Космический телескоп Хаббла

Космический телескоп Хаббла

Виден на орбите с отправляющегося космического корабля " Атлантис" в 2009 году во время полета 4-й миссии обслуживания ( STS-125 ), пятой и последней миссии Хаббла.
Тип миссии	Астрономия
Оператор	НАСА  · ЕКА  · Научно-исследовательский институт космических исследований
COSPAR ID	1990-037B
SATCAT нет.	20580
Интернет сайт	НАСА .gov / hubble hubblesite .org spacetelescope .org
Продолжительность миссии	Прошло: 30 лет, 9 месяцев, 23 дня [1]
Свойства космического корабля
Производитель	Lockheed (космический корабль) Perkin-Elmer (оптика)
Стартовая масса	11 110 кг (24 490 фунтов) [2]
Размеры	13,2 м × 4,2 м (43,3 футов × 13,8 футов) [2]
Мощность	2800 Вт
Начало миссии
Дата запуска	24 апреля 1990 г., 12:33:51  UTC [3] ( 1990-04-24UTC12: 33: 51 )
Ракета	Спейс шаттл " Дискавери" ( STS-31 )
Запустить сайт	Кеннеди LC-39B
Дата развертывания	25 апреля 1990 г. [2]
Поступил в сервис	20 мая 1990 г. [2]
Конец миссии
Дата распада	примерно 2030–2040 гг. [4]
Параметры орбиты
Справочная система	Геоцентрический
Режим	Низкая Земля
Большая полуось	6,917,1 км (4,298,1 миль)
Эксцентриситет	0,000283
Высота перигея	537,0 км (333,7 миль)
Высота апогея	540,9 км (336,1 миль)
Наклон	28,47 °
Период	95,42 мин.
РААН	80,34 °
Аргумент перигея	64,90 °
Средняя аномалия	23,78 °
Среднее движение	15,09 об / сут.
Скорость	7,59 км / с (4,72 миль / с)
Эпоха	15 августа 2018 г., 21:40:27 UTC [5]
Революции нет.	35 441
Главный телескоп
Тип	Отражатель Ричи – Кретьена
Диаметр	2,4 м (7,9 футов) [6]
Фокусное расстояние	57,6 м (189 футов) [6]
Фокусное соотношение	f / 24
Место сбора	4,525 м 2 (48,7 кв. Футов) [6]
Длины волн	Ближний инфракрасный , видимый свет , ультрафиолет
Инструменты Камера ближнего инфракрасного диапазона и многообъектный спектрометр ACS Расширенная камера для обзоров WFC3 Широкоугольная камера 3 COS Спектрограф Cosmic Origins STIS Спектрограф космического телескопа ФГС Датчик точной навигации

Космический телескоп Хаббла (часто упоминается как HST или Hubble ) является космический телескоп , который был выведен на околоземную орбиту в 1990 году и остается в эксплуатации. Это не первый космический телескоп , но он один из самых больших и универсальных, известный как жизненно важный исследовательский инструмент и как средство связи с общественностью для астрономии . Телескоп Хаббла назван в честь астронома Эдвина Хаббла и является одной из великих обсерваторий НАСА , наряду с обсерваторией гамма-излучения Комптона , рентгеновской обсерваторией Чандра и космическим телескопом Спитцера.. ^[7]

Хаббл оснащен 2,4-метровым зеркалом, а его четыре основных прибора ведут наблюдение в ультрафиолетовой , видимой и ближней инфракрасной областях электромагнитного спектра . Орбита Хаббла за пределами искаженной атмосферы Земли позволяет ему получать изображения с чрезвычайно высоким разрешением и значительно более низким фоновым освещением, чем у наземных телескопов. Он записал некоторые из наиболее подробных изображений в видимом свете, что позволяет глубоко рассмотреть космос. Многие наблюдения Хаббла привели к открытиям в астрофизике , таким как определение скорости расширения Вселенной .

Телескоп Хаббл был построен космическим агентством США НАСА при участии Европейского космического агентства . Научный институт космического телескопа (STScI) выбирает цели Хаббла и обрабатывает полученные данные, в то время как Space Flight Center Goddard управляет космическим кораблем. ^[8] Космические телескопы были предложены еще в 1923 году. Хаббл был профинансирован в 1970-х годах с предложенным запуском в 1983 году, но проект был омрачен техническими задержками, бюджетными проблемами и катастрофой Challenger 1986 года . Наконец он был запущен космическим шаттлом Discovery в 1990 году, но его главное зеркало было неправильно заземлено, в результатесферическая аберрация , снижающая возможности телескопа. Оптика была скорректирована до предполагаемого качества службой технического обслуживания в 1993 году.

Хаббл - единственный телескоп, предназначенный для обслуживания космонавтов в космосе. В ходе пяти миссий Space Shuttle были отремонтированы, модернизированы и заменены системы телескопа, включая все пять основных инструментов. Пятая миссия была первоначально отменена по соображениям безопасности после катастрофы в Колумбии (2003 г.), но администратор НАСА Майкл Д. Гриффин одобрил пятую миссию по обслуживанию, которая была завершена в 2009 г. Телескоп все еще работал по состоянию на 24 апреля 2020 г. ^{[Обновить]}, к 30-летнему юбилею. , ^[1] и может продлиться до 2030–2040 годов. ^[4] Одним из преемников телескопа Хаббла является космический телескоп Джеймса Уэбба (JWST), запуск которого запланирован на конец 2021 года.^{[9] [10]}

Концепция, дизайн и цель [ править ]

Предложения и предвестники [ править ]

В 1923 году Герман Оберт , который вместе с Робертом Х. Годдардом и Константином Циолковским считался отцом современной ракетной техники, опубликовал Die Rakete zu den Planetenräumen («Ракета в планетное пространство»), в котором упоминалось, как телескоп можно вывести на околоземную орбиту. ракетой. ^[11]

История космического телескопа Хаббл восходит к 1946 году, к работе астронома Лаймана Спитцера , озаглавленной «Астрономические преимущества внеземной обсерватории». ^[12] В нем он обсудил два основных преимущества космической обсерватории перед наземными телескопами. Во-первых, угловое разрешение (наименьшее расстояние, при котором объекты могут быть четко различимы) будет ограничено только дифракцией , а не турбулентностью в атмосфере, которая заставляет звезды мерцать, известное астрономам как зрение . В то время разрешение наземных телескопов было ограничено 0,5–1,0  угловой секунды.по сравнению с теоретическим ограниченным дифракцией разрешающей способностью около 0,05 угловой секунды для оптического телескопа с диаметром зеркала 2,5 м (8,2 фута). Во-вторых, космический телескоп может наблюдать инфракрасный и ультрафиолетовый свет, которые сильно поглощаются атмосферой .

Спитцер посвятил большую часть своей карьеры развитию космического телескопа. В 1962 году в докладе Национальной академии наук США рекомендовалось разработать космический телескоп в рамках космической программы , а в 1965 году Спитцер был назначен главой комитета, которому было поручено определить научные цели для большого космического телескопа. ^[13]

Космическая астрономия началась на очень малых масштабах следующей мировой войны  II , поскольку ученые использовали информацию о событиях, имевших место в ракетной технике. Первый ультрафиолетовый спектр от Солнца был получен в 1946 году, ^[14] и Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства (NASA) начало орбитальной солнечной обсерватории (OSO) для получения УФ, рентгеновского и гамма-спектров в 1962 году ^{[ 15]} орбитальный солнечный телескоп был запущен в 1962 году в Соединенном Королевстве в рамках космической программы Ariel , и в 1966 году НАСА запустила первыйМиссия орбитальной астрономической обсерватории (ОАО). Аккумулятор ОАО-1 вышел из строя через три дня, что привело к прекращению полета. За ним последовал OAO-2 , который проводил ультрафиолетовые наблюдения звезд и галактик с момента своего запуска в 1968 году до 1972 года, что значительно превышает его первоначальный запланированный срок службы в один год. ^[16]

Миссии OSO и OAO продемонстрировали важную роль космических наблюдений в астрономии. В 1968 году НАСА разработало твердые планы создания космического телескопа - отражателя с диаметром зеркала 3 м (9,8 фута), известного как Большой орбитальный телескоп или Большой космический телескоп (LST), запуск которого намечен на 1979 год. подчеркнули необходимость миссий по обслуживанию телескопа с экипажем, чтобы гарантировать, что такая дорогостоящая программа будет иметь длительный срок службы, а одновременная разработка планов многоразового космического челнока показала, что технология, позволяющая это сделать, скоро станет доступной. ^[17]

Поиски финансирования [ править ]

Продолжающийся успех программы OAO способствовал укреплению консенсуса в астрономическом сообществе о том, что LST должна быть главной целью. В 1970 году НАСА учредило два комитета: один для планирования инженерной части проекта космического телескопа, а другой - для определения научных целей миссии. Как только они были установлены, следующим препятствием для НАСА стало получение финансирования для инструмента, который был бы намного дороже любого наземного телескопа. Конгресс США под сомнение многие аспекты предлагаемого бюджета для телескопа и вынужденных сокращений в бюджете на стадии планирования, которая в то время состояла из очень детальных исследований потенциальных инструментов и оборудования для телескопа. В 1974 г. государственные расходысокращения привели к тому, что Конгресс отменил все финансирование проекта телескопа. ^[18]

В ответ астрономы скоординировали общенациональное лоббирование. Многие астрономы лично встречались с конгрессменами и сенаторами , и были организованы широкомасштабные кампании по написанию писем. Национальная академия наук опубликовала отчет, в котором подчеркивается необходимость в космическом телескопе, и в конце концов Сенат согласился выделить половину бюджета, первоначально утвержденного Конгрессом. ^[19]

Проблемы с финансированием привели к некоторому уменьшению масштаба проекта, предложенный диаметр зеркала уменьшился с 3 м до 2,4 м, как для сокращения затрат ^{[20], так} и для обеспечения более компактной и эффективной конфигурации оборудования телескопа. Предлагаемый предшественник космического телескопа длиной 1,5 м (4,9 фута) для тестирования систем, которые будут использоваться на основном спутнике, был упущен, а проблемы с бюджетом также побудили к сотрудничеству с Европейским космическим агентством . ЕКА согласилось предоставить финансирование и поставить один из инструментов первого поколения для телескопа, а также солнечные элементы, которые будут питать его, и персонал для работы на телескопе в Соединенных Штатах, в обмен на то, что европейским астрономам будет гарантировано не менее 15 % времени наблюдения на телескопе.^[21] Конгресс в конечном итоге одобрил финансирование в размере 36 миллионов долларов США на 1978 год, и разработка LST началась всерьез, нацелившись на дату запуска в 1983 году. ^[19] В 1983 году телескоп был назван в честь Эдвина Хаббла , ^[22] который подтвердил один из величайших научных открытий 20го века, сделанные Леметр , что вселенная является расширение . ^[23]

