Космический телескоп «Хаббл» (часто называемый HST или «Хаббл» ) — космический телескоп , который был запущен на низкую околоземную орбиту в 1990 году и продолжает работать. Это был не первый космический телескоп , но он один из крупнейших и наиболее универсальных, известный как жизненно важный исследовательский инструмент и благо для астрономии . Телескоп Хаббл назван в честь астронома Эдвина Хаббла и является одной из Великих обсерваторий НАСА . Научный институт космического телескопа (STScI) выбирает цели Хаббла и обрабатывает полученные данные, а Центр космических полетов Годдарда (GSFC) управляет космическим кораблем. [8]
Хаббл оснащен зеркалом диаметром 2,4 м (7 футов 10 дюймов), а его пять основных инструментов ведут наблюдения в ультрафиолетовой , видимой и ближней инфракрасной областях электромагнитного спектра . Орбита Хаббла вне искажений земной атмосферы позволяет ему получать изображения чрезвычайно высокого разрешения со значительно более низким фоновым освещением, чем наземные телескопы. Он записал некоторые из наиболее подробных изображений в видимом свете, позволяющих заглянуть в глубокий космос. Многие наблюдения Хаббла привели к прорывам в астрофизике , например, к определению скорости расширения Вселенной .
Космические телескопы были предложены еще в 1923 году, а телескоп Хаббл был профинансирован и построен в 1970-х годах космическим агентством США НАСА при участии Европейского космического агентства . Запуск предполагался в 1983 году, но проекту препятствовали технические задержки, проблемы с бюджетом и катастрофа «Челленджера» 1986 года . Хаббл наконец был запущен в 1990 году, но его главное зеркало было отшлифовано неправильно, что привело к сферической аберрации , которая поставила под угрозу возможности телескопа. Оптика была доведена до запланированного качества сервисной миссией в 1993 году.
Хаббл — единственный телескоп, предназначенный для обслуживания астронавтов в космосе. Пять миссий космического корабля "Шаттл" отремонтировали, модернизировали и заменили системы телескопа, включая все пять основных инструментов. Пятая миссия была первоначально отменена по соображениям безопасности после катастрофы в Колумбии (2003 г.), но после того, как администратор НАСА Майкл Д. Гриффин одобрил ее, миссия по обслуживанию была завершена в 2009 году. В апреле 2020 года Хаббл завершил 30-летнюю эксплуатацию [1] и по прогнозам, продлится до 2030–2040 годов. [4]
Хаббл — телескоп видимого света в программе НАСА «Великие обсерватории» ; другие части спектра охватываются гамма-обсерваторией Комптона , рентгеновской обсерваторией Чандра и космическим телескопом Спитцер (который охватывает инфракрасные диапазоны). [9] Преемником телескопа «Хаббл» в среднем ИК-видимом диапазоне является космический телескоп Джеймса Уэбба (JWST), который был запущен 25 декабря 2021 года, а в 2027 году за ним должен последовать римский космический телескоп Нэнси Грейс. [9] 10] [11] [12]
В 1923 году Герман Оберт , считающийся отцом современной ракетной техники, вместе с Робертом Х. Годдардом и Константином Циолковским , опубликовал Die Rakete zu den Planetenräumen («Ракета в планетарное пространство»), в которой упоминалось, как телескоп можно вывести на околоземную орбиту . ракетой. [13]
.jpg/1280px-1946-_Lyman_Spitzer_(4526166350).jpg)
Историю космического телескопа Хаббл можно проследить до 1946 года, до статьи астронома Лаймана Спитцера «Астрономические преимущества внеземной обсерватории». [14] В нем он обсудил два основных преимущества космической обсерватории перед наземными телескопами. Во-первых, угловое разрешение (наименьшее расстояние, при котором можно четко различить объекты) будет ограничено только дифракцией , а не турбулентностью в атмосфере, которая заставляет звезды мерцать, известные астрономам как видящие . В то время наземные телескопы были ограничены разрешением 0,5–1,0 угловых секунд по сравнению с теоретическим разрешением, ограниченным дифракцией, около 0,05 угловых секунд для оптического телескопа с зеркалом диаметром 2,5 м (8 футов 2 дюйма). Во-вторых, космический телескоп мог бы наблюдать инфракрасный и ультрафиолетовый свет, который сильно поглощается атмосферой Земли . [14]
Спитцер посвятил большую часть своей карьеры разработке космического телескопа. [15] В 1962 году в докладе Национальной академии наук США рекомендовалось разработать космический телескоп как часть космической программы , а в 1965 году Спитцер был назначен главой комитета, которому было поручено определить научные цели для большого проекта. космический телескоп. [16]
.jpg/1280px-Nancy_Grace_Roman_with_Space_Telescope_Model_in_1966_(27154772837).jpg)
