Hubble-romteleskopet | |||||
---|---|---|---|---|---|
Misjons emblem | |||||
Bilbilde | |||||
Hubble-romteleskopet sett fra romfergen Atlantis , under Service Mission 4 ( STS-125 ), den sjette og siste | |||||
Oppdragsdata | |||||
Operatør | NASA | ||||
NSSDC ID | 1990-037B | ||||
SCN | 20580 | ||||
Satellitt av | Land | ||||
Utfall | i prosess | ||||
Skyttel | Oppdagelse | ||||
Vektor | Romskip | ||||
Lansering | 24. april 1990 | ||||
Lanseringssted | Rampe 39B | ||||
Eierskap til romfartøyet | |||||
Bygger | Lockheed Martin | ||||
Instrumentering | Wide Field and Planetary Camera, Goddard High Resolution Spectrograph, High Speed Photometer, Faint Object Camera, Faint Object Spectrograph, Wide Field and Planetary Camera 2, Korrigerende Optikk Space Telescope Axial Replacement, Nærinfrarødt kamera og Multi-Object Spectrometer, Space Telescope Imaging Spectrograph , Advanced Camera for Surveys, Wide Field Camera 3 og Cosmic Origins Spectrograph | ||||
Orbital parametere | |||||
Bane | lav jordbane | ||||
Apogee | 543,7 km | ||||
Perigee | 539,8 km | ||||
Periode | 95,48 min | ||||
Tilbøyelighet | 28,47 ° | ||||
Eksentrisitet | 0,000284 | ||||
Halv-hovedakse | 6 919,9 km | ||||
Offisiell side | |||||
Store observatører av NASA | |||||
| |||||
Hubble Space Telescope ( HST ) er et romteleskop som ble skutt opp i lav jordbane i 1990 og er i drift. Selv om det ikke var det første romteleskopet, er Hubble en av de største og mest allsidige, og er velkjent som et ekstremt viktig forskningsverktøy samt et banner for astronomiske vitenskaper i den kollektive fantasien. HST ble navngitt til ære for astronomen Edwin Hubble , og er et av NASAs store observatorier , sammen med Compton Gamma Ray Observatory , Chandra X-ray Observatory og Spitzer Space Telescope . [1]
Med et speil på 2,4 meter i diameter observerer de 5 hovedinstrumentene til Hubble i nær ultrafiolett , i det synlige og i nær infrarødt lys . Teleskopets ytre bane, utenfor forvrengningen av jordens atmosfære , gjør at det kan få ekstremt høyoppløselige bilder, med vesentlig mindre kontekstuell støy enn det som rammer teleskoper på jorden . Hubble tok opp noen av de mest detaljerte bildene i synlig lys, noe som muliggjorde en dyp innsikt i rom og tid . Mange observasjoner av HST hadde en tilbakemelding innen astrofysikk , for eksempel ved nøyaktig å bestemme universets ekspansjonshastighet .
Hubble ble bygget av NASA , med bidrag fra ESA . Space Telescope Science Institute ( STScI) velger teleskopets mål og behandler de innhentede dataene, mens Goddard Space Flight Center overvåker kjøretøyet. [2]
Allerede i 1923 ble flere romteleskoper foreslått. Hubble ble finansiert på 1970-tallet , med en lansering foreslått i 1983 , men som ble utsatt på grunn av tekniske forsinkelser, budsjettproblemer og Challenger - katastrofen i 1986 . Når det først ble lansert i 1990 , ble det oppdaget et problem med det primære speilet, som hadde blitt gravd ut feil, og kompromitterte teleskopets evner. Optikken ble oppgradert til forventet kvalitet ved et serviceoppdrag i 1993 .
Hubble er det eneste teleskopet designet for å bli modifisert i bane av astronauter. Etter oppskyting med Space Shuttle Discovery i 1990, reparerte, oppgraderte og erstattet 5 romfergeoppdrag systemer på teleskopet, inkludert alle 5 hovedinstrumentene. Det femte oppdraget ble kansellert etter Columbia - katastrofen i 2003, men etter heftig offentlig diskusjon godkjente NASA-administratoren Mike Griffin det femte tjenesteoppdraget , fullført i 2009. Teleskopet er operativt innen 2022 og anslås at det vil fungere til 2030 - 2040 [3 ] . Dens etterfølger, James Webb Space Telescope (JWST), ble skutt opp 1. juledag 2021.
I 1923 publiserte Hermann Oberth , regnet som far til moderne romfartsteknikk , sammen med Robert H. Goddard og Konstantin Ciolkovski Die Rakete zu den Planetenräumen ( Raketten i det interplanetære rommet ), der han nevnte transporten av et teleskop fra jorden til bane gjennom en rakett [4] .
Historien til Hubble-romteleskopet kan spores tilbake til et verk fra 1946 av astronomen Lyman Spitzer , The Astronomical Advantages of an Extraterrestrial Observatory [5] . I den diskuterte han de to hovedfordelene et romobservatorium ville ha fremfor bakkebaserte teleskoper. For det første ville vinkeloppløsningen (den minste separasjonen der objekter tydelig kan skilles fra) bare begrenses av diffraksjon , mens den i atmosfæren ville bli påvirket av turbulensen som får stjernene til å pulsere . På den tiden var bakkebaserte teleskoper begrenset til oppløsninger på 0,5 - 1,0 buesekunder , sammenlignet med den teoretiske oppløsningen til et diffraksjonsbegrenset system på omtrent 0,05 buesekunder, for et teleskop med et 2,5 meter speil diameter . Videre kunne et romteleskop observere bølgelengder sterkt absorbert av atmosfæren i både infrarødt og ultrafiolett lys.
Spitzer brukte mesteparten av sin karriere på å presse på utviklingen av et romteleskop. I 1962 anbefalte en rapport fra National Academy of Sciences utviklingen av et romteleskop, og i 1965 ble Spitzer satt til å lede en kommisjon for å bestemme dens vitenskapelige mål. [6]
Rombasert astronomi begynte i svært lav skala under andre verdenskrig , da forskere brukte sin egen utvikling innen vektorteknologi på den. Solens første ultrafiolette spektrum ble oppnådd i 1946 [7] , og NASA lanserte Orbiting Solar Observatory (OSO) i 1962 for å oppnå ultrafiolett- , røntgen- og gammastrålespektre . [8] Et kretsende solteleskop ble skutt opp i 1962 fra Storbritannia som en del av Ariel-programmet , og i 1966 promoterte NASA oppdraget Orbiting Astronomical Observatory (OAO). Batteriene til OAO-1 ble utladet 3 dager etter lansering, og avsluttet oppdraget. Den ble fulgt av OAO-2, som utførte ultrafiolette observasjoner av stjerner og galakser fra lanseringen i 1968 til og med 1972 , langt utover forventet levealder på ett år. [9]
OSO- og OAO-oppdragene demonstrerte den viktige rollen rombaserte observasjoner kunne spille på astronomi, og i 1968 utviklet NASA de første forretningsplanene for et reflekterende romteleskop med et speil på 3 meter i diameter, foreløpig kjent som Large Orbiting Telescope eller Large Space Telescope (LST), med en planlagt oppskyting i 1979 . Disse planene understreket behovet for vedlikeholdsoppdrag for teleskoper for å sikre at et så kostbart program hadde lang levetid, og den samtidige utviklingen av planer for den gjenbrukbare romfergen indikerte at teknologien for å oppnå dette ville være tilgjengelig innen kort tid. [10]
Den fortsatte suksessen til OAO-programmet oppmuntret NASA ved å øke sterk anerkjennelse fra det astronomiske samfunnet, drevet av det faktum at LST ville være et stort mål. I 1970 opprettet NASA 2 kommisjoner, en for å planlegge den tekniske siden av romteleskopprosjektet, og en annen for å bestemme oppdragets vitenskapelige mål. Når de først er etablert, ville neste skritt for NASA vært å skaffe midler til instrumentene, som ville vært langt dyrere enn noe teleskop på jorden. Den amerikanske kongressen fremtvang budsjettkutt for planleggingsstadiene, som på den tiden besto av svært detaljerte studier for potensielle teleskopinstrumenter og maskinvare. I 1974 fikk offentlige utgifter Kongressen til å kutte alle midler rettet mot prosjektet. [11]
Som svar på dette ble det dannet en landsdekkende sammenslutning av astronomer. Mange av dem møtte senatorer og varamedlemmer personlig, og det ble organisert store postkampanjer. National Academy of Sciences ga ut en rapport som understreker behovet for et romteleskop, og Senatet ble til slutt enige om å gi halvparten av budsjettet som opprinnelig ble godkjent av kongressen. [12]
Finansieringsproblemer førte til en reduksjon i omfanget av prosjektet, og diameteren på primærspeilet gikk fra 3 til 2,4 m [13] , både på grunn av budsjettkutt, og for å tillate en mer kompakt og funksjonell konfigurasjon av teleskopets maskinvare . En forløper på 1,5 m som opprinnelig ble foreslått for å teste systemene som skulle brukes i det endelige teleskopet ble kansellert, og deltakelsen fra European Space Agency ble også bedt om av samme grunner . ESA gikk med på å skaffe finansiering, sammen med et av sine førstegenerasjons instrumenter, solcellene som skulle drive det, og en stab til å jobbe direkte i USA , med europeiske astronomer som returnerte minst 15 % av observasjonene på teleskopet. . [14] Kongressen godkjente til slutt tilskuddet på 36 millioner dollar i 1978 [12] og utformingen av LST begynte for alvor, med sikte på en lanseringsdato i 1983 . I 1983 ble teleskopet navngitt til ære for Edwin Hubble [ 15] som gjorde en av de viktigste oppdagelsene i det tjuende århundre da han oppdaget at universet utvider seg .
