustra Hubble'a i JWST ( odpowiednio 4,0 m 2 i 25 m 2 )

Uzupełniającym teleskopem, patrzącym na jeszcze dłuższe fale niż Hubble czy JWST, było Obserwatorium Kosmiczne Herschel Europejskiej Agencji Kosmicznej , wystrzelone 14 maja 2009 r. Podobnie jak JWST, Herschel nie został zaprojektowany do serwisowania po wystrzeleniu i miał lustro znacznie większe niż Hubble'a, ale obserwowane tylko w dalekiej podczerwieni i submilimetrach . Potrzebował płynu chłodzącego hel, którego zabrakło 29 kwietnia 2013 r.

Wybrane teleskopy i instrumenty kosmiczne
Nazwa Rok Długość fali Otwór
Ludzkie oko 0,39–0,75 μm 0,005m
Spitzera 2003 3–180 μm 0,85m
STIS Hubble'a 1997 0,115–1,03 μm 2,4m
Hubble'a WFC3 2009 0,2–1,7 μm 2,4m
Herschela 2009 55–672 μm 3,5m
JWST 2021 0,6–28,5 μm 6,5m

Dalsze koncepcje zaawansowanych teleskopów kosmicznych XXI wieku obejmują Large Ultraviolet Optical Infrared Surveyor (LUVOIR), konceptualizowany optyczny teleskop kosmiczny o długości od 8 do 16,8 metra (310 do 660 cali), który, jeśli zostanie zrealizowany, mógłby być bardziej bezpośrednim następcą HST, ze zdolnością do obserwacji i fotografowania obiektów astronomicznych w zakresie widzialnym, ultrafioletowym i podczerwonym, ze znacznie lepszą rozdzielczością niż Hubble czy Kosmiczny Teleskop Spitzera . Ostateczny raport planistyczny, przygotowany na potrzeby 2020 Astronomy and Astrophysics Decadal Survey , sugerował datę wystrzelenia w 2039 r. Decadal Survey ostatecznie zalecił połączenie pomysłów LUVOIR z propozycją Habitable Exoplanet Observer w celu opracowania nowego, 6-metrowego flagowego teleskopu, który może wystartować w latach 40.

Istniejące teleskopy naziemne i różne proponowane ekstremalnie duże teleskopy mogą przekraczać HST pod względem samej mocy zbierania światła i limitu dyfrakcji dzięki większym lustrom, ale inne czynniki wpływają na teleskopy. W niektórych przypadkach mogą być w stanie dorównać lub przewyższyć rozdzielczość Hubble'a dzięki zastosowaniu optyki adaptacyjnej (AO). Jednak AO na dużych reflektorach naziemnych nie sprawi, że Hubble i inne teleskopy kosmiczne staną się przestarzałe. Większość systemów AO wyostrza obraz w bardzo wąskim polu — na przykład kamera Lucky Cam wytwarza wyraźne obrazy o szerokości zaledwie 10 do 20 sekund kątowych, podczas gdy kamery Hubble'a wytwarzają wyraźne obrazy w polu o szerokości 150 sekund kątowych (2½ minuty kątowej). Co więcej, teleskopy kosmiczne mogą badać wszechświat w całym spektrum elektromagnetycznym, z którego większość jest blokowana przez ziemską atmosferę. Wreszcie, tło nieba jest ciemniejsze w kosmosie niż na ziemi, ponieważ powietrze pochłania energię słoneczną w ciągu dnia, a następnie uwalnia ją w nocy, wytwarzając słabą – ale mimo to dostrzegalną – poświatę, która rozmywa obiekty astronomiczne o niskim kontraście .

Po lewej: zdjęcie wykonane przez Hubble'a (2017) vs. Po prawej: zdjęcie zrobione przez Webba (2022)

Zobacz też

Bibliografia

Bibliografia

Dalsza lektura

Linki zewnętrzne

Posłuchaj tego artykułu ( 56 minut )
Mówiona ikona Wikipedii
Ten plik audio został utworzony na podstawie wersji tego artykułu z dnia 29 maja 2006 r . i nie odzwierciedla późniejszych zmian. ( 2006-05-29 )