Также решающую роль сыграла работа Нэнси Грейс Роман , «матери Хаббла». [17] Задолго до того, как это стало официальным проектом НАСА, она читала публичные лекции, рекламируя научную ценность телескопа. После того, как проект был одобрен, она стала научным сотрудником программы, создав руководящий комитет, отвечающий за реализацию потребностей астрономов [18] , и на протяжении 1970-х годов писала показания Конгрессу, выступая за продолжение финансирования телескопа. [19] Ее работа в качестве научного сотрудника помогла установить стандарты для реализации крупных научных проектов НАСА. [20]
Космическая астрономия началась в очень небольших масштабах после Второй мировой войны , когда ученые использовали разработки, произошедшие в ракетной технике. Первый ультрафиолетовый спектр Солнца был получен в 1946 году [21] , а в 1962 году НАСА запустило Орбитальную солнечную обсерваторию (OSO) для получения спектров УФ, рентгеновского и гамма-излучения. [22] Был запущен орбитальный солнечный телескоп . в 1962 году Великобританией в рамках программы «Ариэль» , а в 1966 году НАСА запустило первую миссию Орбитальной астрономической обсерватории (ОАО). Батарея ОАО-1 вышла из строя через три дня, что привело к прекращению миссии. За ней последовала Орбитальная астрономическая обсерватория-2 (ОАО-2), которая проводила ультрафиолетовые наблюдения звезд и галактик с момента ее запуска в 1968 году до 1972 года, что значительно превысило ее первоначальный запланированный срок службы в один год. [23]
Миссии OSO и OAO продемонстрировали важную роль космических наблюдений в астрономии. В 1968 году НАСА разработало твердые планы создания космического телескопа-рефлектора с зеркалом диаметром 3 м (9,8 фута), известного как Большой орбитальный телескоп или Большой космический телескоп (LST), запуск которого намечен на 1979 год. Эти планы подчеркнул необходимость миссий по техническому обслуживанию телескопа с экипажем, чтобы обеспечить длительный срок службы такой дорогостоящей программы, а одновременная разработка планов многоразового космического корабля "Шаттл" показала, что технология, позволяющая это сделать, вскоре станет доступной. [24]
Продолжающийся успех программы OAO способствовал все более сильному консенсусу в астрономическом сообществе о том, что LST должен быть главной целью. В 1970 году НАСА учредило два комитета: один для планирования инженерной стороны проекта космического телескопа, а другой для определения научных целей миссии. Как только они были созданы, следующим препятствием для НАСА стало получение финансирования для этого инструмента, что было бы гораздо дороже, чем любой наземный телескоп. Конгресс США поставил под сомнение многие аспекты предложенного бюджета телескопа и вынудил сократить бюджет на этапах планирования, которое в то время состояло из очень детальных исследований потенциальных инструментов и оборудования для телескопа. В 1974 году сокращение государственных расходов привело к тому, что Конгресс прекратил все финансирование проекта телескопа. [25]
В 1977 году тогдашний администратор НАСА Джеймс К. Флетчер предложил внести в бюджет НАСА символические 5 миллионов долларов для Хаббла. Затем заместитель администратора НАСА по космической науке Ноэль Хиннерс вместо этого прекратил все финансирование Хаббла, полагая, что это побудит научное сообщество бороться за полное финансирование. Как вспоминает Хиннерс: [26]
В тот год было ясно, что нам не удастся начать полноценный старт. На [Капитолийском] холме существовала некоторая оппозиция новому запуску [Хаббла]. Насколько я помню, во многом это было обусловлено ситуацией с бюджетом. Джим Флетчер предложил нам внести 5 миллионов долларов в качестве заполнителя. Мне не понравилась эта идея. Выражаясь сегодняшним языком, это была «подачка» астрономическому сообществу. «Там что-то есть, значит, все в порядке».
В своей маленькой голове я подумал, что для того, чтобы активизировать это сообщество, нам лучше обнулить его. Затем они говорили: «Ой, у нас большие проблемы», и это собирало войска. Поэтому я выступал за то, чтобы мы ничего не добавляли. Я не помню никаких подробных обсуждений и были ли они вообще, но Джим согласился с этим, и мы обнулили это. С моей точки зрения, это имело желаемый эффект, стимулируя астрономическое сообщество возобновить свои усилия на лоббистском фронте. Хотя мне нравится думать, оглядываясь назад, что это был блестящий политический ход, я не уверен, что хорошо все продумал. Это было что-то спонтанное.
[...] 5 миллионов долларов позволили бы им думать, что все равно все хорошо, но это не так. Итак, давайте передадим им сообщение. Я считаю, что нужно стимулировать их к действию. Обнуление этого, безусловно, даст такое сообщение. Я думаю, это было так просто. Ни с кем не говорил о том, чтобы сначала сделать это, просто: «Давай сделаем это». Вуаля, это сработало. Не знаю, сделал бы я это снова.