Når grønt lys for romteleskopprosjektet ble oppnådd, ble arbeidet med programmet delt mellom mange institusjoner. Marshall Space Flight Center ( MSFC) var ansvarlig for design, utvikling og konstruksjon av teleskopet, mens Goddard Space Flight Center hadde ansvaret for å kontrollere de vitenskapelige instrumentene og oppdraget. [16] MSFC bestilte optikken som utgjør Optical Telescope Assembly (OTA) og Fine Guidance Sensors fra Perkin-Elmer. Lockheed fikk i oppdrag å bygge og integrere kjøretøyet som teleskopet skulle plasseres i. [17]
Optisk sett er HST en Cassegrain-reflektor med Ritchey-Chrétien- design , slik tilfellet er med de største profesjonelle teleskopene. Denne utformingen, med to hyperbolske speil , er kjent for sin gode fotografiske ytelse i vidvinkelbilde, med den ulempen at speilene ville vært vanskelige former å konstruere. Teleskopets speil og optiske systemer ville bestemme den endelige ytelsen, og for dette ble de designet til ekstremt nøyaktige spesifikasjoner. Optiske teleskoper har vanligvis glatte speil med en nøyaktighet på omtrent en tidel av bølgelengden til synlig lys , men Hubble måtte brukes til observasjoner fra det synlige til ultrafiolett (med kortere bølgelengder) og det måtte begrense diffraksjonen , og utnytte alle fordelene av rommiljøet . For dette ville speilet hans trengt utjevning ved 10 nm , eller omtrent 1/65 av bølgelengden til rødt lys . [18] OTA ble derfor ikke designet for de beste observasjonene i det infrarøde , da speilene ville ha blitt holdt ved omtrent 15 ° C , noe som effektivt begrenset Hubble-ytelsen i det infrarøde. [19]
Perkin - Elmer tenkte på å bruke ekstremt sofistikerte slipemaskiner bygget med vilje for å bringe speilet til ønsket form. [17] Men i tilfelle skjæreteknologien deres viste seg å være problematisk, tildelte NASA en underkontrakt til Kodak for å bygge et sikkerhetsspeil ved bruk av tradisjonelle poleringsteknikker. [20] (Teamet hos Kodak og Itek tilbød seg også å gjøre den originale slipejobben. Tilbudet inkluderte også krysssjekking mellom de to selskapene på speilene de laget, noe som sikkert ville ha unngått slipefeilen på grunn av påfølgende problemer. [ 21] ) Kodak-speilet er for tiden utstilt permanent på National Air and Space Museum . [22] [23] Itek-speilet brukes nå i 2,4 m-teleskopet til Magdalena Ridge-observatoriet . [24]
Byggingen av Perkin-Elmer-speilet begynte i 1979 fra et glassskap med ultralav ekspansjon bygget av Corning . For å minimere vekten på speilet (818 kg) har det en sandwichstruktur: to plater med en tykkelse på ca. 25 mm som inneholder en bikakebærestruktur med en tykkelse på ca. 25,4 cm. Perkin-Elmer simulerte mikrogravitasjon ved å støtte speilet bakfra ved å bruke 130 baner som utøvde varierende mengder krefter . [25] Dette sikret den antatt korrekte og spesifiserte endelige formen på speilet. Utjevningen av det samme fortsatte til mai 1981 , da NASA ba Perkin-Elmer om styringsstrukturene, og utsatte behandlingen utover den planlagte lanseringsdatoen og budsjettet . For å spare penger, stanset NASA arbeidet med reservespeilet og satte datoen for oppskytningen av teleskopet til oktober 1984 . Speilet sto ferdig i slutten av 1981; den hadde blitt vasket med 9100 liter varmt , avionisert vann , og ble deretter belagt med en 65 nm aluminiumsplettering og ytterligere 25 nm tykk magnesiumfluorid . [19] [26]
Det ble fortsatt uttrykt tvil om Perkin-Elmers dyktighet i et prosjekt av denne størrelsesorden, ettersom kostnadene økte og tidslinjen forlenget for å produsere resten av OTA. Som svar beskrev NASA lanseringsdatoen som usikker og stadig skiftende, og flyttet den til april 1985 . Perkin-Elmers planer fortsatte å glippe med en hastighet på omtrent en måned per kvartal og forsinkelser akkumulerte dag for dag. NASA ble deretter tvunget til å flytte lanseringsdatoen fra mars til september 1986 . På det tidspunktet hadde det totale prosjektbudsjettet steget til 1,175 milliarder dollar. [27]
Kjøretøyet som speilet og instrumentene er plassert i var en annen stor ingeniørutfordring. Den ville ha vært motstandsdyktig mot skift fra direkte sollys til mørket i jordskyggen, noe som ville ha forårsaket betydelige temperaturendringer, samtidig som den beholdt sin stabile form for å tillate ekstremt nøyaktig teleskoppeking . [28] Et flerlags isolasjonsark holder teleskopets temperatur stabil og omgir et lett aluminiumsskall der speilet og instrumentene er plassert. Inne i skjoldet holder en karbonfiberramme instrumenteringen stivt på plass. Siden grafittforbindelser er hygroskopiske , var det en risiko for at vanndampen som ble absorbert av rammen i Lockheeds "rene rom" senere ville fordampe inn i rommets vakuum: følgelig ville teleskopinstrumentene bli dekket med is . For å redusere risikoen ble det utført en nitrogenrensing før lansering. [29]
Under konstruksjonen av kjøretøyet som teleskopet og instrumentene skulle plasseres i, gikk ting litt jevnere enn OTA, til tross for at Lockheed også led av endringer i budsjett og planlegging (sommeren 1985 var kjøretøykonstruksjonen 30 % over budsjett med 3 måneder forsinket i tidsplanen). En MSFC- rapport uttalte at Lockheed hadde en tendens til å stole på NASA-veiledning i stedet for å handle på eget initiativ. [30]
De to første primærdatamaskinene til HST var en 1,25 MHz DF-224 , bygget av Rockwell Autonetics , som inneholdt 3 redundante CPUer , og 2 NSSC-1 (NASA Standard Spacecraft Computer, Model 1), utviklet av Westinghouse og GSFC ved bruk av logikk diodetransistorer ( DTL ). En co-prosessor for DF-224 ble lagt til under Service Mission 1 i 1993 ; denne besto av 2 redundante prosessorer basert på Intel 80386 , med en 80387 matematisk co-prosessor . [31] DF-224 og dens 386-koprosessor ble erstattet av en 25 MHz Intel 80486 under 3A-serviceoppdraget i 1999 . [32]
I tillegg hadde noen av de vitenskapelige instrumentene egne mikroprosessorbaserte kontrollsystemer . MAT-ene (Multiple Access Transponder), MAT-1 og MAT-2-komponentene bruker Hughes Aircraft CDP1802CD mikroprosessorer. [33] Wide Field and Planetary Camera (WFPC) brukte også en RCA 1802 . WFPC-1 ble erstattet av WFPC-2 under tjenesteoppdrag 1 i 1993, [34] som igjen ble erstattet av Wide Field Camera 3 under tjenesteoppdrag 4 i 2009 .