Строительство и инженерия [ править ]

После того, как проект космического телескопа получил одобрение, работа над программой была разделена между многими учреждениями. Центр космических полетов им. Маршалла (MSFC) отвечал за проектирование, разработку и строительство телескопа, а Центр космических полетов Годдарда получил полный контроль над научными приборами и наземным центром управления миссией. ^[24] MSFC поручила оптической компании Perkin-Elmer разработать и изготовить узел оптического телескопа (OTA) и датчики точного наведения для космического телескопа. Lockheed было поручено сконструировать и интегрировать космический корабль, в котором будет размещен телескоп. ^[25]

Сборка оптического телескопа [ править ]

Оптически HST представляет собой рефлектор Кассегрена конструкции Ричи – Кретьена , как и большинство крупных профессиональных телескопов. Эта конструкция с двумя гиперболическими зеркалами известна хорошими характеристиками изображения в широком поле зрения, с тем недостатком, что зеркала имеют форму, которую трудно изготовить и проверить. Зеркало и оптические системы телескопа определяют окончательные характеристики, и они были разработаны в соответствии с высокими требованиями. Оптические телескопы обычно имеют зеркала полируют с точностью около одной десятой длины волны от видимого света , но космический телескоп должен был использоваться для наблюдений с видимой через ультрафиолете (более короткие длины волн) , и было определено, чтодифракция ограничена, чтобы в полной мере использовать космическую среду. Следовательно, его зеркало необходимо было отполировать с точностью до 10 нанометров, или примерно 1/65 длины волны красного света. ^[26] Что касается длинноволнового диапазона, OTA не был разработан с учетом оптимальных характеристик ИК-излучения - например, зеркала поддерживают при стабильной (и теплой, около 15 ° C) температуре с помощью нагревателей. Это ограничивает возможности Хаббла как инфракрасного телескопа. ^[27]

Компания Perkin-Elmer намеревалась использовать специально изготовленные и чрезвычайно сложные полировальные машины с компьютерным управлением для шлифовки зеркала до требуемой формы. ^[25] Однако на случай, если их передовая технология столкнется с трудностями, НАСА потребовало, чтобы PE заключила субподряд с Kodak на создание резервного зеркала с использованием традиционных методов зеркальной полировки. ^[28] (Команда Kodak и Itek также сделала ставку на первоначальную работу по полировке зеркал. В их заявке обеим компаниям предлагалось перепроверить работу друг друга, что почти наверняка выявило бы ошибку полировки, которая позже вызвала такие проблемы .) ^[29] Зеркало Kodak теперь постоянно выставлено на обозрениеНациональный музей авиации и космонавтики . ^{[30] [31]} Зеркало Itek, построенное в рамках проекта, теперь используется в 2,4-метровом телескопе в обсерватории Magdalena Ridge . ^[32]

Изготовление зеркала Perkin-Elmer началось в 1979 году с заготовки, изготовленной компанией Corning из стекла со сверхнизким расширением . Чтобы свести к минимуму вес зеркала, оно состояло из верхней и нижней пластин, каждая толщиной в один дюйм (25 мм), между которыми образовывалась сотовая решетка. Перкин-Элмер смоделировал микрогравитацию , поддерживая зеркало сзади с помощью 130 стержней, которые прилагали разную силу. ^[33]Это гарантировало, что окончательная форма зеркала будет правильной и соответствующей спецификации при окончательном развертывании. Полировка зеркала продолжалась до мая 1981 года. В то время отчеты НАСА ставили под сомнение управленческую структуру Перкин-Элмера, и полировка стала отставать от графика и выходить за рамки бюджета. Чтобы сэкономить деньги, НАСА остановило работу над резервным зеркалом и перенесло дату запуска телескопа на октябрь 1984 года. ^[34] Зеркало было завершено к концу 1981 года; он был промыт с использованием 2400 галлонов США (9100 л) горячей деионизированной воды, а затем получил отражающее покрытие из алюминия толщиной 65 нм и защитное покрытие из фторида магния толщиной 25 нм . ^{[27] [35]}

Продолжали высказываться сомнения относительно компетентности Perkin-Elmer в проекте такой важности, поскольку их бюджет и сроки для создания остальной части OTA продолжали раздуваться. В ответ на график, описываемый как «неустойчивый и ежедневно меняющийся», НАСА отложило дату запуска телескопа до апреля 1985 года. График Перкин-Элмера продолжал сдвигаться со скоростью примерно один месяц в квартал, а иногда задержки доходили до одного дня. за каждый день работы. НАСА было вынуждено отложить дату запуска до марта, а затем сентября 1986 года. К этому времени общий бюджет проекта вырос до 1,175 миллиарда долларов США . ^[36]

Системы космических кораблей [ править ]

Космический корабль, в котором должны были разместиться телескоп и инструменты, был еще одной серьезной инженерной задачей. Он должен был бы выдерживать частые переходы от прямого солнечного света в темноту земной тени , что могло бы вызвать серьезные изменения температуры, и при этом быть достаточно стабильным, чтобы обеспечить чрезвычайно точное наведение телескопа. Кожух из многослойной изоляции поддерживает стабильную температуру внутри телескопа и окружает легкий алюминиевый корпус, в котором находятся телескоп и инструменты. Внутри корпуса графитово-эпоксидный каркас надежно удерживает рабочие части телескопа. ^[37] Поскольку графитовые композиты гигроскопичнысуществовал риск того, что водяной пар, поглощаемый фермой в чистой комнате Lockheed, позже будет выражен в космическом вакууме; в результате инструменты телескопа покрываются льдом. Чтобы снизить этот риск, перед запуском телескопа в космос была проведена продувка газом азота. ^[38]

Хотя строительство космического корабля, в котором будут размещены телескоп и инструменты, шло несколько более гладко, чем строительство OTA, Lockheed все еще испытывал некоторый бюджет и отставание от графика, и к лету 1985 года строительство космического корабля было на 30% больше бюджета. и на три месяца отставание от графика. В отчете MSFC говорится, что Lockheed склонен полагаться на указания НАСА, а не проявлять собственную инициативу при строительстве. ^[39]

Компьютерные системы и обработка данных [ править ]

Двумя начальными, основными компьютерами на HST были система DF-224 1,25 МГц , построенная Rockwell Autonetics, которая содержала три резервных процессора и две резервированные системы NSSC-1 (стандартный космический компьютер NASA, модель  1), разработанные Westinghouse и GSFC с использованием диодно-транзисторной логики (ДТЛ). Сопроцессор для DF-224 был добавлен во время Миссии обслуживания  1 в 1993 году, который состоял из двух избыточных строк процессора 80386 на базе Intel и математического сопроцессора 80387. ^[40] DF-224 и его сопроцессор 386 были заменены процессорной системой 80486 на базе Intel с тактовой частотой 25 МГц во время Миссии обслуживания 3A в 1999 году. ^[41]Новый компьютер в 20 раз быстрее и в шесть раз больше памяти, чем DF-224, который он заменил. Это увеличивает пропускную способность, перемещая некоторые вычислительные задачи с земли на космический корабль, и экономит деньги, позволяя использовать современные языки программирования. ^[42]

Кроме того, некоторые научные инструменты и компоненты имели свои собственные встроенные микропроцессорные системы управления. Компоненты MAT (транспондер множественного доступа), MAT-1 и MAT-2, используют микропроцессоры Hughes Aircraft CDP1802CD. ^[43] Широкоугольная и планетарная камера (WFPC) также использовала микропроцессор RCA 1802 (или, возможно, более старую версию 1801). ^[44] WFPC-1 был заменен на WFPC-2 во время миссии обслуживания  1 в 1993 году, который затем был заменен камерой широкого поля зрения  3 (WFC3) во время миссии обслуживания  4 в 2009 году.

Начальные инструменты [ править ]

На момент запуска HST содержал пять научных инструментов: широкоугольную и планетарную камеру (WF / PC), спектрограф высокого разрешения Годдарда (GHRS), высокоскоростной фотометр (HSP), камеру для слабых объектов (FOC) и спектрограф для слабых объектов (FOS). ). WF / PC был устройством формирования изображений с высоким разрешением, в первую очередь предназначенным для оптических наблюдений. Он был построен Лабораторией реактивного движения НАСА и включал в себя набор из 48 фильтров, выделяющих спектральные линии, представляющие особый астрофизический интерес. Прибор содержал восемь чипов с зарядовой связью (ПЗС), разделенных между двумя камерами, каждая из которых использовала четыре ПЗС. Каждая ПЗС-матрица имеет разрешение 0,64 мегапикселя. ^[45]Камера с широким полем (WFC) покрывала большое угловое поле за счет разрешения, в то время как планетарная камера (ПК) снимала изображения с более длинным эффективным фокусным расстоянием, чем чипы WF, что давало большее увеличение. ^[46]

GHRS был спектрографом, предназначенным для работы в ультрафиолете. Он был построен Центром космических полетов Годдарда и мог достигать спектрального разрешения 90 000. ^[47] Также для ультрафиолетовых наблюдений были оптимизированы FOC и FOS, которые обеспечивали наивысшее пространственное разрешение среди всех инструментов Хаббла. Вместо того , чтобы CCDs эти три инструмента использовал фотон -counting DIGicons как их детекторы. FOC был построен ESA, в то время как Калифорнийский университет в Сан-Диего и Martin Marietta Corporation построили FOS. ^[46]

Последним инструментом стал HSP, разработанный и построенный в Университете Висконсина-Мэдисона . Он был оптимизирован для наблюдений в видимом и ультрафиолетовом свете переменных звезд и других астрономических объектов различной яркости. Он может выполнять до 100 000 измерений в секунду с фотометрической точностью около 2% или лучше. ^[48]

Система наведения HST также может использоваться как научный инструмент. Его три датчика точного наведения (FGS) в основном используются для точного наведения телескопа во время наблюдения, но также могут использоваться для выполнения чрезвычайно точной астрометрии ; были достигнуты измерения с точностью до 0,0003 угловой секунды. ^[49]

Наземная поддержка [ править ]

Научный институт космического телескопа (STScI) отвечает за научную работу телескопа и доставку продуктов данных астрономам. STScI управляется Ассоциацией университетов для исследований в области астрономии (AURA) и физически расположен в Балтиморе , штат Мэриленд, в кампусе Homewood Университета Джонса Хопкинса , одного из 39 университетов США и семи международных филиалов, входящих в консорциум AURA. STScI был основан в 1981 году ^{[50] [51]} после некоторой борьбы за власть между НАСА и научным сообществом в целом. НАСА хотело оставить эту функцию внутри компании, но ученые хотели, чтобы она выполнялась в академической среде.учреждение. ^{[52] [53]} Космический телескоп Европейских координационный Facility (ST-ECF), созданный в Гархинге вблизи Мюнхена в 1984 году, при условии , аналогичной поддержки европейских астрономов до 2011 года, когда эти мероприятия были перенесены в космической астрономии Европейского центр.