Политический ход сработал. В ответ на то, что Хаббл был исключен из бюджета НАСА, среди астрономов была скоординирована общенациональная кампания по лоббированию. Многие астрономы лично встречались с конгрессменами и сенаторами , были организованы широкомасштабные кампании по написанию писем. Национальная академия наук опубликовала отчет, в котором подчеркивалась необходимость создания космического телескопа, и в конечном итоге Сенат согласился сократить вдвое бюджет, первоначально одобренный Конгрессом. [27]
Проблемы с финансированием привели к уменьшению масштаба проекта: предлагаемый диаметр зеркала был уменьшен с 3 м до 2,4 м как для сокращения затрат [28] , так и для обеспечения более компактной и эффективной конфигурации оборудования телескопа. Предложенный космический телескоп-предшественник диаметром 1,5 м (4 фута 11 дюймов) для тестирования систем, которые будут использоваться на главном спутнике, был отменен, а проблемы с бюджетом также побудили к сотрудничеству с Европейским космическим агентством (ЕКА). ЕКА согласилось предоставить финансирование и поставить один из инструментов первого поколения для телескопа, а также солнечные элементы , которые будут его питать, 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. [29] Конгресс в конечном итоге одобрил финансирование в размере 36 миллионов долларов США на 1978 год, и проектирование LST началось всерьез, стремясь к запуску в 1983 году. [27] В 1983 году телескоп был назван в честь Эдвина Хаббла , [30] который подтвердил одно из величайших научных открытий 20-го века, сделанное Жоржем Леметром , о том, что Вселенная расширяется . [31]
После того как проект космического телескопа получил добро, работа над программой была разделена между многими учреждениями. Центр космических полетов Маршалла (MSFC) получил ответственность за проектирование, разработку и строительство телескопа, а Центр космических полетов Годдарда получил полный контроль над научными приборами и наземным центром управления миссией. [32] MSFC поручила оптической компании Perkin-Elmer спроектировать и изготовить узел оптической трубки (OTA) и датчики точного наведения для космического телескопа. Lockheed было поручено построить и интегрировать космический корабль, в котором будет размещен телескоп. [33]
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, но имеет тот недостаток, что зеркала имеют форму, которую трудно изготовить и протестировать. Зеркало и оптические системы телескопа определяют конечные характеристики, и они были разработаны в соответствии со строгими спецификациями. Зеркала оптических телескопов обычно отполированы с точностью до одной десятой длины волны видимого света , но космический телескоп должен был использоваться для наблюдений от видимого света до ультрафиолета (более короткие волны) и был рассчитан на дифракцию, ограниченную для полного захвата. преимущество космической среды. Поэтому его зеркало нужно было отполировать с точностью до 10 нанометров, или примерно 1/65 длины волны красного света. [34] Что касается длинноволнового диапазона, OTA не был разработан с учетом оптимальных характеристик инфракрасного излучения — например, зеркала поддерживают стабильную (и теплую, около 15 °C) температуру с помощью нагревателей. Это ограничивает возможности Хаббла как инфракрасного телескопа. [35]
.jpg/1280px-A20010288000_NASM2017-10014_(cropped).jpg)
Компания Perkin-Elmer (PE) намеревалась использовать специально изготовленные и чрезвычайно сложные полировальные станки с компьютерным управлением для шлифовки зеркала до необходимой формы. [33] Однако на случай, если их передовая технология столкнется с трудностями, НАСА потребовало, чтобы компания PE заключила субподряд с компанией Kodak на создание резервного зеркала с использованием традиционных методов полировки зеркал. [36] (Команда Kodak и Itek также предложила цену на оригинальную работу по полировке зеркала. В их заявке обе компании должны были перепроверить работу друг друга, что почти наверняка выявило бы ошибку полировки, которая позже вызвала проблемы.) [36 ] 37] Зеркало Kodak теперь находится в постоянной экспозиции Национального музея авиации и космонавтики . [38] [39] Зеркало Itek, построенное в рамках проекта, теперь используется в 2,4-метровом телескопе обсерватории Магдалена Ридж . [40]
Создание зеркала Перкин-Элмер 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 толщиной 25 мм (0,98 дюйма) каждая, между которыми располагалась сотовая решетка. Перкин-Элмер имитировал микрогравитацию , поддерживая зеркало сзади 130 стержнями, которые оказывали различное усилие. [41] Это гарантировало, что окончательная форма зеркала будет правильной и соответствовать спецификациям при развертывании. Полировка зеркал продолжалась до мая 1981 года. Тогдашние отчеты НАСА ставили под сомнение управленческую структуру Перкина-Элмера, и полировка начала 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. [42] Зеркало было завершено к концу 1981 года; его промыли 9100 л (2000 имп галлонов; 2400 галлонов США) горячей деионизированной воды , а затем получили отражающее покрытие из алюминия толщиной 65 нм и защитное покрытие из фторида магния толщиной 25 нм . [35] [43]