Da den ble lansert, bar HST 5 vitenskapelige instrumenter: Wide Field and Planetary Camera (WF / PC), Goddard High Resolution Spectrograph (GHRS), High Speed Photometer (HSP), Faint Object Camera (FOC) og Faint Object Spectrograph (FOS). WF / PC var en høyoppløselig fotografisk enhet som var beregnet for optiske observasjoner. Den ble bygget av Jet Propulsion Laboratory og inneholdt et sett med 48 filtre som isolerer spektrallinjene av spesiell astrofysisk interesse . Instrumentet inneholdt 8 CCD- sensorer fordelt på 2 kameraer , hver med 4 CCD-er. Hver CCD hadde en oppløsning på 0,64 megapiksler . [35] "wide field camera" (WFC) dekket et stort vinkelfelt på bekostning av oppløsning, mens "planetary camera" (PC) tok bilder med en større og mer effektiv brennvidde enn WF- brikkene , noe som gir dem mer makt. [36]
GHRS var et spektrometer designet for å operere i ultrafiolett . Den ble bygget av Goddard Space Flight Center og kunne oppnå en spektral oppløsning på 90 000. [37] FOC og FOS ble også optimalisert for ultrafiolette observasjoner, og tilbød den høyeste romlige oppløsningen tilgjengelig på Hubble. Disse 3 instrumentene tok i bruk DigiCon med foton- tellere , bedre enn CCD-sensorer. FOC ble bygget av ESA , mens University of California i San Diego og Martin Marietta bygde FOS. [36]
Det endelige instrumentet var HSP, designet og bygget ved University of Wisconsin-Madison . Den ble optimalisert for synlige og ultrafiolette observasjoner av variable stjerner og andre astronomiske objekter som varierte deres lysstyrke. Den var i stand til å utføre opptil 100 000 målinger per sekund med en nøyaktighet på 2 % eller mer. [38]
Veiledningssystemet til HST kan også brukes som et vitenskapelig verktøy. Dens tre Fine Guidance Sensors (FGS) brukes først og fremst til å holde teleskopet nøyaktig rettet under en observasjon, men de kan også utføre ekstremt nøyaktig astrometri ; Målinger ble oppnådd med en nøyaktighet på 0,0003 buesekunder . [39]
Space Telescope Science Institute ( STScI) er ansvarlig for de vitenskapelige operasjonene til teleskopet og for å sende dataene som produseres til astronomer. STScI drives av Association of Universities for Research in Astronomy (AURA) og er fysisk lokalisert i Baltimore , Maryland , inne på Homewood campus ved Johns Hopkins University , et av de 39 amerikanske universitetene og 7 internasjonale tilknyttede selskaper som er en del av konsortiet . AURA. STScl ble etablert i 1981 etter en kamp mellom NASA og det vitenskapelige miljøet; [40] [41] NASA ønsket å beholde kontrollfunksjonen for seg selv, men forskerne ønsket å basere teleskopet på akademisk rustning . [42] [43] Space Telescope European Coordinating Facility (ST-ECF), etablert i Garching bei München , nær München , i 1984 , tilbød lignende støtte for europeiske astronomer frem til 2011 , da aktivitetene ble overført til "European Space Astronomy". Senter.
En ganske kompleks operasjon som håndteres av STScI er planleggingen av observasjonene av teleskopet. [44] Hubble er i lav bane rundt jorden for å tillate tjenesteoppdrag, men dette betyr at de fleste astronomiske mål er skjult av jorden i litt mindre enn halvparten av hver bane. Observasjoner kan ikke finne sted når teleskopet passerer gjennom den søratlantiske anomalien på grunn av de høye strålingsnivåene , og det er også betydelige utelukkelsessoner rundt solen (som utelukker observasjoner av Merkur ), månen og jorden. Vinkelen for å unngå solen er omtrent 50 ° for å unngå å belyse noen del av OTA. Å unngå jorden og månen holder lysstyrken ute av FGS, og holder det spredte lyset borte fra inntreden i instrumentene. Hvis FGS ble slått av, kunne imidlertid månen og jorden observeres. Observasjoner av planeten vår ble brukt i begynnelsen av programmet for å generere flate felt for WF / PC-instrumentet. Det er også en kontinuerlig visningssone (CVZ), omtrent 90 ° til Hubble -baneplanet , der mål ikke er skjult i lange perioder. På grunn av presesjonen til banen beveger CVZ-posisjonen seg sakte i 8-ukers perioder. På grunn av jordens konstante tilstedeværelse i 30 ° av CVZ, kan den diffuse lysstyrken være høy i lange perioder.
Hubble kretser i den øvre atmosfæren i en høyde på omtrent 547 km og en helning på 28,5 °. [45] Posisjonen til dens bane endres uforutsigbart over tid. Tettheten til den øvre atmosfæren varierer avhengig av mange faktorer, noe som betyr at en spådd posisjon av Hubble om 6 uker kan ha en feil på opptil 4000 km. Observasjonsplaner ferdigstilles vanligvis bare noen få dager i forveien, da en lengre periode kan føre til at de tiltenkte målene ikke kan observeres. [46]
Teknisk støtte for HST leveres av NASA, hvis ansatte er ved Goddard Space Flight Center i Greenbelt , Maryland, 30 miles sør for STScI. Hubble-operasjonene overvåkes 24 timer i døgnet av de 4 flyteamene som utgjør Flight Operations Team . [44]
Tidlig i 1986 ble den planlagte lanseringsdatoen for den oktober ansett som mulig, men katastrofen med Space Shuttle Challenger stoppet det amerikanske romfartsprogrammet, grunnet romfergene og tvang oppskytingen av Hubble i flere år. Teleskopet måtte holdes i et rent rom , skrus på og rengjøres med nitrogen , inntil en ny tidsplan kunne etableres. Denne kostbare situasjonen (omtrent 6 millioner dollar per måned) presset de totale kostnadene for prosjektet opp. Denne forsinkelsen ga imidlertid ingeniørene tid til å kjøre ytterligere tester, bytte et muligens feilutsatt batteri og gjøre andre forbedringer. [47] Videre var den bakkebaserte programvaren for å kontrollere Hubble ikke klar i 1986, og faktisk var den knapt klar for lansering i 1990 . [48]
Til slutt, takket være gjenoppstandelsen av Shuttle-flygingene i 1988 , var teleskopoppskytningen planlagt til 1990. Den 24. april 1990 ble Discovery med HST ombord lansert på STS-31- oppdraget, som nådde sin tiltenkte bane. . [49]
Fra den anslåtte kostnaden på omtrent 400 millioner dollar, kostet teleskopet 4,7 milliarder dollar ved lanseringen. Dens kumulative kostnader er estimert til 10 milliarder dollar innen 2010, 20 år etter lansering. [50]
Uker etter at teleskopet ble skutt opp, indikerte bildene som ble oppnådd et alvorlig problem i det optiske systemet. Selv om de første fotografiene virket klarere enn de som ble oppnådd fra bakkebaserte teleskoper, klarte ikke Hubble å oppnå nøyaktig ønsket fokus og den beste fotografiske kvaliteten, med resultater drastisk lavere enn forventet. Fotografier av spisse kilder led av diffusjon over en radius større enn ett buesekund , i stedet for å ha en punktdiffusjonsfunksjon (PSF) konsentrert innenfor en sirkel på 0,1 buesekunder i diameter, som spesifisert av designkriteriene. [51] [52]
Analyse av de diffuse bildene viste at årsaken til problemet lå i primærspeilet som var feilpolert. Faktisk, til tross for kvaliteten på fotografiene som ble tatt, var speilet glatt i omtrent 10 nanometer, [18] men ved omkretsen var det overdrevent flatt i omtrent 2,2 mikrometer. [53] Forskjellen var katastrofal, og introduserte flere sfæriske aberrasjoner , defekter der lys reflekteres utenfor kanten av speilet, og fokuserer det på et annet punkt . [54]