Одна довольно сложная задача, которая ложится на STScI, - это планирование наблюдений для телескопа. ^[54] Хаббл находится на низкой околоземной орбите, чтобы обеспечить выполнение миссий по обслуживанию, но это означает, что большинство астрономических целей закрываются Землей чуть меньше половины каждой орбиты. Наблюдения не могут проводиться, когда телескоп проходит через Южно-Атлантическую аномалию из-за повышенного уровня радиации , а также существуют значительные запретные зоны вокруг Солнца (исключающие наблюдения Меркурия).), Луна и Земля. Угол уклонения от солнечного света составляет около 50 °, чтобы солнечный свет не освещал любую часть OTA. Избегание Земли и Луны предотвращает попадание яркого света в FGS и предотвращает попадание рассеянного света на инструменты. Если FGS выключены, можно наблюдать Луну и Землю. Наблюдения Земли использовались очень рано в программе для создания плоских полей для прибора WFPC1. Существует так называемая зона непрерывного наблюдения (CVZ), расположенная примерно под 90 ° к плоскости орбиты Хаббла, в которой цели не скрываются в течение длительного времени.

Из-за прецессии орбиты положение CVZ медленно перемещается в течение восьми недель. Поскольку край Земли всегда находится в пределах 30 ° от областей в пределах CVZ, яркость рассеянного земного света может увеличиваться на длительные периоды во время наблюдений CVZ. Хаббл движется по низкой околоземной орбите на высоте примерно 540 километров (340 миль) и наклонением 28,5 °. ^[5]Положение на его орбите меняется с течением времени, что невозможно точно предсказать. Плотность верхних слоев атмосферы варьируется в зависимости от многих факторов, и это означает, что прогнозируемое Хабблом положение на шесть недель может иметь ошибку до 4000 км (2500 миль). Графики наблюдений обычно завершаются всего за несколько дней, так как более длительное время выполнения означало бы, что существует вероятность того, что цель окажется ненаблюдаемой к тому времени, когда она должна была быть соблюдена. ^[55] Инженерная поддержка HST предоставляется НАСА и подрядчиком в Центре космических полетов Годдарда в Гринбелте, штат Мэриленд., 48 км (30 миль) к югу от ГНТУ. Работа Хаббла круглосуточно контролируется четырьмя командами диспетчеров, которые составляют команду по производству полетов Хаббла. ^[54]

Катастрофа Challenger , задержки и возможный запуск [ править ]

К январю 1986 года запланированная дата запуска в октябре выглядела вполне осуществимой, но взрыв Челленджера остановил космическую программу США, остановив флот Шаттла и вынудив отложить запуск Хаббла на несколько лет. Телескоп нужно было держать в чистой комнате, включать питание и продувать азотом до тех пор, пока не удастся перенести запуск. Эта дорогостоящая ситуация (около 6 миллионов долларов США в месяц) увеличила общие затраты на проект. Эта задержка дала инженерам время для проведения обширных тестов, замены батареи, которая могла бы быть подвержена сбоям, и внесения других улучшений. ^[56] Кроме того, наземное программное обеспечение, необходимое для управления телескопом Хаббла, не было готово в 1986 году и едва готово к запуску в 1990 году. ^[57]

В конце концов, после возобновления полетов шаттлов в 1988 году, запуск телескопа был назначен на 1990 год. 24 апреля 1990 года космический шаттл Discovery успешно запустил его во время миссии STS-31 . ^[58]

При первоначальной оценке общей стоимости около 400 миллионов долларов США к моменту запуска телескоп стоил около 4,7 миллиардов долларов . Совокупные затраты Хаббла оценивались примерно в 10 миллиардов долларов США в 2010 году, через двадцать лет после запуска. ^[59]

Список инструментов Хаббла [ править ]

Хаббл вмещает пять научных инструментов одновременно, а также датчики точного наведения , которые в основном используются для наведения телескопа, но иногда используются для научных астрометрических измерений. Ранние инструменты были заменены более совершенными во время миссий по обслуживанию Шаттла. COSTAR был скорее устройством корректирующей оптики, чем научным инструментом, но занимал один из пяти отсеков для инструментов.

С момента последней миссии по обслуживанию в 2009 г. четырьмя активными инструментами были ACS, COS, STIS и WFC3. NICMOS остается в спящем режиме, но может быть восстановлен, если WFC3 выйдет из строя в будущем.

• Расширенная камера для обзоров (ACS; 2002 – настоящее время)
• Спектрограф Cosmic Origins (COS; 2009 – настоящее время)
• Осевая замена космического телескопа с корректирующей оптикой (COSTAR; 1993–2009)
• Камера для слабых объектов (FOC; 1990–2002)
• Спектрограф слабых объектов (FOS; 1990–1997)
• Датчик точного наведения (FGS; 1990 – настоящее время)
• Спектрограф высокого разрешения Годдарда (GHRS / HRS; 1990–1997)
• Высокоскоростной фотометр (HSP; 1990–1993)
• Камера ближнего инфракрасного диапазона и многообъектный спектрометр (NICMOS; с 1997 г. по настоящее время, в спячке с 2008 г.)
• Спектрограф для получения изображений космического телескопа (STIS; 1997 – настоящее время (нерабочий 2004–2009))
• Широкоугольная и планетарная камера (WFPC; 1990–1993)
• Широкоугольная и планетарная камера 2 (WFPC2; 1993–2009)
• Широкоугольная камера 3 (WFC3; 2009 – настоящее время)

Три из первых инструментов (COSTAR, FOS и WFPC2) выставлены в Смитсоновском национальном музее авиации и космонавтики . FOC находится в музее Дорнье, Германия. HSP находится в Space Place Университета Висконсин-Мэдисон . Первый WFPC был разобран, а некоторые компоненты были затем повторно использованы в WFC3.

Дефектное зеркало [ править ]

Через несколько недель после запуска телескопа полученные изображения указали на серьезную проблему с оптической системой. Хотя первые изображения казались более резкими, чем у наземных телескопов, Хабблу не удалось достичь окончательной резкости, и полученное наилучшее качество изображения было значительно ниже, чем ожидалось. Изображения точечных источников распространяются по радиусу более одной угловой секунды, вместо того, чтобы иметь функцию рассеяния точки (PSF), сосредоточенную в пределах круга диаметром 0,1  угловой секунды (485 н рад ), как было указано в критериях проектирования. ^{[60] [61]}

Анализ дефектных изображений показал, что главное зеркало было отполировано до неправильной формы. Несмотря на то, что , как полагают , является одним из наиболее точно фигурировали оптических зеркал когда - либо, гладкие до около 10 нанометров, ^[26] внешний периметр был слишком плоским около 2200 нанометров (примерно ¹ / ₄₅₀ мм или ¹ / ₁₁₀₀₀ дюйма) . ^[62] Это различие было катастрофическим, поскольку привело к серьезной сферической аберрации - недостатку, при котором свет, отражающийся от края зеркала, фокусируется в другой точке, нежели свет, отражающийся от его центра. ^[63]

Влияние дефекта зеркала на научные наблюдения зависело от конкретного наблюдения - ядро ​​аберрированной PSF было достаточно резким, чтобы позволить наблюдения ярких объектов с высоким разрешением, а на спектроскопию точечных источников повлияла только потеря чувствительности. Однако потеря света из-за большого расфокусированного ореола серьезно снизила полезность телескопа для съемки слабых объектов или получения высококонтрастных изображений. Это означало, что почти все космологические программы были практически невозможны, так как требовали наблюдения исключительно слабых объектов. ^[63] Это привело к тому, что политики поставили под сомнение компетентность НАСА, ученых пожалели о затратах, которые могли быть потрачены на более продуктивные усилия, а комиков пошутить над НАСА и телескопом ^[64] - в комедии 1991 г.«Голый пистолет 2½: запах страха» , в сцене, где показаны исторические катастрофы, Хаббл изображен с RMS «Титаником» и LZ 129 «Гинденбург» . ^[65] Тем не менее, в течение первых трех лет полета Хаббла, до внесения оптических поправок, телескоп по-прежнему провел большое количество продуктивных наблюдений менее требовательных целей. ^[66] Ошибка была хорошо охарактеризована и стабильна, что позволило астрономам частично компенсировать дефектное зеркало с помощью сложныхметодов обработки изображений , таких как деконволюция . ^[67]

Источник проблемы [ править ]

Была создана комиссия во главе с Лью Алленом , директором Лаборатории реактивного движения , чтобы определить, как могла возникнуть ошибка. Комиссия Аллена обнаружила, что отражающий нуль-корректор , испытательное устройство, используемое для получения несферического зеркала правильной формы, был собран неправильно - одна линза смещалась на 1,3 мм (0,051 дюйма). ^[68] Во время первоначальной шлифовки и полировки зеркала компания Perkin-Elmer проанализировала его поверхность с помощью двух обычных корректоров преломления нуля. Однако на заключительном этапе производства ( рис.), они перешли на изготовленный на заказ отражающий корректор нуля, специально разработанный с учетом очень строгих допусков. Из-за неправильной сборки этого устройства зеркало было заточено очень точно, но неправильной формы. Несколько заключительных тестов с использованием обычных корректоров нуля правильно сообщили о сферической аберрации . Но эти результаты были отклонены, что упустило возможность обнаружить ошибку, потому что отражающий нулевой корректор считался более точным. ^[69]

Комиссия обвинила в неудачах в первую очередь Перкин-Элмер. Отношения между НАСА и оптической компанией во время строительства телескопа были сильно натянутыми из-за частых срывов графика и перерасхода средств. НАСА обнаружило, что Перкин-Элмер не проверял и не контролировал конструкцию зеркала должным образом, не назначил своих лучших ученых-оптиков для проекта (как это было с прототипом) и, в частности, не привлек дизайнеров-оптиков к созданию и проверке конструкции зеркала. зеркало. В то время как комиссия жестко критиковала Перкин-Элмера за эти управленческие недостатки, НАСА также подвергалось критике за то, что оно не улавливало недостатки контроля качества, например, полностью полагалось на результаты испытаний одного прибора. ^[70]

Дизайн решения [ править ]