Продолжали выражаться сомнения в компетентности Perkin-Elmer в проекте такой важности, поскольку их бюджет и сроки производства остальной части OTA продолжали расти. В ответ на график, описанный как «неопределенный и меняющийся ежедневно», НАСА отложило дату запуска телескопа до апреля 1985 года. Графики Перкина-Элмера продолжали смещаться со скоростью примерно один месяц в квартал, а иногда задержки достигали одного дня. за каждый день работы. НАСА было вынуждено отложить дату запуска до марта, а затем до сентября 1986 года. К этому времени общий бюджет проекта вырос до 1,175 миллиарда долларов США. [44]
Космический корабль, на котором должны были разместиться телескоп и инструменты, был еще одной серьезной инженерной задачей. Ему придется выдерживать частые переходы от прямых солнечных лучей во тьму тени Земли , что может вызвать серьезные изменения температуры, и в то же время 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 расположены телескоп и инструменты. Внутри корпуса графитно-эпоксидная рама надежно удерживает рабочие части телескопа. [45] Поскольку графитовые композиты гигроскопичны , существовал риск, что водяной пар, поглощенный фермой в чистой комнате Lockheed, позже выделится в космическом вакууме; в результате инструменты телескопа покрылись льдом. Чтобы снизить этот риск, перед запуском телескопа в космос была проведена продувка азотом. [46]
Хотя строительство космического корабля, в котором будут размещены телескоп и инструменты, шло несколько более гладко, чем строительство ОТА, компания Lockheed столкнулась с некоторым отставанием от бюджета и графика, и к лету 1985 года строительство космического корабля превысило бюджет на 30% и отставание от графика на три месяца. В отчете MSFC говорится, что Lockheed склонна полагаться на указания НАСА, а не проявлять собственную инициативу при строительстве. [47]
Двумя первоначальными основными компьютерами на HST были система DF-224 с частотой 1,25 МГц , созданная Rockwell Autonetics, которая содержала три резервных ЦП, и две резервные системы NSSC-1 (стандартный компьютер космического корабля НАСА, модель 1), разработанные Westinghouse и GSFC с использованием диодно-транзисторной логики (DTL). Сопроцессор для DF-224 был добавлен во время миссии обслуживания 1 в 1993 году и состоял из двух резервных цепочек процессора 80386 на базе Intel с математическим сопроцессором 80387. [48] Во время миссии по обслуживанию 3A в 1999 году DF-224 и его сопроцессор 386 были заменены процессорной системой Intel 80486 с тактовой частотой 25 МГц. [49] Новый компьютер в 20 раз быстрее и имеет в шесть раз больше памяти, чем на смену ему пришел DF -224 . Это увеличивает пропускную способность за счет переноса некоторых вычислительных задач с земли на космический корабль и экономит деньги, позволяя использовать современные языки программирования. [50]
Кроме того, некоторые научные инструменты и компоненты имели собственные встроенные микропроцессорные системы управления. Компоненты MAT (транспондер множественного доступа), MAT-1 и MAT-2, используют микропроцессоры Hughes Aircraft CDP1802CD. [51] Широкоугольная и планетарная камера (WFPC) также использовала микропроцессор RCA 1802 (или, возможно, более старую версию 1801). [52] WFPC-1 была заменена WFPC-2 во время миссии обслуживания 1 в 1993 году, которая затем была заменена широкоугольной камерой 3 (WFC3) во время миссии обслуживания 4 в 2009 году. Модернизация расширила возможности Хаббла заглядывать глубже в Вселенной и предоставления изображений в трех широких областях спектра. [53] [54]
При запуске HST имел пять научных инструментов: широкоугольную и планетарную камеру (WF/PC), спектрограф высокого разрешения Годдарда (GHRS), высокоскоростной фотометр (HSP), камеру слабых объектов (FOC) и спектрограф слабых объектов (FOS). ). В WF/PC использовался радиальный инструментальный отсек, а каждый из четырех других инструментов был установлен в осевой инструментальный отсек. [55]
WF/PC представлял собой устройство формирования изображений высокого разрешения, в первую очередь предназначенное для оптических наблюдений. Он был построен Лабораторией реактивного движения НАСА и включал в себя набор из 48 фильтров , изолирующих спектральные линии , представляющие особый астрофизический интерес. Прибор содержал восемь микросхем устройств с зарядовой связью (ПЗС), разделенных на две камеры, каждая из которых использовала по четыре ПЗС-матрицы. Каждая CCD имеет разрешение 0,64 мегапикселя. [56] Широкоугольная камера (WFC) охватывала большое угловое поле за счет разрешения, в то время как планетарная камера (ПК) делала изображения с более длинным эффективным фокусным расстоянием , чем чипы WF, что давало ей большее увеличение. [55]
Спектрограф высокого разрешения Годдарда (GHRS) был спектрографом , предназначенным для работы в ультрафиолете. Он был построен Центром космических полетов Годдарда и мог достигать спектрального разрешения 90 000. [57] Также оптимизированными для ультрафиолетовых наблюдений были FOC и FOS, которые обладали самым высоким пространственным разрешением среди всех инструментов на Хаббле. Вместо ПЗС-матриц в этих трех приборах в качестве детекторов использовались дигиконы , подсчитывающие фотоны . FOC был построен ЕКА, а Калифорнийский университет в Сан-Диего и корпорация Martin Marietta построили FOS. [55]
Последним инструментом стал HSP, спроектированный и построенный в Университете Висконсин-Мэдисон . Он был оптимизирован для наблюдений переменных звезд и других астрономических объектов различной яркости в видимом и ультрафиолетовом свете. Он может выполнять до 100 000 измерений в секунду с фотометрической точностью около 2% или выше. [58]