Effekten av unøyaktighet falt på spesielle vitenskapelige observasjoner; faktisk kjernen av den aberrerte PSF var jevn nok til å tillate høyoppløselige observasjoner av lyse objekter, og målspektroskopien ble bare påvirket av tap av følsomhet . Men tapet av lys i den store ufokuserte haloen reduserte teleskopets nytte for svake eller høykontrastobjekter . Dette betydde at nesten alle kosmologiske programmer i hovedsak var umulige, da de krevde observasjon av eksepsjonelt svake objekter. [54] NASA og teleskopet ble gjenstand for en rekke bløff, og prosjektet ble populært tatt som en hvit elefant . For eksempel, i komedien A Naked Bullet 2½ - The Smell of Fear fra 1991 , ble Hubble avbildet med Titanic , Hindenburg og Edsel . [55] Ikke desto mindre, i løpet av de første 3 årene av Hubble-oppdraget, før de optiske korreksjonene, oppnådde teleskopet et stort antall produktive observasjoner av mindre etterspurte mål. [56] Feilen var godt lokalisert og etablert, noe som gjorde det mulig for astronomer å delvis kompensere dem for speilet gjennom sofistikerte fotografiske prosesseringsteknikker, som dekonvolusjon . [57]
For å løse dette problemet ble det nedsatt en ad hoc -kommisjon ledet av Lew Allen , direktør for Jet Propulsion Laboratory. Allen-kommisjonen fant at den viktigste null-korrektoren, en testenhet som ble brukt for å oppnå et godt polert ikke- sfærisk speil , hadde vært dårlig montert - faktisk var ett objektiv ute av posisjon med 1,3 mm. [58] Under de første rettingene og utjevningene på speilet analyserte Perkin-Elmer overflaten med to konvensjonelle nullkorrektorer. For sluttfasen av konstruksjonen byttet han imidlertid til en spesialbygd nullkorrektor, og eksplisitt designet for å møte ekstremt små toleranser . Feil montering av enheten resulterte i en veldig presis behandling av speilet, men med feil form. Det var også en evalueringsfeil: av tekniske årsaker krevde faktisk noen av de endelige testene bruk av 2 konvensjonelle nullkorrektorer som korrekt rapporterte en sfærisk aberrasjon , men ble forkastet fordi de ble ansett som unøyaktige. [59]
Kommisjonen ga hovedsakelig Perkin-Elmer skylden. Forholdet mellom NASA og det optiske selskapet hadde vært sterkt anstrengt under konstruksjonen av teleskopet på grunn av hyppige forsinkelser og kostnadsøkninger. Perkin-Elmer gjennomgikk eller overvåket ikke konstruksjonen av speilet tilstrekkelig, tildelte ikke de beste optiske forskerne i prosjektet (som det gjorde for prototypen ), og involverte spesielt ikke de optiske designerne i konstruksjonen og testingen av speil. Mens kommisjonen sterkt kritiserte Perkin-Elmer for disse ledelsessviktene, kritiserte NASA den også for mangler i kvalitetskontroll, og baserte seg helt på ett enkelt instrument. [60]
Konstruksjonen av teleskopet hadde alltid involvert serviceoppdrag, og astronomer hadde umiddelbart begynt å analysere potensielle løsninger på problemet som kunne brukes på det første serviceoppdraget, planlagt til 1993 . Mens Kodak hadde bygget et reservespeil for Hubble, ville det vært umulig å erstatte i bane, og å returnere teleskopet til jorden for en erstatning ville vært uøkonomisk. I stedet førte det faktum at speilet hadde blitt polert så nøyaktig til feil form til utformingen av nye optiske komponenter med nøyaktig samme feil, men i motsatt retning, som ble lagt til teleskopet i SM1 , og korrigerte for sfærisk aberrasjon . [61] [62]
Det første trinnet var den nøyaktige karakteriseringen av feilen i primærspeilet. Ved å jobbe med bildene av de spisse kildene bestemte astronomene at speilets koniske konstant var−1,01390 ± 0,0002 , i stedet for−1,00230 . [63] [64] Det samme tallet ble oppnådd ved å analysere nullkorrektoren som ble brukt av Perkin-Elmer for å inspisere speilet, og analyserte også interferogrammer oppnådd under bakketesting. [65]
På grunn av måten HST-instrumentene ble designet på, var det nødvendig med 2 forskjellige sett med korrektorer. Utformingen av Wide Field og Planetary Camera 2, planlagt å erstatte den eksisterende WF / PC, inkluderte avbøyningsspeil for å sende lyset direkte inn i de 4 CCD-ene som utgjør de to kameraene. En omvendt feil ville ha slettet OTAs aberrasjon fullstendig. De andre instrumentene manglet imidlertid mellomflater som dermed kunne løse problemet, så det var nødvendig med en ekstern korrigeringsanordning. [66]
Corrective Optics Space Telescope Axial Replacement (COSTAR) ble designet for å korrigere sfærisk aberrasjon fra FOC, FOS og GHRS. Den besto av 2 speil i lysbanen med en blokk for å korrigere aberrasjonen. [67] For å passe COSTAR-systemet inn i teleskopet, måtte ett av de andre instrumentene fjernes, og astronomene valgte å ofre High Speed Photometer. [66] I 2002 ble alle instrumentene som opprinnelig krevde COSTAR erstattet av andre med sin egen korrigerende optikk, [68] som førte til fjerning og bakketransport av COSTAR i 2009, for å bli stilt ut på National Air and Space Museum . Området som tidligere var okkupert av COSTAR er nå okkupert av Cosmic Origins Spectrograph. [2]
Hubble ble designet for å gjennomgå regelmessige oppdateringer. NASA fløy 5 tjenesteoppdrag, nummerert SM 1, 2, 3A, 3B og 4, gjennom romfergene , hvorav det første fant sted i desember 1993 og det siste i mai 2009 . [69] Tjenesteoppdragene var delikate operasjoner som begynte med avskjæringsmanøvrer av teleskopet i bane og deretter stoppet det ved hjelp av Shuttle's mekaniske arm . Arbeidene ble utført gjennom flere 4 eller 5 dager lange EVAer . Etter en visuell inspeksjon av teleskopet utførte astronautene reparasjoner og utskiftninger av ødelagte eller degraderte komponenter, oppdaterte utstyr og installerte nye instrumenter. Når arbeidet var fullført, ble teleskopet omplassert, vanligvis etter å ha flyttet det til en høyere bane for å omdirigere baneforfall forårsaket av atmosfærisk friksjon. [70]
Etter oppdagelsen av det primære speilproblemet, fikk Hubbles første serviceoppdrag stor betydning, og satte astronauter til å jobbe hardt for å installere korrigerende optikk. De 7 i oppdraget ble trent med hundre spesialiserte verktøy. [71] Service Mission 1 fløy ombord på Endeavour i desember 1993, og involverte flere verktøy og utstyr som skulle installeres over 10 dager.
I utgangspunktet ble High Speed Photometer erstattet av COSTAR- korrigerende optikk , og WFPC ble erstattet av Wide Field and Planetary Camera 2 (WFPC2) med et forhåndsintegrert korrigeringssystem. Solcellepanelene med relativ drivelektronikk ble også byttet ut, sammen med de 4 gyroskopene til pekesystemet, de 2 elektriske kontrollenhetene og 2 magnetometre. Omborddatamaskinene ble oppgradert med ekstra koprosessorer, og HST-banen ble hevet. [53]
Den 13. januar 1994 erklærte NASA at oppdraget hadde vært en fullstendig suksess ved å avsløre de første bildene, klarere enn tidligere. [72] Oppdraget var et av de mest komplekse som noen gang er gjort frem til da, med 5 lange EVAer . Suksessen var en velsignelse for NASA , men også for astronomer som endelig ville ha et mer kapabelt romteleskop til rådighet.