Многие опасались, что Хаббл будет брошен. ^[71] Конструкция телескопа всегда предусматривала сервисные миссии, и астрономы немедленно начали искать возможные решения проблемы, которые можно было бы применить в первой сервисной миссии, запланированной на 1993 год. В то время как Kodak заземлила резервное зеркало для Хаббла. , было бы невозможно заменить зеркало на орбите, а также было бы слишком дорого и требовало много времени, чтобы доставить телескоп обратно на Землю для ремонта. Вместо этого тот факт, что зеркало было заточено настолько точно до неправильной формы, привел к разработке новых оптических компонентов с точно такой же ошибкой, но в противоположном смысле, которые должны были быть добавлены к телескопу во время сервисной миссии, эффективно действуя как " очки »для коррекции сферической аберрации.^{[72] [73]}

Первым шагом была точная характеристика погрешности главного зеркала. Работая в обратном направлении от изображений точечных источников, астрономы определили, что коническая постоянная построенного зеркала равна−1,01390 ± 0,0002 , вместо предполагаемого−1,00230 . ^{[74] [75]} То же число было также получено путем анализа корректора нуля, использованного Перкин-Элмером для определения изображения зеркала, а также путем анализа интерферограмм, полученных во время наземных испытаний зеркала. ^[76]

Из-за того, как были сконструированы инструменты HST, потребовалось два разных набора корректоров. Конструкция широкоугольной и планетарной камеры 2 , которая уже планировалась заменить существующий WF / PC, включала релейные зеркала, направляющие свет на четыре отдельных чипа с зарядовой связью (CCD), составляющих две камеры. Обратная ошибка, встроенная в их поверхности, может полностью устранить аберрацию первичной обмотки. Однако у других инструментов не было каких-либо промежуточных поверхностей, которые можно было бы изобразить таким образом, и поэтому требовалось внешнее корректирующее устройство. ^[77]

Система Corrective Optics Space Telescope Axial Replacement (COSTAR) была разработана для коррекции сферической аберрации света, сфокусированного на FOC, FOS и GHRS. Он состоит из двух зеркал на световом пути с одним заземлением для коррекции аберрации. ^[78] Чтобы установить систему COSTAR на телескоп, пришлось убрать один из других инструментов, а астрономы пожертвовали высокоскоростным фотометром . ^[77] К 2002 году все оригинальные инструменты, требующие COSTAR, были заменены инструментами с собственной корректирующей оптикой. ^[79] COSTAR был удален и возвращен на Землю в 2009 году, где он выставлен в Национальном музее авиации и космонавтики. Территория, ранее использовавшаяся COSTAR, теперь занятаСпектрограф космического происхождения . ^[80]

Служебные миссии и новые инструменты [ править ]

Хаббл был разработан с учетом регулярного обслуживания и модернизации оборудования на орбите. Инструменты и предметы с ограниченным сроком службы были разработаны как орбитальные заменяющие устройства . ^[81] Пять миссий по обслуживанию (SM 1, 2, 3A, 3B и 4) были выполнены космическими шаттлами НАСА , первая в декабре 1993 г. и последняя в мае 2009 г. ^[82] Миссии по обслуживанию были деликатными операциями, которые начинались с маневрирования. перехватить телескоп на орбите и осторожно поднять его механической рукой шаттла . Затем необходимые работы были выполнены в нескольких привязных выходах в открытый космос.в течение четырех-пяти дней. После визуального осмотра телескопа космонавты провели ремонт, заменили вышедшие из строя или вышедшие из строя компоненты, модернизировали оборудование и установили новые инструменты. Когда работа была завершена, телескоп был повторно развернут, как правило, после выхода на более высокую орбиту для устранения орбитального распада, вызванного атмосферным сопротивлением . ^[83]

Обслуживание миссии 1 [ править ]

Первая миссия по обслуживанию Хаббла была запланирована на 1993 год, прежде чем была обнаружена проблема с зеркалом. Это приобрело большее значение, так как астронавтам пришлось бы проделать большую работу по установке корректирующей оптики; неудача привела бы либо к отказу от Хаббла, либо к принятию его постоянной нетрудоспособности. Другие компоненты вышли из строя до миссии, в результате чего стоимость ремонта выросла до 500 миллионов долларов (не включая стоимость полета шаттла). Однако успешный ремонт поможет продемонстрировать жизнеспособность постройки космической станции Альфа . ^[84]

СТС-49 в 1992 году продемонстрировал трудность космических работ. Хотя спасение Intelsat 603 получило похвалу, астронавты, возможно, пошли на безрассудный риск. Ни спасение, ни сборка компонентов прототипа космической станции, не связанных с этим, не произошли, пока астронавты прошли подготовку, что заставило НАСА пересмотреть планирование и подготовку, в том числе для ремонта Хаббла. Агентство, назначенное для миссии Стори Масгрейв - который работал над процедурами ремонта спутников с 1976 года - и шесть других опытных астронавтов, в том числе двое с STS-49. Первый директор миссии после проекта «Аполлон» будет координировать команду с 16 предыдущими полетами шаттла. Космонавтов обучили пользоваться около сотней специализированных инструментов. ^[85]

Жара была проблемой при предыдущих выходах в открытый космос, которые происходили при солнечном свете. Хаббл нужно было ремонтировать вне солнечного света. Масгрейв обнаружил во время вакуумных тренировок, за семь месяцев до миссии, что перчатки скафандра недостаточно защищают от холода космоса. После того, как STS-57 подтвердил проблему на орбите, НАСА быстро изменило оборудование, процедуры и план полета. Перед запуском было проведено семь полных симуляций миссии, что стало самой тщательной подготовкой в ​​истории шаттла. Полного макета Хаббла не существовало, поэтому астронавты изучили множество отдельных моделей (в том числе модель в Смитсоновском институте) и мысленно объединили их различные и противоречивые детали. ^[86] Сервисная миссия 1 вылетела на борт Endeavour. в декабре 1993 г. и включал установку нескольких инструментов и другого оборудования в течение десяти дней.

Наиболее важно то, что высокоскоростной фотометр был заменен пакетом корректирующей оптики COSTAR , а WFPC был заменен на широкоугольную и планетарную камеру 2 (WFPC2) с внутренней системой оптической коррекции. Также были заменены солнечные батареи и их приводная электроника, а также четыре гироскопа в системе наведения телескопа, два электрических блока управления и другие электрические компоненты, а также два магнитометра. Бортовые компьютеры были модернизированы дополнительными сопроцессорами , а орбита Хаббла была увеличена. ^[62]

13 января 1994 года НАСА объявило об успешном завершении миссии и показало первые более четкие изображения. ^[87] Миссия была одной из самых сложных, выполненных до той даты, и включала пять длительных периодов внетранспортной активности . Его успех стал благом для НАСА, а также для астрономов, у которых теперь был более мощный космический телескоп.

Обслуживание миссии 2 [ править ]

Обслуживающая миссия 2, выполнявшаяся Discovery в феврале 1997 года, заменила GHRS и FOS на спектрограф для визуализации космического телескопа (STIS) и ближнюю инфракрасную камеру и многообъектный спектрометр (NICMOS), заменив инженерно-научный магнитофон на новый Твердотельный регистратор и отремонтированная теплоизоляция. ^[88] NICMOS содержал теплоотвод из твердого азота для уменьшения теплового шума от прибора, но вскоре после его установки произошло неожиданное тепловое расширение.в результате часть радиатора контактировала с оптической перегородкой. Это привело к увеличению скорости нагрева прибора и сокращению его первоначального ожидаемого срока службы с 4,5 лет до примерно двух лет. ^[89]

Обслуживание миссии 3A [ править ]

Обслуживающая миссия 3A, выполнявшаяся « Дискавери» , состоялась в декабре 1999 года и была отделена от обслуживающей миссии  3 после того, как три из шести бортовых гироскопов вышли из строя. Четвертый потерпел неудачу за несколько недель до миссии, что сделало телескоп неспособным проводить научные наблюдения. В ходе миссии были заменены все шесть гироскопов, заменены датчик точного наведения и компьютер, установлен комплект повышения напряжения / температуры (VIK) для предотвращения перезарядки батареи и заменены теплоизоляционные одеяла. ^[90]

Обслуживание миссии 3B [ править ]

В ходе обслуживания миссии 3B, выполнявшейся Колумбией в марте 2002 г., был установлен новый инструмент, при этом FOC (который, за исключением датчиков точного наведения, использовавшихся для астрометрии, был последним из оригинальных инструментов) был заменен усовершенствованной камерой для съемок. (ACS). Это означало, что COSTAR больше не требовался, поскольку все новые инструменты имели встроенную коррекцию аберрации главного зеркала. ^[79] Миссия также возродила NICMOS, установив охладитель замкнутого цикла ^[89] и заменив солнечные батареи во второй раз, обеспечивая на 30 процентов больше энергии. ^[91]

Обслуживание миссии 4 [ править ]

Планируется, что Хаббл будет обслужен в феврале 2005 года, но катастрофа в Колумбии в 2003 году, когда орбитальный аппарат разрушился при повторном входе в атмосферу, оказала широкомасштабное воздействие на программу Хаббла. Администратор НАСА Шон О'Киф решил, что все будущие миссии шаттлов должны быть в состоянии достичь безопасного убежища Международной космической станции в случае возникновения проблем в полете. Поскольку во время одной миссии ни один шаттл не смог добраться до HST и космической станции, будущие миссии по обслуживанию с экипажем были отменены. ^[92] Это решение подверглось критике со стороны многих астрономов, которые считали Хаббл достаточно ценным, чтобы оправдать человеческий риск. ^[93] Планируемый преемник HST,Запуск телескопа Джеймса Уэбба (JWST) в 2004 году ожидался не ранее, чем в 2011 году. Пробел в возможностях космических наблюдений между выводом телескопа Хаббл из эксплуатации и вводом в эксплуатацию его преемника вызывал серьезную озабоченность многих астрономов, учитывая значительный научный потенциал. воздействие HST. ^[94] Учет того, что JWST не будет находиться на низкой околоземной орбите и, следовательно, не может быть легко модернизирован или отремонтирован в случае раннего отказа, только усилило озабоченность. С другой стороны, многие астрономы были твердо убеждены в том, что обслуживание Хаббла не должно происходить, если расходы будут идти из бюджета JWST.