Систему наведения HST также можно использовать в качестве научного инструмента. 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. [59]
Научный институт космического телескопа (STScI) отвечает за научную работу телескопа и доставку данных астрономам. STScI управляется Ассоциацией университетов по исследованию астрономии (AURA) и физически расположен в Балтиморе , штат Мэриленд , в кампусе Хоумвуд Университета Джонса Хопкинса , одного из 39 университетов США и семи международных филиалов, составляющих консорциум AURA. STScI был создан в 1981 году [60] [61] после некоторой борьбы за власть между НАСА и научным сообществом в целом. НАСА хотело сохранить эту функцию внутри себя, но ученые хотели, чтобы она базировалась в академическом учреждении. [62] [63] Европейский координационный центр космического телескопа (ST-ECF), созданный в Гархинге под Мюнхеном недалеко от Мюнхена в 1984 году, оказывал аналогичную поддержку европейским астрономам до 2011 года, когда эта деятельность была перенесена в Европейский центр космической астрономии. [64]
Одной из сложных задач, возложенных на STScI, является планирование наблюдений для телескопа. [65] Хаббл находится на низкой околоземной орбите, чтобы обеспечить возможность обслуживания миссий, в результате чего большинство астрономических целей закрываются Землей на чуть менее 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 (препятствующие наблюдениям Меркурия ), Луны и Земли. Угол уклонения от солнечного света составляет около 50 °, чтобы солнечный свет не освещал какую-либо часть OTA. Избегание Земли и Луны предотвращает попадание яркого света в FGS и попадание рассеянного света в инструменты. Если ФГС выключены, можно наблюдать Луну и Землю. Наблюдения Земли использовались в самом начале программы для создания плоских полей для инструмента WFPC1. В пределах примерно 24° от полюсов орбиты Хаббла существует так называемая зона непрерывного обзора (CVZ) , в которой цели не затмеваются в течение длительного времени. [66] [67] [68]
Из-за прецессии орбиты местоположение CVZ перемещается медленно в течение восьми недель. Поскольку край Земли всегда находится в пределах примерно 30° от областей внутри CVZ, яркость рассеянного земного сияния может быть повышена в течение длительных периодов времени во время наблюдений CVZ. Хаббл вращается по низкой околоземной орбите на высоте примерно 540 километров (340 миль) и наклонении 28,5 °. [5] Положение на орбите меняется со временем непредсказуемым образом. Плотность верхних слоев атмосферы варьируется в зависимости от многих факторов, а это означает, что предсказанное Хабблом положение на шесть недель может иметь ошибку до 4000 км (2500 миль). Графики наблюдений обычно составляются всего за несколько дней, поскольку более длительное время ожидания означало бы, что существует вероятность того, что цель станет ненаблюдаемой к тому времени, когда она должна была наблюдаться. [69] Инженерная поддержка HST обеспечивается НАСА и персоналом подрядчика в Центре космических полетов Годдарда в Гринбелте, штат Мэриленд , в 48 км (30 миль) к югу от STScI. За работой «Хаббла» круглосуточно следят четыре группы диспетчеров полета, которые составляют команду управления полетами «Хаббла». [65]
К январю 1986 года запланированная дата запуска «Хаббла» в октябре выглядела осуществимой, но катастрофа «Челленджера» остановила космическую программу США, остановила флот «Шаттлов» и вынудила отложить запуск на несколько лет. Во время этой задержки телескоп хранился в чистой комнате, был включен и продут азотом до тех пор, пока запуск не будет перенесен. Эта дорогостоящая ситуация (около 6 миллионов долларов США в месяц) привела к увеличению общей стоимости проекта. Однако эта задержка дала инженерам время провести обширные испытания, заменить аккумулятор, который мог выйти из строя, и внести другие улучшения. [70] Более того, наземное программное обеспечение, необходимое для управления Хабблом, не было готово в 1986 году и едва было готово к запуску в 1990 году. [71] После возобновления полетов шаттлов 24 апреля 1990 года космический корабль «Дискавери» успешно запустил «Хаббл» в рамках миссии STS-31. [72]
На момент запуска НАСА потратило на проект около 4,7 миллиардов долларов США с поправкой на инфляцию в 2010 году. [73] Совокупные затраты Хаббла оцениваются примерно в 11,3 миллиарда долларов США в долларах 2015 года, включая все последующие расходы на обслуживание, но не текущие операции, что делает эту миссию самой дорогой научной миссией в истории НАСА. [74]
На Хаббле одновременно размещаются пять научных инструментов, а также датчики точного наведения , которые в основном используются для наведения телескопа, но иногда используются для научных астрометрических измерений. Ранние инструменты были заменены на более совершенные во время миссий по обслуживанию шаттлов. COSTAR был устройством корректирующей оптики, а не научным инструментом, но занимал один из четырех отсеков для осевых инструментов.
Со времени последней миссии обслуживания в 2009 году четырьмя активными инструментами были ACS, COS, STIS и WFC3. NICMOS находится в спящем режиме, но его можно возобновить, если WFC3 выйдет из строя в будущем.