Service Mission 2, fløyet av Discovery i februar 1997 , erstattet GHRS og FOS med Space Telescope Imaging Spectrograph (STIS) og Near Infrared Camera and Multi-Object Spectrometer (NICMOS), i tillegg til å erstatte den tekniske opptakeren. vitenskapelig bånd med en ny fast tilstand, og å ha reparert varmeisolasjonen . [73] NICMOS inneholdt en solid nitrogenradiator for å redusere termisk støy fra instrumentet, men kort tid etter førte en uventet termisk ekspansjon til kontakt med en optisk deflektor , noe som resulterte i en reduksjon av den forventede levetiden med 4,5 etter 2 år. [74]
Service Mission 3A, brakt i bane av Discovery , fant sted i desember 1999 , og hadde blitt skilt fra Service Mission 3 etter at 3 av de 6 gyroene ombord mislyktes. Et fjerde gyroskop sluttet å fungere noen uker etter oppdraget, noe som gjorde at teleskopet ikke var i stand til å utføre vitenskapelige observasjoner. Oppdraget erstattet alle gyroskopene, sammen med en finveiledningssensor og datamaskin, og installerte også et spennings- og temperaturforbedringssett (VIK) for å forhindre batterioverbelastning, og erstattet de termiske isolasjonsbankene. [75] Den nye datamaskinen var 20 ganger raskere, med 6 ganger minne. Det økte gjennomstrømningen ved å overføre noen beregningsoperasjoner fra bakken til kjøretøyet, spare penger og bruke moderne programmeringsspråk . [76]
3B Service Mission, utført av Columbia i mars 2002, så installasjonen av et nytt instrument, Advanced Camera for Surveys (ACS), som erstattet FOC; av alle instrumentene som opprinnelig ble lansert med Hubble var det bare Fine Guidance-sensorene igjen, kun brukt til astrometri. Dette betydde at COSTAR ikke lenger var nødvendig, da alle instrumenter nå integrerte sin egen korrigerende optikk for å korrigere sfærisk aberrasjon. [68] Oppdraget brakte også NICMOS i drift igjen ved å installere en lukket sløyfekjøler [74] og erstatte solcellepanelene med nye for andre gang, noe som ga 30 % mer energi. [77]
Planene inkluderte et serviceoppdrag for Hubble i februar 2005 , men etter Columbia - katastrofen i 2003 , der orbiteren ble oppløst ved atmosfærisk gjeninntrengning, fikk det alvorlige konsekvenser for Hubble Space Telescope-programmet. NASA-administrator Sean O'Keefe bestemte at alle påfølgende romfergeoppdrag ville nå ISS i tilfelle problemer under flyvningen. Siden ingen skyttelbåter var i stand til å nå både HST og ISS under samme oppdrag, ble alle bemannede tjenesteoppdrag kansellert. [78] Denne avgjørelsen ble kritisert av en rekke astronomer, som mente at Hubble var et teleskop verdt å risikere menneskeliv for. [79] HSTs vitenskapelige etterfølger, James Webb Space Telescope (JWST), ville være klar tidligst i 2018. Følgelig var den største bekymringen for mange astronomer muligheten for et gap i observasjonene i JWSTs generasjonsovergang etter den store vitenskapelige virkningen som Hubble hadde forårsaket. [80] Det faktum at James Webb ikke ville ha vært plassert i lav jordbane ville ikke ha gjort det enkelt å oppgradere eller reparere i tilfelle en første feil, noe som ville ha gjort dette problemet enda mer alvorlig. På den annen side mente mange astronomer at hvis midler fra JWST-budsjettet var nødvendig for å reparere Hubble, så burde ikke SM4 ha funnet sted.
I januar 2004 sa O'Keefe at han ville revurdere sin beslutning om å kansellere sitt siste tjenesteoppdrag til HST på grunn av protester og forespørsler fra kongressen også . National Academy of Sciences sammenkalte et offisielt panel der det anbefalte i juli 2004 at HST ble bevart fra tilsynelatende risikoer . Rapporten hans oppfordret NASA til ikke å iverksette tiltak som ville utelukke et romfergeoppdrag til Hubble-romteleskopet. [81] I august 2004 ba O'Keefe Goddard Space Flight Center om å utarbeide et forslag til et detaljert robotserviceoppdrag. Disse planene ble senere kansellert, og robotoppdraget ble ansett som ikke gjennomførbart. [82] På slutten av 2004 tok flere medlemmer av kongressen, ledet av senator Barbara Mikulski , de offentlige klagene og førte til en krig med stor støtte (inkludert tusenvis av brev fra barn fra alle skoler over hele landet) for å revurdere Bush-administrasjonen og NASAs beslutning om å kansellere planer for et Hubble-oppdrag. [83]
Utnevnelsen i april 2005 av en ny NASA-administrator med høyere ingeniørgrad enn den forrige, Michael D. Griffin , endret det, ettersom Griffin uttalte at han ville vurdere et bemannet tjenesteoppdrag. Kort tid etter notatet hans ga Griffin Goddard tillatelse til å fortsette med forberedelsene til en Hubble-vedlikeholdsflyvning, [84] og sa at han ville ta den endelige avgjørelsen etter de neste 2 Shuttle-flyvningene. I oktober 2006 ga Griffin det endelige grønt lys, og det 11-dagers oppdraget til Atlantis ble etablert i oktober 2008 . Hoveddatabehandlingsenheten på Hubble brøt sammen i september samme år, [85] og stoppet overføringen av vitenskapelige data inntil backup-enheten ble aktivert 25. oktober 2008. [86 ] feil på dette ville ha gjort HST ubrukelig, tjenesteoppdraget ble flyttet til når en erstatning for primærenheten ville være tilgjengelig. [85]
Service Mission 4, holdt av Atlantis i mai 2009, var det siste Shuttle-oppdraget som ble engasjert i HST. [2] [87] SM4 installerte en erstatning for databehandlingsenheten, reparerte ACS- og STIS-systemene, installerte nye nikkel - hydrogenbatterier og erstattet andre komponenter. SM4 installerte også 2 nye observasjonsinstrumenter - Wide Field Camera 3 (WFC3) og Cosmic Origins Spectrograph (COS); [88] Et Soft Capture and Rendezvous System ble også montert, som vil tillate fremtidig møte , fangst og sikker avhending av Hubble i tilfelle et robot- eller bemannet oppdrag. [89] Bortsett fra høyoppløsningskanalen til ACS, som ikke var reparerbar, [90] [91] [92] tillot arbeidet utført under SM4 at teleskopet var fullt funksjonelt igjen, [2] mens det fortsatt var fullt funksjonell i dag for å være fullt operativ. [93]
Siden starten av programmet har Hubble jobbet i samarbeid med andre observatorier, som Chandra X-ray Observatory og Very Large Telescope , og utført store observasjoner. Selv om HST er på slutten av sitt utvidede oppdrag, er mange prosjekter fortsatt planlagt. Et eksempel er det begynnende Frontier Fields -programmet , [94] inspirert av resultatene av Abell 1689s dype observasjoner . [95]
I en pressekonferanse som dateres tilbake til august 2013 , ble CANDELS kalt det største prosjektet i Hubbles historie, da undersøkelsen hadde som mål å utforske den galaktiske utviklingen av det første universet gjennom studiet av de første frøene til den nåværende kosmiske strukturen, til mindre enn en milliard år etter Big Bang . [96] CANDELS-nettstedet beskriver prosjektmålene som følger: [97]
"Cosmic Assembly Near-IR Deep Extragalactic Legacy Survey ble designet for å dokumentere den første tredjedelen av utviklingen av galakser ved az = 8 eller 1,5 ved å fotografere mer enn 250 000 fjerne galakser gjennom infrarød WFC3 og ACS. Den vil også finne den første type I-galaksen SNe az> 1.5. 5 himmelske hovedregioner er valgt ut; hver har allerede data innhentet i flere spektre ved hjelp av Spitzer og annet utstyr. Studiet av 5 ekstremt fjerne felt vil dempe den kosmiske variasjonen og forbedre den statistiske resten, og fullføre prøvetakingen av galakser fra 109 solmasser ez ~ 8." |
Programmet, offisielt kalt " Hubble Deep Fields Initiative 2012 " har som mål å fremme kunnskap om dannelsen av de tidligste og svakeste galaksene, ved å studere de sterkt rødforskyvde , i tomme felt, ved hjelp av gravitasjonsdiffusjon . [96] Målene til Frontier Fields er: [98]
Hvem som helst kan bruke tid på teleskopet; det er ingen nasjonalitets- eller akademirestriksjoner , men analysemidler er kun tilgjengelige gjennom amerikanske institusjoner. [99] Konkurransen om teleskopet er intens, ettersom bare en femtedel av forslagene da blir akseptert. [44] [100]
Forslagene avholdes årlig, og tildeler tid til hver syklus, hver på omtrent ett år. Forslagene er delt inn i ulike kategorier; generelle observasjoner er de vanligste, da de dekker rutinemessige observasjoner. I "snapshot"-observasjoner opptar imidlertid målene 45 minutter av teleskopets tid, inkludert forberedelsesprosedyrer. Disse observasjonene er gjort for å dekke hull i teleskopplanlegging som ikke kunne dekkes av generelle programmer. [101]
Astronomer kan også lage opportunistiske målforslag , som observasjoner planlegges for under forbigående hendelser der andre mål er skjult. I tillegg er opptil 10 % av tiden på teleskopet etter direktørens (DD) skjønn. Astronomer kan bruke DD når som helst på året, etter oppgaven, for å studere uventede forbigående fenomener som supernovaer . [102]
Andre bruksområder for DD inkluderer observasjoner i Hubble Deep Field og Ultra Deep Field i den første av de 4 tidssyklusene til teleskopet; sistnevnte er utført av amatørastronomer.