В январе 2004 года О'Киф сказал, что пересмотрит свое решение отменить последнюю миссию по обслуживанию HST из-за общественного протеста и просьб Конгресса к НАСА найти способ спасти его. Национальная академия наук созвала официальную комиссию, которая в июле 2004 г. рекомендовала сохранить HST, несмотря на очевидные риски. В их отчете содержится призыв: «НАСА не должно предпринимать никаких действий, которые могут помешать миссии по обслуживанию космического челнока к космическому телескопу Хаббл». ^[95] В августе 2004 года О'Киф попросил Центр космических полетов Годдарда подготовить подробное предложение для миссии по обслуживанию роботов. Позже эти планы были отменены, так как роботизированная миссия была описана как «невыполнимая». ^[96] В конце 2004 г. несколько членов Конгресса,во главе с сенатором Барбарой Микульски, провел публичные слушания и при широкой общественной поддержке (включая тысячи писем школьников из США) боролся за то, чтобы заставить администрацию Буша и НАСА пересмотреть решение об отказе от планов спасательной миссии Хаббла. ^[97]

Назначение в апреле 2005 года нового администратора НАСА, Майкла Д. Гриффина , изменило ситуацию, поскольку Гриффин заявил, что он рассмотрит возможность выполнения миссии по обслуживанию с экипажем. ^[98] Вскоре после своего назначения Гриффин уполномочил Годдарда приступить к подготовке к техническому полету Хаббла с экипажем, заявив, что окончательное решение он примет после следующих двух миссий шаттла. В октябре 2006 года Гриффин дал окончательное разрешение, и 11-дневная миссия Атлантиды была запланирована на октябрь 2008 года. В сентябре 2008 года вышел из строя основной блок обработки данных Хаббла ^{[99], и} все отчеты научных данных были прекращены до их резервного копирования. был введен в эксплуатацию 25 октября 2008 г. ^[100]Поскольку отказ резервного блока оставил бы HST беспомощным, сервисная миссия была отложена, чтобы включить замену основного блока. ^[99]

Обслуживающая миссия 4 (SM4), запущенная « Атлантис» в мае 2009 года, была последней запланированной миссией шаттла HST. ^{[80] [101]} SM4 установил новый блок обработки данных, отремонтировал системы ACS и STIS, установил улучшенные никель-водородные батареи и заменил другие компоненты, включая все шесть гироскопов. SM4 также установил два новых инструмента наблюдения - камеру с широким полем зрения 3 (WFC3) и спектрограф космического происхождения (COS) ^[102] - и систему мягкого захвата и рандеву , которые позволят в будущем сближать, захватывать и безопасно избавляться от Хаббла. либо с экипажем, либо с роботом. ^[103] За исключением САУКанал высокого разрешения , который не подлежал ремонту и был отключен ^{[104] [105] [106],} работа, проделанная во время SM4, сделала телескоп полностью функциональным. ^[80]

Основные проекты [ править ]

С момента начала программы, ряд научно - исследовательских проектов были проведены, некоторые из них почти исключительно с Хабблом, другие скоординированные объекты , такие как Чандра и ESO «S Very Large Telescope . Хотя обсерватория Хаббла приближается к концу своей жизни, для нее все еще запланированы крупные проекты. Одним из примеров является предстоящая программа Frontier Fields ^[107], вдохновленная результатами глубокого наблюдения Хабблом скопления галактик Abell 1689 . ^[108]

Космическое собрание в ближнем инфракрасном диапазоне Deep Extragalactic Legacy Survey [ править ]

В пресс-релизе от августа 2013 года CANDELS был назван «крупнейшим проектом в истории Хаббла». Обзор «направлен на изучение галактической эволюции в ранней Вселенной и самых первых семян космической структуры менее чем через миллиард лет после Большого взрыва». ^[109] Сайт проекта CANDELS описывает следующие цели исследования: ^[110]

Исследование Cosmic Assembly Deep Extragalactic Legacy Survey в ближнем ИК-диапазоне предназначено для документирования первой трети галактической эволюции от z = 8 до 1,5 с помощью глубоких изображений более 250 000 галактик с помощью WFC3 / IR и ACS. Он также обнаружит первые сверхновые типа Ia за пределами z> 1,5 и установит их точность как стандартные свечи для космологии. Выбраны пять основных областей многоволнового неба; у каждого есть многоволновые данные от Спитцера и других объектов, а также обширная спектроскопия более ярких галактик. Использование пяти широко разделенных полей уменьшает космическую дисперсию и дает статистически надежные и полные выборки галактик до 10 ⁹ солнечных масс и до z ~ 8.

Программа Frontier Fields [ править ]

Программа, официально названная «Инициатива Hubble Deep Fields 2012», направлена ​​на углубление знаний о раннем формировании галактик путем изучения галактик с большим красным смещением в пустых полях с помощью гравитационного линзирования, чтобы увидеть «самые тусклые галактики в далекой вселенной». ^[107] Веб-страница Frontier Fields описывает цели программы:

• выявить недоступные до сих пор популяции галактик с z = 5–10, которые по своей природе в 10-50 раз слабее любых известных в настоящее время
• чтобы укрепить наше понимание звездных масс и историй звездообразования суб-L * галактик в самые ранние времена
• предоставить первую статистически значимую морфологическую характеристику галактик звездообразования на z> 5
• найти галактики с z> 8, достаточно вытянутые с помощью кластерного линзирования, чтобы различить внутреннюю структуру, и / или достаточно увеличенные с помощью кластерного линзирования для спектроскопических наблюдений. ^[111]

Обзор космической эволюции (КОСМОС) [ править ]

Обзор космической эволюции (COSMOS) ^[112] - это астрономический обзор, предназначенный для изучения образования и эволюции галактик как функции космического времени (красное смещение) и окружающей среды галактики. Обзор охватывает экваториальное поле в два квадратных градуса со спектроскопией и рентгеновскими и радиовидениями, полученными с помощью большинства основных космических телескопов и ряда крупных наземных телескопов ^[113], что делает его ключевой областью внегалактической астрофизики. COSMOS был запущен в 2006 году как крупнейший проект, осуществлявшийся космическим телескопом Хаббла в то время, и до сих пор остается самой большой непрерывной областью неба, покрытой для целей картирования глубокого космоса в пустых полях., В 2,5 раза больше площади Луны на небе и в 17 раз больше, чем самый большой из регионов CANDELS . Научное сотрудничество COSMOS, возникшее в результате первоначального исследования COSMOS, является крупнейшим и наиболее продолжительным внегалактическим сотрудничеством, известным своей коллегиальностью и открытостью. Изучение галактик в их окружении можно проводить только на больших участках неба, больше половины квадратного градуса. ^[114] Обнаружено более двух миллионов галактик, охватывающих 90% возраста Вселенной. Коллаборация COSMOS возглавляется Кейтлин Кейси , Джейханом Карталтепе и Вернесой Смолчич, и в ней участвуют более 200 ученых из десятка стран. ^[112]

Общественное использование [ править ]

Политика [ править ]

Кто угодно может претендовать на время на телескоп; нет ограничений по национальности или академической принадлежности, но финансирование анализа доступно только учреждениям США. ^[115] Конкуренция за время, проведенное на телескопе, очень высока, примерно пятая часть предложений, поданных в каждом цикле, получает время по расписанию. ^{[116] [117]}

Предложения [ править ]

Конкурсы заявок проводятся примерно раз в год, время отводится на цикл продолжительностью около года. Предложения разделены на несколько категорий; Предложения "общего наблюдателя" являются наиболее распространенными и охватывают обычные наблюдения. «Моментальные наблюдения» - это наблюдения, при которых для целей требуется всего 45 минут или меньше времени телескопа, включая накладные расходы, такие как обнаружение цели. Моментальные наблюдения используются для заполнения пробелов в расписании телескопа, которые не могут быть заполнены обычными программами общего наблюдения. ^[118]

Астрономы могут делать предложения "Target of Opportunity", в которых запланированы наблюдения, если временное событие, охватываемое предложением, происходит во время цикла планирования. Кроме того, до 10% времени телескопа отводится «по усмотрению директора» (DD). Астрономы могут подать заявку на использование времени DD в любое время года, и обычно оно присуждается за изучение неожиданных переходных явлений, таких как сверхновые. ^[119]

Другое использование времени DD включало наблюдения, которые привели к просмотру глубокого поля Хаббла и сверхглубокого поля Хаббла, а в первые четыре цикла времени телескопа - наблюдения, которые проводились астрономами-любителями.

Приветствуется обработка общедоступных изображений данных Хаббла, поскольку большая часть данных в архивах не была преобразована в цветные изображения. ^[120]

Использование астрономами-любителями [ править ]

Первый директор STScI, Риккардо Джаккони , объявил в 1986 году, что он намеревается посвятить часть свободного времени своего директора тому, чтобы позволить астрономам-любителям использовать телескоп. Общее время, которое нужно было выделить, составляло всего несколько часов на цикл, но вызвало большой интерес у астрономов-любителей. ^[121]

Предложения о любительском времени были строго рассмотрены комитетом астрономов-любителей, и время было предоставлено только тем предложениям, которые считались имеющими подлинную научную ценность, не дублировали предложения, сделанные профессионалами, и требовали уникальных возможностей космического телескопа. Тринадцать астрономов-любителей были награждены временем на телескопе, а наблюдения проводились в период с 1990 по 1997 год. ^[122] Одним из таких исследований было « Переходные кометы - УФ-поиск OH ». Первое предложение, «Хаббла Космический телескоп Изучение Posteclipse осветляющих и альбедо изменения на Ио», был опубликован в Икар , ^[123] журнал , посвященный исследованиям Солнечной системы. Второе исследование другой группы любителей также было опубликовано вИкар . ^[124] После этого, однако, сокращение бюджета в STScI сделало поддержку работы астрономов-любителей несостоятельной, и никакие дополнительные любительские программы не осуществлялись. ^{[122] [125]}

Регулярные предложения Хаббла по-прежнему включают открытия или обнаруженные объекты любителями или гражданскими учеными . Эти наблюдения часто проводятся в сотрудничестве с профессиональными астрономами. Одним из первых таких наблюдений является большое белое пятно 1990 года ^[126] на планете Сатурн, обнаруженное астрономом-любителем С. Уилбером ^[127] и наблюдаемое HST по предложению Дж. Вестфала ( Калифорнийский технологический институт ). ^{[128] [129]} Более поздние профессиональные наблюдения Хаббла включают открытия в рамках проекта галактического зоопарка , такие как галактики Вурверпьес и Зеленый горошек . ^{[130] [131]}Программа «Самоцветы галактик» основана на списке объектов, составленном волонтерами галактического зоопарка, который был сокращен с помощью онлайн-голосования. ^[132] Кроме того, есть наблюдения малых планет, открытых астрономами-любителями, таких как 2I / Borisov, а также изменения атмосферы газовых гигантов Юпитера и Сатурна или ледяных гигантов Урана и Нептуна. ^{[133] [134]} В задних мирах профессионального сотрудничества HST использовался для наблюдения за планетарным массовым объектом , получившим название WISE J0830 + 2837 . Необнаружение HST помогло классифицировать этот необычный объект. ^[135]

Научные результаты [ править ]

Ключевые проекты [ править ]

В начале 1980-х NASA и STScI созвали четыре группы для обсуждения ключевых проектов. Это были проекты, которые были важны с научной точки зрения и потребовали значительного времени телескопа, которое было бы четко посвящено каждому проекту. Это гарантировало, что эти конкретные проекты будут завершены раньше, в случае если телескоп выйдет из строя раньше, чем ожидалось. Группы определили три таких проекта: 1) исследование ближайшей межгалактической среды с использованием линий поглощения квазаров для определения свойств межгалактической среды и газового состава галактик и групп галактик; ^[136] 2) съемка средней глубины с использованием широкоугольной камеры для сбора данных всякий раз, когда использовался один из других инструментов ^[137]и 3) проект по определению постоянной Хаббла с точностью до десяти процентов за счет уменьшения ошибок, как внешних, так и внутренних, при калибровке шкалы расстояний. ^[138]

Важные открытия [ править ]

Хаббл помог решить некоторые давние проблемы астрономии, а также поднял новые вопросы. Для объяснения некоторых результатов потребовались новые теории .