.jpg/1280px-On_the_edge_of_the_Lagoon_(potw2325a).jpg)
Из прежних приборов три (COSTAR, FOS и WFPC2) выставлены в Смитсоновском национальном музее авиации и космонавтики . [75] [76] [77] ВОК находится в музее Дорнье , Германия. [78] HSP находится в Space Place в Университете Висконсин-Мэдисон . [79] Первый WFPC был разобран, а некоторые компоненты затем были повторно использованы в WFC3. [80] [81]
Через несколько недель после запуска телескопа полученные изображения указали на серьезную проблему с оптической системой. Хотя первые изображения оказались более четкими, чем у наземных телескопов, Хабблу не удалось добиться окончательной резкости, и лучшее качество полученных изображений оказалось значительно ниже ожидаемого. Изображения точечных источников распространяются по радиусу более одной угловой секунды вместо того, чтобы иметь функцию рассеяния точки (PSF), сосредоточенную в круге диаметром 0,1 угловой секунды (485 нрад ) , как было указано в критериях проектирования. [82] [83]
Анализ дефектных изображений показал, что главное зеркало было отполировано до неправильной формы. Хотя считалось, что это одно из самых точных оптических зеркал, когда-либо созданных, гладкое примерно до 10 нанометров, [34] внешний периметр был слишком плоским примерно на 2200 нанометров (около 1 ⁄ 450 мм или 1 ⁄ 11 000 дюйма). [84] Эта разница была катастрофической, приводя к серьезной сферической аберрации — недостатку, при котором свет, отражающийся от края зеркала, фокусируется в другой точке, чем свет, отражающийся от его центра. [85]
Влияние дефекта зеркала на научные наблюдения зависело от конкретного наблюдения: ядро аберрированного PSF было достаточно острым, чтобы позволить наблюдать яркие объекты с высоким разрешением, а на спектроскопию точечных источников влияло только из-за потери чувствительности. Однако потеря света в большом расфокусированном ореоле серьезно снизила эффективность телескопа для наблюдения за слабыми объектами или получения высококонтрастных изображений. Это означало, что почти все космологические программы были по существу невозможны, поскольку требовали наблюдения исключительно слабых объектов. [85] Это заставило политиков усомниться в компетентности НАСА, учёных — сожалеть о затратах, которые могли бы быть потрачены на более продуктивные начинания, а комиков — пошутить по поводу НАСА и телескопа. В комедии 1991 года «Голый пистолет 2½: Запах страха» в сцене, где показаны исторические катастрофы, Хаббл изображен с RMS «Титаником » и LZ 129 «Гинденбург ». [86] [87] Тем не менее, в течение первых трех лет миссии Хаббла, до оптических коррекций, телескоп провел большое количество продуктивных наблюдений менее требовательных целей. [88] Ошибка была хорошо охарактеризована и стабильна, что позволило астрономам частично компенсировать дефектное зеркало с помощью сложных методов обработки изображений , таких как деконволюция . [89]
Для выяснения того, как могла возникнуть ошибка, была создана комиссия, которую возглавил Лью Аллен , директор Лаборатории реактивного движения . Комиссия Аллена обнаружила, что отражающий нулевой корректор , испытательное устройство, используемое для получения несферического зеркала правильной формы, был неправильно собран — одна линза сместилась на 1,3 мм (0,051 дюйма). [90] Во время первоначальной шлифовки и полировки зеркала Перкин-Элмер проанализировал его поверхность с помощью двух обычных корректоров преломления. Однако на заключительном этапе производства ( рисунок ) они перешли на изготовленный по индивидуальному заказу светоотражающий корректор нуля, специально разработанный с учетом очень строгих допусков. Неправильная сборка этого устройства привела к тому, что зеркало было отшлифовано очень точно, но неправильной формы. Во время изготовления несколько тестов с использованием обычных корректоров нуля правильно выявили сферическую аберрацию . Но эти результаты были отвергнуты, упустив тем самым возможность уловить ошибку, поскольку отражающий корректор нуля считался более точным. [91]
Комиссия обвинила в неудачах прежде всего Перкин-Элмер. Отношения между НАСА и оптической компанией во время строительства телескопа были серьезно натянутыми из-за частых срывов графика и перерасхода средств. НАСА обнаружило, что компания Perkin-Elmer не проверяла и не контролировала конструкцию зеркала должным образом, не привлекла к проекту своих лучших ученых-оптиков (как это было в случае с прототипом) и, в частности, не привлекла оптических конструкторов к созданию и проверке зеркала. зеркало. В то время как комиссия жестко критиковала Перкин-Элмер за эти управленческие ошибки, НАСА также критиковали за то, что оно не уловило недостатков контроля качества, например, полностью полагаясь на результаты испытаний одного прибора. [92]
Многие боялись, что «Хаббл» забросят. [93] Конструкция телескопа всегда предусматривала миссии по обслуживанию, и астрономы немедленно начали искать потенциальные решения проблемы, которые можно было бы применить во время первой миссии по обслуживанию, запланированной на 1993 год. В то время как Kodak заземлил резервное зеркало для Хаббла Было бы невозможно заменить зеркало на орбите, а вернуть телескоп на Землю для ремонта было бы слишком дорого и трудоемко. Вместо этого тот факт, что зеркало было так точно отшлифовано до неправильной формы, привел к разработке новых оптических компонентов с точно такой же ошибкой, но в противоположном смысле, которые должны были быть добавлены в телескоп во время миссии по обслуживанию, фактически действуя как « очки », чтобы исправить сферическую аберрацию. [94] [95]