Den første direktøren for STScI, Riccardo Giacconi , kunngjorde i 1986 sin intensjon om å bruke en del av DD i amatørobservasjoner . Selv om det faktisk bare var noen få timer i bane [103] vakte kunngjøringen stor interesse, noe som førte til utformingen av mange forslag, som tildelte tid til de med vitenskapelig fortjeneste, uten å kopiere forslagene fra fagfolk, og som krevde ferdighetene som tilbys i dag fra teleskopet. Mellom 1990 og 1997 ble 13 forslag valgt. [104] Den første av serien, kalt " A Hubble Space Telescope Study of Posteclipse Brightening and Albedo Changes on Io ", ble publisert i Icarus , [105] et tidsskrift viet studier i solsystemet . En annen studie ble også publisert med den. [106]
Deretter gjorde STScI-budsjettrestriksjoner det umulig å støtte arbeidet til amatørastronomer, så programmet ble suspendert i 1997. [104] [107]
På begynnelsen av 1980 -tallet satte NASA og STScI opp 4 paneler for å diskutere viktige vitenskapelig viktige og svært kostbare Hubble-prosjekter; teleskopet ville faktisk ha brukt mye tid på hver av dem, og planleggingen deres fant sted under den første fasen av HST-oppdraget, for å unngå svikt i å nå de fastsatte målene på grunn av funksjonsfeil som ville ha ført til en tidlig avslutning av oppdraget.
Panelene identifiserte 3 mål som skulle nås:
Hubble bidro til å løse flere astronomiske problemer, men nye teorier måtte formuleres for å forklare noen observasjoner. Blant målene for dets primære oppdrag var beregningen av avstanden mellom Cepheid-variablene , mer nøyaktig enn tidligere; fra dette oppsto et sammenstøt med verdien av Hubble-konstanten, eller forholdet som universet utvider seg med, knyttet til dets alder. Før oppskytingen av teleskopet var denne verdien påvirket av en typisk feil på 50 %, men takket være målingene gjort av Hubble på Cepheid-variablene i Jomfruklyngen og andre fjerne galaktiske klynger , var det mulig å beregne en verdi med relativ feil ± 10 %, en mye mer presis verdi enn tidligere. [111] Av dette følger det at universets alder , tidligere anslått til å være mellom 10 og 20 milliarder år, kunne korrigeres til omtrent 13,7 milliarder år . [112]
Til tross for å ha foredlet universets alder, stilte Hubble spørsmålstegn ved teorier om dets fremtid. Astronomer fra High-z Supernova Search Team og Supernova Cosmology Project , som observerte fjerne supernovaer gjennom bakkebaserte teleskoper koblet til HST, oppdaget bevis på at, i stedet for å bremse under påvirkning av tyngdekraften , akselererte utvidelsen av universet . Tre av medlemmene i disse gruppene mottok senere Nobelprisen for sin oppdagelse. [113] Årsaken til dette er fortsatt ukjent; [114] den mest akkrediterte forklaringen forutsier eksistensen av mørk energi . [115]
De høyoppløselige spektrene og bildene levert av Hubble ga også mer presise målinger av antall sorte hull i nærliggende galaktiske sentre . Etter ulike teorier og observasjoner mellom seksti- og åttitallet av det tjuende århundre , viste arbeidet utført av teleskopet en viss spredning av sorte hull i sentrum av alle galakser. [116] [117] [118] Videre etablerte HST eksistensen av et forhold mellom kjernemassene til sorte hull og egenskapene til galaksene der de er vert.
Kollisjonen av kometen Shoemaker-Levy 9 med Jupiter i 1994 skjedde heldigvis noen uker etter Service Mission 1, takket være at den optiske ytelsen til Hubble ble gjenopprettet. Hans bilder av planeten var mye klarere enn de som ble oppnådd etter passasjen av Voyager 2 i 1979 , og var avgjørende for studiet av kollisjonsdynamikken til en komet med Jupiter, en hendelse som gjentas minst en gang i århundret .
Andre funn gjort med Hubble-data inkluderer protoplanetære disker i Oriontåken , [119] tilstedeværelsen av eksoplaneter , [120] og oppførselen til mystiske gammastråleutbrudd (GRB). [121] I tillegg ble HST brukt til å studere objekter i utkanten av solsystemet, inkludert Pluto [122] og Eris [123 ] , Kuiperbeltets dvergplaneter .
Hubble Deep Field , Hubble Ultra-Deep Field og Hubble Extreme Deep Field utgjorde to vinduer på universet , enestående; ved å utnytte den synlige følsomheten til HST, ble bilder av små himmelprøver tatt, de dypeste som noen gang er oppnådd i denne bølgelengden. Feltene inkluderte galakser milliarder av lysår unna, og genererte et vell av vitenskapelige data om begynnelsen av universet. Wide Field Camera 3 forbedret visningen av disse feltene i infrarødt og ultrafiolett lys, noe som muliggjorde oppdagelsen av noen av de fjerneste objektene som noen gang er observert, for eksempel MACS0647-JD .
I februar 2006 oppdaget Hubble SCP 06F6, et uklassifisert astronomisk objekt med en maksimal styrke på 21; [124] [125] mellom juni og juli 2012 ble en femte måne av Pluto oppdaget . [126]
I mars 2015 ble det kunngjort at målinger på Ganymedes nordlys hadde avslørt tilstedeværelsen av et hav under overflaten til Medicean-satellitten . Takket være Hubble ble det forstått at en stor mengde saltvann var i stand til å undertrykke samspillet mellom Jupiters magnetfelt og Ganymedes. Havet har en estimert dybde på 100 km, fanget under en 150 km isskorpe . [127] [128]
Den 11. desember 2015 tok Hubble bildet av den første planlagte gjenoppkomsten av en supernova , med kallenavnet Refsdal ; dette ble beregnet gjennom deformasjonen av lyset, forårsaket av tyngdekraften som utøves av en nærliggende galaktisk klynge. Refsdal ble tidligere observert i november 2014 bak den galaktiske klyngen MACS J1149.5 + 2223 som en del av Frontier Fields -programmet . Supernovaen ble udødeliggjort i 4 separate bilder i et arrangement, kjent som Einstein-korset . Lyset fra klyngen hadde brukt rundt 5 milliarder år på å nå Jorden, mens supernovaen eksploderte for 10 milliarder år siden. Refsdal - undersøkelsen var nyttig for å teste nye massefordelingsmønstre, spesielt mørke , i galaktiske klynger. [129]
3. mars 2016 ble oppdagelsen av den fjerneste galaksen som noen gang er oppdaget annonsert: GN-z11 . Hubble-observasjonene fant sted 11. februar og 3. april 2015, som en del av CANDELS- og GOODS -programmene . [130] [131]
Hubble, som demonstrert av de mange målene som ble målt, hadde stor innvirkning på astronomi. I løpet av årene har over 9000 rapporter basert på romteleskopdata blitt publisert [132] og det har vært mange andre opptredener på forskjellige konferanser. I motsetning til en tredjedel av alle astronomiske rapporter, har bare 2% av de fra HST ingen siteringer. I gjennomsnitt har en pre-Hubble-rapport halvparten så mange kilder som de etter teleskopoppskytningen, og i dag ( 2017 ) er 10 % av de 200 rapportene som publiseres hvert år basert på HST-data. [133]
Til tross for hjelpen gitt av Hubble i astronomisk forskning, var de økonomiske kostnadene svært store. HST anslås å ha generert 15 ganger dataene hentet fra et 4m bakkebasert teleskop, for eksempel William Herschel Telescope , men med en kostnad for konstruksjon og vedlikehold som er omtrent 100 ganger høyere. [134]
Det er vanskelig å velge mellom å bruke et bakkebasert eller rombasert teleskop. Før Hubble oppnådde flere teleskoper på jorden, gjennom spesifikke teknikker, som interferometri , høyere oppløsning på optiske og infrarøde bilder enn Hubble kunne ha tatt, men kunne bare ha observert mål 108 ganger lysere. av de svakeste som kan observeres av romteleskopet . [135] [136] Adaptiv optikk ble utviklet for å forbedre egenskapene til bakkebaserte teleskoper i IR-fotografering av svake objekter, men valget deres ble ofte satt til side for et romteleskop gitt de spesielle detaljene som kreves for å svare på visse astronomiske spørsmål. I de synlige båndene kan denne optikken bare korrigere et smalt felt, mens HST er i stand til å ta høyoppløselige optiske bilder i et bredt felt. Til slutt er bare en liten brøkdel av astronomiske objekter tilgjengelige for bakkebaserte teleskoper, mens Hubble kan utføre høyoppløselige observasjoner av hvilken som helst del av nattehimmelen , inkludert ekstremt svake objekter.