Возраст вселенной [ править ]

Среди его целей главная задача заключалась в измерении расстояния до цефеид переменных звезд более точно , чем когда - либо прежде, и , таким образом , ограничивают величину от постоянной Хаббла , мера скорости , при которой Вселенная расширяется, что также связано с его возрастом. До запуска HST оценки постоянной Хаббла обычно имели ошибки до 50%, но измерения Хабблом переменных цефеид в скоплении Девы и других далеких скоплениях галактик давали измеренное значение с точностью ± 10%, что соответствует с другими более точными измерениями, сделанными после запуска Хаббла с использованием других методов. ^[139]Предполагаемый возраст сейчас составляет около 13,7 миллиарда лет, но до телескопа Хаббл ученые предсказывали возраст в пределах от 10 до 20 миллиардов лет. ^[140]

Расширение вселенной [ править ]

Хотя Хаббл помог уточнить оценки возраста Вселенной, он также поставил под сомнение теории о ее будущем. Астрономы из группы поиска сверхновых с высоким z и проекта Supernova Cosmology Project использовали наземные телескопы и HST для наблюдения далеких сверхновых и обнаружили доказательства того , что расширение Вселенной не только не замедляется под действием силы тяжести , но на самом деле может ускоряться . Три члена этих двух групп впоследствии были удостоены Нобелевских премий за свое открытие. ^[141] Причина этого ускорения остается малоизученной; ^[142] наиболее частой причиной является темная энергия. ^[143]

Черные дыры [ править ]

Спектры и изображения высокого разрешения, предоставленные HST, особенно хорошо подходят для установления преобладания черных дыр в центре близлежащих галактик. Хотя в начале 1960-х годов была выдвинута гипотеза, что черные дыры будут обнаружены в центрах некоторых галактик, а астрономы в 1980-х годах определили ряд хороших кандидатов в черные дыры, работа, проведенная с Хабблом, показывает, что черные дыры, вероятно, являются общими для центров. всех галактик. ^{[144] [145] [146]} Далее программы Хаббла установили, что массы ядерных черных дыр и свойства галактик тесно связаны. Таким образом, наследие программ Хаббла по черным дырам в галактиках должно продемонстрировать глубокую связь между галактиками и их центральными черными дырами.

Расширение изображений с видимой длиной волны [ править ]

Уникальное окно во Вселенную, созданное Хабблом, - это изображения Hubble Deep Field , Hubble Ultra-Deep Field и Hubble Extreme Deep Field , в которых использовалась непревзойденная чувствительность Хаббла в видимых длинах волн для создания изображений небольших участков неба, которые являются самыми глубокими из когда-либо полученных. на оптических длинах волн. На изображениях видны галактики, удаленные от нас на миллиарды световых лет, и на их основе появилось множество научных работ, открывающих новое окно в раннюю Вселенную. Камера Wide Field Camera  3 улучшила обзор этих полей в инфракрасном и ультрафиолетовом диапазонах, поддерживая обнаружение некоторых из самых далеких обнаруженных объектов, таких как MACS0647-JD .

Нестандартный объект SCP 06F6 был обнаружен космическим телескопом Хаббл в феврале 2006 года. ^{[147] [148]}

3 марта 2016 года исследователи, использующие данные телескопа Хаббла, объявили об открытии самой далекой из известных на сегодняшний день галактик: GN-z11 . Наблюдения Хаббла проводились 11 февраля 2015 г. и 3 апреля 2015 г. в рамках обзоров CANDELS / GOODS- North . ^{[149] [150]}

Открытия Солнечной системы [ править ]

HST также использовался для изучения объектов во внешних пределах Солнечной системы, включая карликовые планеты Плутон ^[151] и Эрис . ^[152]

Столкновение кометы Шумейкера-Леви 9 с Юпитером в 1994 году было случайно рассчитано для астрономов и произошло всего через несколько месяцев после того, как Обслуживающая миссия  1 восстановила оптические характеристики Хаббла. Снимки планеты, сделанные телескопом Хаббл, были более четкими, чем любые, сделанные после пролета космического корабля "Вояджер-2" в 1979 году, и имели решающее значение для изучения динамики столкновения кометы с Юпитером, события, которое, как полагают, происходит раз в несколько столетий.

В июне и июле 2012 года американские астрономы с помощью телескопа Хаббл обнаружили Стикс , крошечный пятый спутник, вращающийся вокруг Плутона. ^[153]

В марте 2015 года исследователи объявили, что измерения полярных сияний вокруг Ганимеда , одного из спутников Юпитера, показали, что у него есть подводный океан. Используя Хаббл для изучения движения его полярных сияний, исследователи определили, что большой морской океан помогает подавить взаимодействие между магнитным полем Юпитера и Ганимеда. По оценкам, глубина океана составляет 100 км (60 миль), он заключен под ледяной коркой длиной 150 км (90 миль). ^{[154] [155]}

С июня по август 2015 г. Хаббл был использован для поиска для Койпера объекта (KBO) мишени для New Horizons пояса Койпера расширенной миссии (КЭМ) , когда подобные поиски с наземными телескопами не удалось найти подходящую цель. ^[156] Это привело к открытию как минимум пяти новых KBO, включая возможную цель KEM, 486958 Arrokoth , которую New Horizons совершила с близкого расстояния 1 января 2019 года. ^{[157] [158] [159]}

В августе 2020 года, воспользовавшись полным лунным затмением, астрономы с помощью космического телескопа Хаббл НАСА обнаружили в нашей атмосфере собственный бренд Земли - солнцезащитный крем - озон. Этот метод моделирует, как астрономы и исследователи астробиологии будут искать доказательства существования жизни за пределами Земли, наблюдая потенциальные «биосигнатуры» на экзопланетах (планетах вокруг других звезд). ^[160]

Повторное появление сверхновой [ править ]

11 декабря 2015 года Хаббл сделал снимок первого в истории предсказанного повторного появления сверхновой, получившего название « Рефсдал », который был рассчитан с использованием различных моделей массы скопления галактик, гравитация которого искажает свет сверхновой. Сверхновая была ранее замечена в ноябре 2014 года за скоплением галактик MACS J1149.5 + 2223 в рамках программы Hubble's Frontier Fields. Астрономы заметили четыре отдельных изображения сверхновой в виде креста Эйнштейна . Свету скопления потребовалось около пяти миллиардов лет, чтобы достичь Земли, хотя сверхновая взорвалась около 10 миллиардов лет назад. Основываясь на ранних моделях линз, к концу 2015 года предсказывалось, что пятое изображение появится снова. ^[162]Обнаружение повторного появления Рефсдала в декабре 2015 года послужило уникальной возможностью для астрономов проверить свои модели того, как масса, особенно темная материя , распределяется в этом скоплении галактик. ^[163]

Масса и размер Млечного Пути [ править ]

В марте 2019 года наблюдения Хаббла и данные космической обсерватории Gaia Европейского космического агентства были объединены, чтобы определить, что Галактика Млечный Путь весит примерно 1,5 триллиона солнечных единиц и имеет радиус 129000 световых лет. ^[164]

Другие открытия [ править ]

Другие открытия, сделанные с помощью данных Хаббла, включают протопланетные диски ( проплиды ) в туманности Ориона ; ^[165] доказательства присутствия внесолнечных планет вокруг звезд, подобных Солнцу; ^[166] и оптические аналоги все еще загадочных гамма-всплесков . ^[167]

Влияние на астрономию [ править ]

Многие объективные измерения показывают положительное влияние данных Хаббла на астрономию. Более 15 000 статей, основанных на данных Хаббла, были опубликованы в рецензируемых журналах ^[168], и бесчисленное множество других появилось в трудах конференций . Если посмотреть на статьи через несколько лет после их публикации, то около трети всех статей по астрономии не имеют цитирований , и только 2% статей, основанных на данных Хаббла, не имеют цитирований. В среднем на статью, основанную на данных Хаббла, цитируют примерно в два раза больше, чем на статьи, основанные на нехаббловских данных. Из 200 статей, публикуемых ежегодно и получающих наибольшее количество цитирований, около 10% основаны на данных Хаббла. ^[169]

Хотя HST явно помог астрономическим исследованиям, его финансовые затраты высоки. Исследование относительных астрономических преимуществ телескопов разных размеров показало, что, хотя статьи, основанные на данных HST, приводят в 15 раз больше цитирований, чем 4-метровый наземный телескоп, такой как телескоп Уильяма Гершеля , HST стоит около 100 раз больше, чем нужно построить и поддерживать. ^[170]

Выбор между созданием наземных и космических телескопов является сложным. Еще до запуска «Хаббла» специализированные наземные методы, такие как апертурная интерферометрия, позволяли получать оптические и инфракрасные изображения с более высоким разрешением, чем у «Хаббла», хотя и ограничивались целями, примерно в 10 ⁸ раз ярче, чем самые слабые цели, наблюдаемые Хабблом. ^{[171] [172]} С тех пор достижения в области адаптивной оптикирасширили возможности наземных телескопов получения изображений с высоким разрешением до инфракрасных изображений слабых объектов. Полезность адаптивной оптики по сравнению с наблюдениями HST сильно зависит от конкретных деталей задаваемых исследовательских вопросов. В видимых диапазонах адаптивная оптика может корректировать только относительно небольшое поле зрения, тогда как HST может проводить оптические изображения высокого разрешения в широком поле. Только небольшая часть астрономических объектов доступна для наземных изображений с высоким разрешением; В отличие от этого Хаббл может проводить наблюдения с высоким разрешением любой части ночного неба и очень тусклых объектов.