Первым шагом была точная характеристика ошибки главного зеркала. Опираясь на изображения точечных источников, астрономы определили, что коническая постоянная построенного зеркала равна−1,01390 ± 0,0002 вместо запланированного−1,00230 . [96] [97] То же число было также получено путем анализа нулевого корректора, использованного Перкином-Элмером для изображения зеркала, а также путем анализа интерферограмм, полученных во время наземных испытаний зеркала. [98]
Из-за особенностей конструкции инструментов HST требовалось два разных набора корректоров. Конструкция широкоугольной и планетарной камеры 2, которую уже планировалось заменить существующую WF/PC, включала релейные зеркала для направления света на четыре отдельных микросхемы устройств с зарядовой связью (CCD), составляющих две камеры. Обратная ошибка, встроенная в их поверхности, могла бы полностью устранить аберрацию первичной обмотки. Однако в других инструментах отсутствовали какие-либо промежуточные поверхности, которые можно было бы настроить таким образом, и поэтому требовалось внешнее корректирующее устройство. [99]
Система аксиальной замены космического телескопа с корректирующей оптикой (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. [100] Чтобы установить систему COSTAR на телескоп, пришлось снять один из других инструментов, и астрономы решили пожертвовать высокоскоростным фотометром. [99] К 2002 году все оригинальные инструменты, требующие COSTAR, были заменены инструментами с собственной корректирующей оптикой. [101] Затем COSTAR был удален и возвращен на Землю в 2009 году, где он выставлен в Национальном музее авиации и космонавтики в Вашингтоне, округ Колумбия. [102] Область, ранее использовавшаяся COSTAR, теперь занята спектрографом космического происхождения . [103]
«Хаббл» был спроектирован так, чтобы обеспечить регулярное обслуживание и модернизацию оборудования на орбите. Приборы и предметы с ограниченным сроком службы были спроектированы как запасные части на орбите . [104] Пять миссий по обслуживанию (SM 1, 2, 3A, 3B и 4) были выполнены космическими шаттлами НАСА , первая в декабре 1993 года, а последняя в мае 2009 года. [105] Миссии по обслуживанию представляли собой деликатные операции, которые начинались с маневрирования. перехватить телескоп на орбите и осторожно вернуть его с помощью механической руки шаттла . Затем необходимая работа была проведена в ходе нескольких привязных выходов в открытый космос в течение четырех-пяти дней. После визуального осмотра телескопа астронавты провели ремонт, заменили вышедшие из строя или вышедшие из строя компоненты, модернизировали оборудование и установили новые приборы. После завершения работ телескоп перераспределялся, обычно после вывода на более высокую орбиту, чтобы устранить затухание орбиты , вызванное сопротивлением атмосферы . [106]
Первая миссия по обслуживанию Хаббла была запланирована на 1993 год, прежде чем была обнаружена проблема с зеркалом. Это приобретало большее значение, так как астронавтам нужно было провести обширную работу по установке корректирующей оптики; неудача привела бы либо к отказу от «Хаббла», либо к признанию его постоянной инвалидности. Другие компоненты вышли из строя еще до миссии, в результате чего стоимость ремонта выросла до 500 миллионов долларов (не считая стоимости полета шаттла). Успешный ремонт поможет продемонстрировать жизнеспособность строительства космической станции «Альфа» . [107]
СТС-49 в 1992 году продемонстрировал сложность космических работ. Хотя спасение Intelsat 603 получило похвалу, при этом астронавты пошли на, возможно, безрассудный риск. Ни спасение, ни посторонняя сборка компонентов прототипа космической станции не произошли в соответствии с тренировками астронавтов, что заставило НАСА пересмотреть планирование и подготовку, в том числе ремонт Хаббла. Агентство направило в миссию Стори Масгрейва , который работал над процедурами ремонта спутников с 1976 года, и шести других опытных астронавтов, в том числе двоих с STS-49. Первый директор миссии после проекта «Аполлон» [ нужны разъяснения ] должен был координировать работу экипажа с 16 предыдущими полетами шаттла. Астронавты были обучены использованию около сотни специализированных инструментов. [108]
Жара была проблемой во время предыдущих выходов в открытый космос, которые происходили при солнечном свете. Хаббл нужно было отремонтировать подальше от солнечного света. Масгрейв обнаружил во время тренировки в вакууме, 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. Всего перед запуском было проведено семь симуляций миссии, что стало самой тщательной подготовкой в истории шаттла. Полного макета Хаббла не существовало, поэтому астронавты изучали множество отдельных моделей (в том числе одну из Смитсоновского института) и мысленно объединяли их различные и противоречивые детали. [109]
Служебная миссия 1 вылетела на борту «Индевора» в декабре 1993 года и включала установку нескольких приборов и другого оборудования в течение десяти дней. Самое главное, что высокоскоростной фотометр был заменен пакетом корректирующей оптики COSTAR , а WF/PC — широкоугольной и планетарной камерой 2 (WFPC2) с внутренней системой оптической коррекции. Также были заменены солнечные батареи и их приводная электроника, четыре гироскопа в системе наведения телескопа, два электрических блока управления и другие электрические компоненты, а также два магнитометра. Бортовые компьютеры были модернизированы за счет добавления сопроцессоров , а орбита Хаббла была увеличена. [84]
13 января 1994 года НАСА объявило миссию полной успешной и показало первые более четкие изображения. [110] Миссия была одной из самых сложных на тот момент и включала пять длительных периодов работы в открытом космосе . Его успех стал благом для НАСА, а также для астрономов, у которых теперь был более мощный космический телескоп. [76] [111]