Sammen med sine vitenskapelige resultater har Hubble også gitt betydelige bidrag til romfartsteknikk og til ytelsen til systemer i lav jordbane : gjennom sin lange levetid, instrumentering og retur av komponenter til jorden, var ytelsesanalyse mulig av teleskopet. Spesielt bidro Hubble til studiet av vakuumoppførselen til komposittgrafittstrukturer , optisk forurensning fra gjenværende gasser og menneskelig vedlikehold, elektriske og sensoriske problemer på grunn av stråling , og den langsiktige oppførselen til flerlags. [137] Det ble også oppdaget at bruken av trykksatt oksygen for å fordele suspenderte væsker i gyroskopene forårsaket korrosjonsbrudd i de elektriske ledningene; dette er grunnen til at nitrogen under trykk i dag brukes i montering av gyroskoper. [138]
Hubble-dataene ble opprinnelig lagret på kjøretøyet, som var utstyrt med gamle båndopptakere , som ble erstattet med solid-state utstyr under SM 2 og 3A. Omtrent to ganger om dagen sender Hubble-romteleskopet de innsamlede dataene til en satellitt fra Tracking and Data Relay Satellite System (TDRSS), som vil overføre dem til jorden med en av White Sands Test Facility sine 2 18m høyforsterkede antenner . Herfra sendes de til Goddard Space Flight Centers Telescope Operations Control Center , og når til slutt Space Telescope Science Institute for lagring. [44] Hver uke samler HST inn omtrent 140 gigabit med data. [45]
Alle Hubble-bilder er gråtoner og/eller monokrome , men de innebygde kameraene har flere filtre , hver følsom for bestemte bølgelengder . For dette kan fargebilder lages ved å overlappe separate monokrome bilder oppnådd med forskjellige filtre. Imidlertid kan denne prosessen gi opphav til falske fargebilder i de infrarøde og ultrafiolette kanalene , frekvenser som vanligvis gjengitt hovedsakelig i henholdsvis rødt og blått . [139] [140] [141]
Alle Hubble-data blir offentliggjort gjennom STScI, [142] CADC [143] og ESA /ESAC Mikulski Archive for Space Telescopes (MAST) . [144] De er også generelt underlagt proprietære lisenser i ett år etter fangst; i løpet av denne perioden er de bare tilgjengelige for hovedetterforskeren og forhåndsetablerte astronomer, selv om denne perioden i noen tilfeller kan forlenges eller forkortes av direktøren for STScl. [145]
Observasjoner utført over tid etter regissørens skjønn er unntatt fra eiendomsperioden, og offentliggjøres umiddelbart, sammen med kalibreringsdata, flate felt og svarte klikk. Alle arkiverte data er i FITS -format , egnet for astronomisk analyse, men ikke for offentlig bruk. [146] Hubble Heritage Project behandler og frigir de viktigste bildene i JPEG- og TIFF -format til publikum . [147]
Astronomiske data innhentet med CCD - er må gjennomgå flere kalibreringsprosedyrer før astronomiske analyser. STScI har utviklet flere sofistikerte programvarer som automatisk kalibrerer dataene ved å bruke de beste tilgjengelige metodene. Denne prosessen med å kalibrere store mengder data "i farten" kan ta en dag eller mer, og er kjent som " rørledningsreduksjon " som er vanlig for alle større observatører . Astronomer, hvis de ønsker det, kan motta filer for å kalibrere for å utføre rørledningsreduksjoner selv. [148]
Hubble-dataene kan analyseres på en rekke forskjellige måter. STScl bruker Space Telescope Science Data Analysis System (STSDAS), som inneholder alle programmene som er nødvendige for å utføre pipeline-reduksjoner av rådata, og mange andre astronomiske bildeanalyseverktøy, modellert etter behovene til Hubble. Programvaren er basert på IRAF , et populært program for astronomisk datareduksjon. [148]
Å fange den offentlige fantasien har alltid vært en stift i Hubbles liv, gitt det store økonomiske bidraget støttet av skatter. [149] De første årene var veldig vanskelige på grunn av det defekte speilet, men det første serviceoppdraget tillot henne å gå tilbake til full drift, og produserte noen av de viktigste bildene som noen gang er tatt i hennes lange karriere.
Flere initiativ har bidratt til å holde publikum orientert om teleskopets aktiviteter. I USA administreres informasjonen av et dedikert STScI-kontor, etablert i 2000 for å vise fordelene med romteleskopprogrammet, gjennom nettstedet HubbleSite.org (arkivert fra den opprinnelige url 5. mai 2017) . . Hubble Heritage Project, utenfor STScI, gir publikum høykvalitetsbilder av de mest interessante objektene. Teamet består av amatører og profesjonelle astronomer og personer utenfor astronomi; den understreker den estetiske naturen til Hubble-bildene, og har en liten mengde tid viet til å observere objekter som ikke kan fremkalles i full farge på grunn av deres svakhet i enkelte bølgelengder. [147]
Siden 1999 har oppsøking i Europa blitt administrert av Hubble European Space Agency Information Center (HEIC), [150] et kontor for Space Telescope European Coordinating Facility i München , Tyskland , som er basert på forespørsler fra European Space Agency . Arbeidet fokuserer på produksjon av nyheter og bilder angående de mest interessante europeiske resultatene oppnådd av Hubble. ESA produserer pedagogisk materiale, inkludert videobesetningsserier kalt Hubblecasts designet for å dele vitenskapsnyheter i verdensklasse med publikum. [151]
Hubble Space Telescope vant 2 Space Achievement Awards fra Space Foundation for sine oppsøkende aktiviteter i 2001 og 2010 . [152]
Det er en kopi av Hubble-romteleskopet i tinghusets hager i Marshfield , Missouri , hjembyen til navnebroren Edwin P. Hubble .
Hubble-romteleskopet feiret sitt 20-årsjubileum 24. april 2010. For anledningen ga NASA, ESA og Space Telescope Science Institute (STScI) ut et bilde av Carina-tåken . [153]
For å minne om 25-årsjubileet for Hubble, 25. april 2015 , ga STScI ut bilder av Westerlund 2-klyngen , omtrent 20 000 lysår fra Carina-stjernebildet , via sin nettside. [154] Den europeiske romfartsorganisasjonen opprettet en jubileumsside på sin nettside. [155] I april 2016, i anledning hans 26-årsdag, ble det også utgitt et spesielt bilde av Bobletåken . [156]
Teleskopet har en masse på ca11 t , den er lang13,2 m , har en maksimal diameter på 2,4 m og koster 2 milliarder dollar. Det er en reflektor med to speil i en Ritchey-Chrétien- konfigurasjon . Det primære speilet er et konkavt hyperbolsk speil på 2,4 m i diameter, som reflekterer lys på et konveks hyperbolsk speil på omtrent 30 cm i diameter. Avstanden mellom toppunktene til de to speilene er 4,9 m. Ved å tilnærme de to speilene som sfæriske, kan dannelsespunktet for Cassegrain-fokuset beregnes, og oppnå at bildet danner omtrent 1,5 m bak primæren.