Влияние на аэрокосмическую технику [ править ]

В дополнение к своим научным результатам, Хаббл также внес значительный вклад в аэрокосмическую технику , в частности, в работу систем на низкой околоземной орбите. Эти идеи являются результатом долгой жизни Хаббла на орбите, обширного оборудования и возвращения сборок на Землю, где они могут быть подробно изучены. В частности, Хаббл внес свой вклад в исследования поведения графитовых композитных структур в вакууме, оптического загрязнения остаточными газами и обслуживания людей, радиационного повреждения электроники и датчиков, а также долгосрочного поведения многослойной изоляции . ^[173]Один из извлеченных уроков заключался в том, что гироскопы, собранные с использованием сжатого кислорода для доставки суспензионной жидкости, были склонны к отказу из-за коррозии электрического провода. Гироскопы теперь собираются с использованием азота под давлением. ^[174] Другая причина заключается в том, что оптические поверхности на НОО могут иметь удивительно долгий срок службы; Ожидалось, что Хаббл проживет всего 15 лет, прежде чем зеркало станет непригодным для использования, но через 14 лет не было заметного ухудшения характеристик. ^[93] Наконец, миссии по обслуживанию Хаббла, особенно те, которые обслуживали компоненты, не предназначенные для обслуживания в космосе, внесли свой вклад в разработку новых инструментов и методов для ремонта на орбите. ^[175]

Данные Хаббла [ править ]

Передача на Землю [ править ]

Данные Хаббла изначально хранились на космическом корабле. На момент запуска хранилища представляли собой старомодные катушечные магнитофоны , но они были заменены твердотельными хранилищами данных во время обслуживания миссий  2 и 3A. Примерно два раза в день космический телескоп Хаббл передает данные на спутник в геосинхронной спутниковой системе слежения и ретрансляции данных (TDRSS), которая затем передает научные данные на одну из двух 60-футовых (18-метровых) микроволновых антенн с высоким коэффициентом усиления. расположен на испытательном полигоне Уайт-Сэндс в Уайт-Сэндс, Нью-Мексико . ^[177]Оттуда они отправляются в Центр управления операциями космического телескопа в Центре космических полетов Годдарда и, наконец, в Научный институт космического телескопа для архивирования. ^[177] Каждую неделю по нисходящей линии связи HST передается примерно 140 гигабит данных. ^[2]

Цветные изображения [ править ]

Все изображения с телескопа Хаббла представляют собой монохромные оттенки серого , снятые с помощью различных фильтров, каждый из которых пропускает свет определенной длины волны, и встроены в каждую камеру. Цветные изображения создаются путем объединения отдельных монохромных изображений, снятых с помощью различных фильтров. Этот процесс также может создавать версии изображений в ложных цветах, включая инфракрасные и ультрафиолетовые каналы, где инфракрасный свет обычно отображается как темно-красный, а ультрафиолетовый - как темно-синий. ^{[178] [179] [180]}

Архивы [ править ]

Все данные Хаббла в конечном итоге становятся доступными через Архив Микульского для космических телескопов в STScI , ^[181] CADC ^[182] и ESA / ESAC . ^[183] Данные обычно являются собственностью и доступны только главному исследователю (ИП) и астрономам, назначенным ИП, в течение двенадцати месяцев после получения. PI может обратиться к директору STScI с просьбой о продлении или сокращении периода собственности в некоторых случаях. ^[184]

Наблюдения, сделанные в свободное время директора, освобождаются от срока собственности и немедленно публикуются. Данные калибровки, такие как плоские поля и темные рамки , также сразу становятся общедоступными. Все данные в архиве находятся в формате FITS , который подходит для астрономического анализа, но не для публичного использования. ^[185] Проект " Наследие Хаббла" обрабатывает и публикует небольшую подборку наиболее ярких изображений в форматах JPEG и TIFF . ^[186]

Редукция трубопровода [ править ]

Астрономические данные, полученные с помощью ПЗС-матриц, должны пройти несколько этапов калибровки, прежде чем они станут пригодными для астрономического анализа. STScI разработал сложное программное обеспечение, которое автоматически калибрует данные, когда они запрашиваются из архива, используя лучшие доступные файлы калибровки. Такая обработка «на лету» означает, что для обработки и возврата больших запросов данных может потребоваться день или больше. Процесс автоматической калибровки данных известен как «конвейерная редукция» и становится все более распространенным в крупных обсерваториях. Астрономы могут, если они захотят, сами получить файлы калибровки и локально запустить программу редукции конвейера. Это может быть желательно, когда необходимо использовать файлы калибровки, отличные от тех, которые выбираются автоматически. ^[187]

Анализ данных [ править ]

Данные телескопа Хаббла можно анализировать с помощью множества различных пакетов. STScI поддерживает специально разработанное программное обеспечение Системы анализа научных данных космического телескопа (STSDAS), которое содержит все программы, необходимые для выполнения конвейерной обработки файлов необработанных данных, а также многие другие инструменты обработки астрономических изображений, адаптированные к требованиям данных Хаббла. Программное обеспечение работает как модуль IRAF , популярной программы обработки астрономических данных. ^[188]

Информационно-просветительская деятельность [ править ]

Для космического телескопа всегда было важно захватить воображение общественности, учитывая значительный вклад налогоплательщиков в его строительство и эксплуатационные расходы. ^[189] После трудных первых лет, когда неисправное зеркало серьезно подорвало репутацию Хаббла среди публики, первая миссия по обслуживанию позволила его восстановить, поскольку исправленная оптика дала множество замечательных изображений.

Несколько инициатив помогли держать общественность в курсе деятельности Хаббла. В Соединенных Штатах информационно-пропагандистские усилия координируются Управлением по работе с общественностью Института космических телескопов (STScI), которое было создано в 2000 году для того, чтобы налогоплательщики США увидели выгоды от своих инвестиций в программу космических телескопов. С этой целью STScI управляет веб-сайтом HubbleSite.org. Проект « Наследие Хаббла» , осуществляемый на базе STScI, предоставляет публике высококачественные изображения самых интересных и ярких наблюдаемых объектов. Команда Heritage состоит из астрономов-любителей и профессиональных астрономов, а также людей, не имеющих отношения к астрономии, и делает акцент на эстетике.природа снимков Хаббла. Проекту «Наследие» дается небольшое количество времени для наблюдения за объектами, которые по научным причинам могут не иметь изображений, снятых с достаточной длиной волны для создания полноцветного изображения. ^[186]

С 1999 года ведущей группой по работе с Хабблом в Европе является Информационный центр Европейского космического агентства Хаббла (HEIC). ^[190] Этот офис был открыт в Европейском координационном центре космического телескопа в Мюнхене, Германия. Миссия HEIC - выполнять информационно-просветительские и образовательные задачи в области HST для Европейского космического агентства. Работа сосредоточена на выпуске новостей и фото-релизов, в которых освещаются интересные результаты и изображения Хаббла. Они часто имеют европейское происхождение, и поэтому повышают осведомленность как о доле Хаббла ЕКА (15%), так и о вкладе европейских ученых в работу обсерватории. ЕКА выпускает образовательные материалы, в том числе видеокастер.серия под названием Hubblecast предназначена для обмена научными новостями мирового уровня с общественностью. ^[191]

Космический телескоп Хаббл был удостоен двух наград Space Achievement Awards от Space Foundation за свою информационно-пропагандистскую деятельность в 2001 и 2010 годах ^[192].

Копия космического телескопа Хаббла находится на лужайке у здания суда в Маршфилде, штат Миссури , родном городе тезки Эдвина П. Хаббла.

Праздничные изображения [ править ]

24 апреля 2010 года космический телескоп Хаббл отпраздновал свое 20-летие в космосе. Чтобы отметить это событие, НАСА, ЕКА и Научный институт космического телескопа (STScI) опубликовали изображение туманности Киля . ^[193]

В ознаменование 25-й годовщины полета Хаббла 24 апреля 2015 года STScI опубликовал на своем веб-сайте Hubble 25 изображения скопления Вестерлунд-2 , расположенного на расстоянии около 20 000 световых лет (6 100 пк) от нас в созвездии Киля. ^[194] Европейское космическое агентство создало на своем веб-сайте страницу, посвященную 25-летию. ^[195] В апреле 2016 года к 26-летию Хаббла было выпущено специальное праздничное изображение туманности Пузырь . ^[196]

Неисправности оборудования [ править ]

Датчики вращения гироскопа [ править ]

HST использует гироскопы для обнаружения и измерения любого вращения, чтобы он мог стабилизироваться на орбите и точно и устойчиво указывать на астрономические цели. Обычно для работы требуются три гироскопа; наблюдения все еще возможны с двумя или одним, но область неба, которая может быть просмотрена, будет несколько ограничена, а наблюдения, требующие очень точного наведения, более трудны. ^[197] В 2018 году планируется перейти в режим с одним гироскопом, если в эксплуатации находится менее трех рабочих гироскопов. Гироскопы являются частью системы управления наведением , которая использует пять типов датчиков (магнитные датчики, оптические датчики и гироскопы) и два типа исполнительных механизмов ( реактивные колеса имагнитные крутящие моменты ). ^[198] Всего у Хаббла шесть гироскопов.

После катастрофы в Колумбии в 2003 году было неясно, будет ли возможна еще одна миссия по обслуживанию, и жизнь гироскопа снова стала проблемой, поэтому инженеры разработали новое программное обеспечение для режимов с двумя гироскопами и одним гироскопом, чтобы максимально увеличить потенциальный срок службы. Разработка была успешной, и в 2005 году было решено переключиться в режим двух гироскопов для регулярных операций телескопа, чтобы продлить срок службы миссии. Переключение в этот режим было произведено в августе 2005 года, в результате чего Хаббл остался с двумя гироскопами, двумя в резерве и двумя неработающими. ^[199] Еще один гироскоп вышел из строя в 2007 году. ^[200]

К моменту заключительного ремонта в мае 2009 года, в ходе которого были заменены все шесть гироскопов (две новые пары и одна отремонтированная пара), только три все еще работали. Инженеры определили, что отказы гироскопа были вызваны коррозией электрических проводов, питающих двигатель, которая была инициирована воздухом под давлением кислорода, используемым для доставки густой суспендирующей жидкости. ^[174] Новые модели гироскопов были собраны с использованием сжатого азота ^[174] и должны были быть намного более надежными. ^[201] В миссии по техническому обслуживанию в 2009 году были заменены все шесть гироскопов, и почти через десять лет только три гироскопа вышли из строя, и только после превышения среднего ожидаемого времени работы для проекта. ^[202]

Из шести гироскопов, замененных в 2009 году, три были старой конструкции, подверженной отказу гибких выводов, и три были новой конструкции с более длительным ожидаемым сроком службы. Первый гироскоп старого образца вышел из строя в марте 2014 года, а второй - в апреле 2018 года. 5 октября 2018 года вышел из строя последний гироскоп старого образца, и один из гироскопов нового образца был включен из режима ожидания. государственный. Однако этот резервный гироскоп не сразу заработал в рабочих пределах, и поэтому обсерватория была переведена в «безопасный» режим, пока ученые пытались решить проблему. ^{[203] [204]}22 октября 2018 года НАСА написало в Твиттере, что «частота вращения, производимая резервным гироскопом, снизилась и теперь находится в пределах нормы. [Необходимо] провести дополнительные испытания, чтобы убедиться, что Хаббл может вернуться к научным операциям с этим гироскопом». ^[205]

Решение, которое вернуло резервный гироскоп нового типа в рабочий диапазон, широко известно как «выключение и повторное включение». ^[206] Был выполнен «перезапуск» гироскопа, но это не дало никакого эффекта, и окончательное решение проблемы было более сложным. Неисправность была объяснена несогласованностью жидкости, окружающей поплавок внутри гироскопа (например, пузырьком воздуха). 18 октября 2018 года операционная группа Хаббла направила космический корабль на серию маневров - перемещая космический корабль в противоположных направлениях, - чтобы уменьшить несоответствие. Только после маневров и последующей серии маневров 19 октября гироскоп действительно работал в пределах своего нормального диапазона. ^[207]

Инструменты и электроника [ править ]

В прошлых миссиях по обслуживанию старые инструменты были заменены новыми, что позволило избежать сбоев и сделать возможными новые виды науки. Без сервисных миссий все инструменты рано или поздно выйдут из строя. В августе 2004 года вышла из строя система питания спектрографа, формирующего изображения космического телескопа (STIS), в результате чего инструмент вышел из строя. Изначально электроника была полностью дублирована, но первая электроника вышла из строя в мае 2001 года. ^[208] Этот источник питания был отремонтирован во время сервисной миссии  4 в мае 2009 года.

Аналогичным образом, в июне 2006 г. вышла из строя основная электроника основной камеры Advanced Camera for Surveys (ACS), а 27 января 2007 г. отказал источник питания для резервной электроники. ^[209] Только солнечный слепой канал (SBC) прибора работал с сторона-1 электроника. Во время SM 4 был добавлен новый источник питания для широкоугольного канала, но быстрые тесты показали, что это не помогло каналу с высоким разрешением. ^[210] Канал Wide Field Channel (WFC) был возвращен в эксплуатацию STS-125 в мае 2009 года, но канал высокого разрешения (HRC) остается в автономном режиме. ^[211]

8 января 2019 года Хаббл перешел в частично безопасный режим из-за предполагаемых проблем с оборудованием в своем самом продвинутом приборе, широкоугольной камере 3.инструмент. Позже НАСА сообщило, что причиной безопасного режима в приборе было обнаружение уровней напряжения вне определенного диапазона. 15 января 2019 года НАСА заявило, что причиной сбоя стала проблема с программным обеспечением. Технические данные в цепях телеметрии не были точными. Кроме того, все другие данные телеметрии в этих цепях также содержали ошибочные значения, указывающие на то, что это проблема телеметрии, а не питания. После сброса цепей телеметрии и связанных с ними плат прибор снова заработал. 17 января 2019 года устройство вернули в нормальный режим работы, и в тот же день были проведены первые научные наблюдения. ^{[212] [213]}

Будущее [ править ]

Орбитальный распад и контролируемый вход в атмосферу [ править ]

Хаббл вращается вокруг Земли в крайне разреженных верхних слоях атмосферы , и со временем его орбита затухает из-за сопротивления . Если его не перезагрузить , он снова войдет в атмосферу Земли в течение нескольких десятилетий, причем точная дата будет зависеть от активности Солнца и его воздействия на верхние слои атмосферы. Если Хаббл спустится в результате полностью неконтролируемого возвращения в атмосферу, части главного зеркала и его опорная конструкция, вероятно, выживут, что оставит возможность для повреждений или даже гибели людей. ^[214] В 2013 году заместитель руководителя проекта Джеймс Джелетич прогнозировал, что Хаббл может дожить до 2020-х годов. ^[4]Исходя из солнечной активности и сопротивления атмосферы или их отсутствия, естественный вход в атмосферу Хаббла произойдет между 2028 и 2040 годами. ^{[4] [215]} В июне 2016 года НАСА продлило контракт на обслуживание Хаббла до июня 2021 года. ^[216]

Первоначальный план НАСА по безопасному снятию Хаббла с орбиты заключался в том, чтобы вернуть его с помощью космического шаттла . Тогда Хаббл, скорее всего, был бы показан в Смитсоновском институте . Это больше невозможно, поскольку флот космических челноков был выведен из эксплуатации , и это было бы маловероятно в любом случае из-за стоимости миссии и риска для экипажа. Вместо этого НАСА рассматривало возможность добавления внешнего силового модуля, чтобы обеспечить контролируемый вход в атмосферу. ^[217]В конце концов, в 2009 году, в рамках миссии обслуживания 4, последней миссии по обслуживанию космического корабля "Шаттл", НАСА установило механизм мягкого захвата (SCM), позволяющий спускаться с орбиты пилотируемой или роботизированной миссией. SCM вместе с системой относительной навигации (RNS), установленной на шаттле для сбора данных, чтобы «позволить НАСА использовать многочисленные варианты безопасного спуска Хаббла с орбиты», составляют систему мягкого захвата и рандеву (SCRS). ^{[103] [218]}

Возможные служебные миссии [ править ]

По состоянию на 2017 ^{[Обновить]}год администрация Трампа рассматривала предложение Sierra Nevada Corporation об использовании пилотируемой версии своего космического корабля Dream Chaser для обслуживания Хаббла где- то в 2020-х годах как в качестве продолжения его научных возможностей, так и в качестве страховки от любых сбоев в работе. будущий космический телескоп Джеймса Уэбба. ^[219] В 2020 году Джон Грюнсфельд сказал, что SpaceX Crew Dragon или Orionмог выполнить еще одну ремонтную задачу в течение десяти лет. Хотя роботизированные технологии еще не достаточно сложны, сказал он во время другого визита людей, «мы могли бы поддерживать Хаббл еще несколько десятилетий» с новыми гироскопами и приборами. ^[220]

Преемники [ править ]

Нет прямой замены Хаббла в качестве космического телескопа в ультрафиолетовом и видимом свете, потому что краткосрочные космические телескопы не дублируют диапазон длин волн Хаббла (от ближнего ультрафиолетового до ближнего инфракрасного), вместо этого концентрируясь на дальнейших инфракрасных диапазонах. Эти полосы предпочтительны для изучения объектов с большим красным смещением и низкотемпературных объектов, обычно более старых и более удаленных от Вселенной. Эти длины волн также трудно или невозможно изучать с земли, что оправдывает расходы на космический телескоп. Большие наземные телескопы могут отображать некоторые из длин волн, что и Хаббл, иногда бросая вызов HST с точки зрения разрешения, используя адаптивную оптику.(AO), обладают гораздо большей светосилой и могут быть легко модернизированы, но пока не могут сравниться с превосходным разрешением Хаббла в широком поле зрения на очень темном фоне космоса.

Планы по поводу преемника Хаббла материализовались в виде проекта космического телескопа следующего поколения, кульминацией которого стали планы по созданию космического телескопа Джеймса Уэбба (JWST), формального преемника Хаббла. ^{[221] Он} сильно отличается от увеличенного Хаббла, он предназначен для работы в более холодных и удаленных от Земли точках Лагранжа L2 , где тепловые и оптические помехи от Земли и Луны уменьшаются. Он не рассчитан на полное обслуживание (например, сменные инструменты), но в его конструкцию входит стыковочное кольцо, позволяющее заходить с других космических кораблей. ^[222] Основная научная цель JWST - наблюдать самые далекие объекты во Вселенной, недоступные для существующих инструментов. Ожидается обнаружение звезд вранняя Вселенная примерно на 280 миллионов лет старше звезд, обнаруживаемых сейчас HST. ^[223] Телескоп - результат международного сотрудничества между НАСА, Европейским космическим агентством и Канадским космическим агентством с 1996 года, ^[224] и планируется к запуску на ракете Ariane 5 . ^[225] Хотя JWST - это в первую очередь инфракрасный прибор, его охват распространяется до света с длиной волны 600 нм или примерно оранжевого в видимом спектре . Типичный человеческий глаз может видеть свет с длиной волны около 750 нм, поэтому есть некоторое перекрытие с самыми длинными диапазонами видимых длин волн, включая оранжевый и красный свет.

Дополнительным телескопом, который рассматривает даже более длинные волны, чем Хаббл или JWST, была космическая обсерватория Гершеля Европейского космического агентства , запущенная 14 мая 2009 года. Как и JWST, телескоп Herschel не предназначался для обслуживания после запуска и имел зеркало значительно больше, чем Хаббла, но наблюдается только в далеком инфракрасном и субмиллиметровом диапазонах . Ему требовался гелиевый теплоноситель, который закончился 29 апреля 2013 года.

Дальнейшие концепции для продвинутых космических телескопов 21-го века включают Большой ультрафиолетовый оптический инфракрасный Surveyor (LUVOIR) ^[227], концептуальный оптический космический телескоп от 8 до 16,8 метров (от 310 до 660 дюймов), который в случае реализации мог бы стать более прямым преемником HST, с возможностью наблюдать и фотографировать астрономические объекты в видимом, ультрафиолетовом и инфракрасном диапазонах волн с существенно лучшим разрешением, чем у телескопа Хаббла или космического телескопа Спитцера . Эти усилия запланированы на период 2025–2035 годов.

Существующие наземные телескопы и различные предлагаемые чрезвычайно большие телескопы могут превосходить HST с точки зрения чистой светосилы и дифракционного предела из-за больших зеркал, но на телескопы влияют другие факторы. В некоторых случаях они могут соответствовать разрешению Хаббла или превосходить его за счет использования адаптивной оптики (АО). Однако АО на больших наземных отражателях не сделает Хаббл и другие космические телескопы устаревшими. Большинство систем AO увеличивают резкость изображения в очень узком поле - Lucky Cam, например, дает четкие изображения шириной всего от 10 до 20 угловых секунд, тогда как камеры Хаббла производят четкие изображения в поле в 150 угловых секунд (2½ угловых минуты). Кроме того, космические телескопы могут изучать Вселенную по всему электромагнитному спектру, большая часть которого заблокирована атмосферой Земли. Наконец, фоновое небо в космосе темнее, чем на земле, потому что воздух поглощает солнечную энергию в течение дня и затем высвобождает ее ночью, создавая слабое, но все же различимое, свечение воздуха, которое размывает малоконтрастные астрономические объекты. ^[228]

См. Также [ править ]

• Хаббл (документальный фильм, 2010 г.)
• Список крупнейших инфракрасных телескопов
• Список крупнейших оптических отражающих телескопов
• Список космических телескопов

Ссылки [ править ]