To solcellepaneler genererer strøm, som hovedsakelig brukes til å drive kameraene og de tre gyroskopene som brukes til å orientere og stabilisere teleskopet. I løpet av sin 20 år lange karriere har Hubble tatt mer enn 700 000 astronomiske bilder.
Tidligere serviceoppdrag erstattet verktøyene med nye for å unngå skade og utvide kjøretøyets vitenskapelige kapasitet. Uten dem ville Hubble utvetydig ha sluttet å virke. I august 2004 brøt kraftsystemet til Space Telescope Imaging Spectograph (STIS) og gjorde instrumentet ubrukelig. Den originale elektronikken var fullstendig overflødig, men det første settet med disse brøt i mai 2001, [157] og krevde utskifting i mai 2009.
På samme måte brøt hovedkameraelektronikken til Advanced Camera for Surveys (ACS) i juni 2006, etterfulgt av backupen 27. januar 2007. [158] Bare Solar Blind Channel kunne brukes gjennom side 1-elektronikken. (SBC ). Under Service Mission 4 ble et nytt strømforsyningssystem lagt til for vidvinkelkanalen, selv om påfølgende tester avslørte at dette ikke ville tillate retur til høyoppløsningskanalfunksjonalitet. [159] Dermed kom bare Wide Field Channel (WFC) tilbake til tjeneste takket være STS-125 i mai 2009. [160]
HST bruker gyroskoper for å oppdage og måle enhver rotasjon og stabilisere seg i bane for nøyaktig å peke astronomiske mål. Normalt kreves det 3 gyroskoper for operasjonene, selv om det er mulig å utføre med bare 2, på et smalt himmelfelt, på en spesielt kompleks måte i nærvær av svært nøyaktige mål. Det er mulig å utføre observasjoner selv med bare ett gyroskop, [161] men uten det ville det vært umulig. I august 2005 ble den jevne overgangen til 2-gyromodus etablert, noe som effektivt forlenget varigheten av oppdraget, og etterlot 2 reservegyroer og 2 ubrukelige. [162] Et annet gyroskop gikk i stykker i 2007, [163] førte til utskifting av alle 6 gyroene i mai 2009 (reparerte en). Bakkeingeniører oppdaget at bruddene var forårsaket av korrosjon av de elektriske ledningene som drev motoren som opprinnelig ble initialisert via oksygen under trykk . [138] Dermed ble den neste gyromodellen satt sammen ved å bruke trykksatt nitrogen i stedet, [138] og økte påliteligheten. [164] Den 5. oktober 2018 gikk Hubble midlertidig inn i en sikker beskyttet modus på grunn av feil på et av gyroskopene. [165]
Hubble kretser rundt jorden i den tynne øvre atmosfæren , og forfaller sakte på grunn av aerodynamisk friksjon . For dette vil den gå inn i jordens atmosfære igjen om noen tiår avhengig av solens aktivitet og dens innvirkning på den øvre atmosfæren. Ved gjeninntreden vil enkelte komponenter i teleskopet, for eksempel det primære speilet med festet støttestruktur, overleve, og potensielt forårsake skade på mennesker eller eiendom. [166] I 2013 uttalte prosjektleder James Jeletic at Hubble kunne ha overlevd til 2020, [3] men basert på solaktivitet og atmosfærisk friksjon vil en atmosfærisk gjeninntreden skje mellom 2028 og 2040. [3] [167] I juni 2016, NASA forlenget Hubble-kontrakten til 2021. [168]
NASAs opprinnelige planer for å trygt dekretere Hubble var å bringe den tilbake til jorden ved hjelp av en romferge , for deretter å bli stilt ut på Smithsonian Institution . Dette er ikke lenger mulig på grunn av tilbaketrekking av flåten, men det ville ha vært usannsynlig gitt kostnadene ved oppdraget og risikoen for mannskapet, og foretrakk hypotesen om å legge til en ekstra fremdriftsmodul for å tillate en kontrollert reentry. [169] Av alle disse prosjektene er det eneste som faktisk er implementert Soft Capture and Rendezvous System, som vil lette robot- eller bemannede oppdrag. [170]
I 2017 vurderte Trump - administrasjonen et forslag fra Sierra Nevada Corporation om å bruke en bemannet versjon av Dream Chaser for å betjene Hubble noen ganger i løpet av 2020-årene og utvide dens vitenskapelige funksjoner for å kompensere for eventuelle feil i James Webb. Space Telescope . [171]
Det er ingen direkte erstatning for Hubble i de ultrafiolette og synlige frekvensene , ettersom kortsiktige romteleskoper ikke gjenskaper dekningen (fra nær ultrafiolett til nær infrarød), med fokus på langt fjernere infrarøde bånd. Disse båndene er best egnet for å studere fremhevet rødforskyvning og lavtemperaturobjekter, som vanligvis er eldre og fjernere objekter i universet. Disse bølgelengdene er også vanskelige eller umulige å studere på bakken, noe som rettferdiggjør utgiftene til et romteleskop. Store bakkebaserte teleskoper kan fotografere noen av bølgelengdene til Hubble, noen ganger trosse HST når det gjelder oppløsning ved hjelp av adaptiv optikk (AO), og kan samle langt mer lys i lettere bearbeidede fotografier, men uten å kunne slå de utmerkede oppløsning av Hubble i et bredt synsfelt i mørke rom. [172]
Planer for en Hubble-etterfølger materialiserte seg i Next Generation Space Telescope-prosjektet, som kulminerte i James Webb Space Telescope (JWST), den formelle etterfølgeren til Hubble. [173] Svært forskjellig fra en forstørret Hubble, er den designet for å operere ved punkt L2 langt lenger og kaldere enn den lave jordbanen , der optisk og termisk interferens fra Jorden og Månen er i veien. Den er ikke designet for å være fullservice (gjennom for eksempel utskiftbare verktøy), men designet inkluderer en dockingring for å tillate besøk av romfartøy. [174] Et primært vitenskapelig mål for JWST er å observere de mest avsidesliggende objektene i universet, utenfor grensene til eksisterende instrumenter. Plasseringen av stjerner i det første universet er spådd, omtrent 280 millioner år eldre enn de som for øyeblikket er synlige fra HST. [175] Teleskopet har vært et internasjonalt samarbeid mellom NASA, ESA og CSA siden 1996, [176] og lanseringen er planlagt ombord på en Ariane 5 . [177] Selv om JWST først og fremst er et infrarødt instrument, starter dekningen ved 600 nm, omtrent oransje i det synlige spekteret. Et typisk menneskelig øye kan se opptil 750 nm bølgelengde, så det er en liten overlapping med de lengre bølgelengdebåndene med synlig lys, inkludert oransje og rødt.
Et komplementært teleskop, i stand til å observere ved bølgelengder større enn Hubble og JWST, var ESAs Herschel Space Observatory , skutt opp 14. mai 2009. I likhet med JWST var Herschel ikke designet for å bli modifisert etter oppskytingen, og hadde en betydelig større speil enn Hubble, men observert bare i infrarødt og submillimeter. Den trengte heliumkjøling, hvis reserver ble avsluttet 29. april 2013, og avsluttet oppdraget.
Noen avanserte romteleskopkonsepter i det tjueførste århundre inkluderer Advanced Technology Large-Aperture Space Telescope, [178] et konseptualisert optisk teleskop med et speil mellom 8 og 16 meter i diameter som hvis det ble bygget kunne være en direkte etterfølger til HST. for å observere og fotografere astronomiske objekter i det synlige, ultrafiolette og infrarøde, vil det ha en betydelig høyere oppløsning enn Hubble- eller Spitzer-romteleskopet, og vil bli bygget mellom 2025 og 2035.