Миссия обслуживания 2, запущенная кораблем Discovery в феврале 1997 года, заменила GHRS и FOS на спектрограф изображения космического телескопа (STIS), а также камеру ближнего инфракрасного диапазона и многообъектный спектрометр (NICMOS), заменила инженерный и научный магнитофон на новый Твердотельный регистратор, отремонтирована теплоизоляция. [112] NICMOS содержал радиатор из твердого азота для уменьшения теплового шума прибора, но вскоре после его установки неожиданное тепловое расширение привело к тому, что часть радиатора вступила в контакт с оптической перегородкой. Это привело к увеличению скорости потепления прибора и сократило его первоначальный ожидаемый срок службы с 4,5 лет до примерно двух лет. [113]
Миссия по обслуживанию 3А, которой управлял «Дискавери» , состоялась в декабре 1999 года и была отделена от Миссии по обслуживанию 3 после того, как три из шести бортовых гироскопов вышли из строя. Четвертый вышел из строя за несколько недель до миссии, в результате чего телескоп стал неспособен проводить научные наблюдения. Миссия заменила все шесть гироскопов , заменила датчик точного наведения и компьютер, установила комплект повышения напряжения/температуры (VIK) для предотвращения перезарядки аккумулятора и заменила теплоизоляционные одеяла. [114]
В ходе миссии обслуживания 3B, выполняемой Колумбией в марте 2002 года, был установлен новый инструмент, при этом FOC (который, за исключением датчиков точного наведения при использовании для астрометрии, был последним из оригинальных инструментов) был заменен усовершенствованной камерой для съемки. (АКС). Это означало, что COSTAR больше не требовался, поскольку все новые инструменты имели встроенную коррекцию аберрации главного зеркала. [101] Миссия также возродила NICMOS, установив охладитель замкнутого цикла [113] и заменив солнечные батареи во второй раз, обеспечив на 30 процентов больше энергии. [115]
Планировалось, что «Хаббл» будет отремонтирован в феврале 2005 года, но катастрофа «Колумбии» в 2003 году, когда орбитальный аппарат распался при входе в атмосферу, имела далеко идущие последствия для программы «Хаббл» и других миссий НАСА. Администратор НАСА Шон О'Киф решил, что все будущие миссии шаттлов должны иметь возможность достичь безопасного убежища Международной космической станции в случае возникновения проблем в полете. Поскольку ни один шаттл не мог достичь HST и космической станции во время одной и той же миссии, будущие миссии по обслуживанию экипажа были отменены. [116] Это решение подверглось критике со стороны многих астрономов, которые считали, что Хаббл был достаточно ценным, чтобы заслужить риск для человека. [117] Планируемый преемник HST, космический телескоп Джеймса Уэбба (JWST), не должен был быть запущен к 2004 году, по крайней мере, до 2011 года. В конечном итоге JWST был запущен в декабре 2021 года. [118] Разрыв в возможностях космических наблюдений между выводом из эксплуатации Хаббл и запуск его преемника вызывали серьезную озабоченность у многих астрономов, учитывая значительное научное влияние HST. [119] Тот факт, что JWST не будет расположен на низкой околоземной орбите и, следовательно, не может быть легко модернизирован или отремонтирован в случае раннего отказа, только усилил обеспокоенность. С другой стороны, представители НАСА были обеспокоены тем, что продолжение обслуживания Хаббла поглотит средства других программ и задержит JWST. [120]
В январе 2004 года О'Киф заявил, что пересмотрит свое решение об отмене последней миссии по обслуживанию HST из-за общественного протеста и просьб Конгресса к НАСА найти способ ее спасти. Национальная академия наук созвала официальную комиссию, которая в июле 2004 года рекомендовала сохранить HST, несмотря на очевидные риски. В их докладе содержится призыв: «НАСА не должно предпринимать никаких действий, которые могли бы помешать запуску миссии по обслуживанию космического корабля «Хаббл». [121] В августе 2004 года О'Киф попросил Центр космических полетов Годдарда подготовить подробное предложение по миссии по обслуживанию роботов. Позже эти планы были отменены, а роботизированная миссия была названа «неосуществимой». [122] В конце 2004 года несколько членов Конгресса во главе с сенатором Барбарой Микульски провели публичные слушания и вели борьбу с большой общественной поддержкой (включая тысячи писем от школьников со всей территории США), чтобы заставить администрацию Буша и НАСА пересмотреть свое решение. решение отказаться от планов спасательной миссии Хаббла. [123]
Назначение в апреле 2005 года нового администратора НАСА Майкла Д. Гриффина изменило ситуацию, поскольку Гриффин заявил, что рассмотрит возможность миссии по обслуживанию с экипажем. [124] Вскоре после своего назначения Гриффин уполномочил Годдарда приступить к подготовке пилотируемого полета по техническому обслуживанию Хаббла, заявив, что он примет окончательное решение после следующих двух миссий шаттла. В октябре 2006 года Гриффин дал окончательное добро, и 11-дневная миссия « Атлантиды» была запланирована на октябрь 2008 года. В сентябре 2008 года вышел из строя главный блок обработки данных Хаббла [125] , что привело к остановке всей передачи научных данных до тех пор, пока не будет создано резервное копирование. был введен в эксплуатацию 25 октября 2008 года. [126] Поскольку отказ резервного блока оставил бы HST беспомощным, миссия по обслуживанию была отложена, чтобы включить замену основного блока. [125]
Миссия обслуживания 4 (SM4), выполненная Атлантисом в мае 2009 года, была последней запланированной миссией шаттла HST. [103] [127] SM4 установил сменный блок обработки данных, отремонтировал системы ACS и STIS, установил улучшенные никель-гидридные батареи и заменил другие компоненты, включая все шесть гироскопов. SM4 также установила два новых инструмента наблюдения — широкоугольную камеру 3 (WFC3) и спектрограф космического происхождения (COS) [128] — а также систему мягкого захвата и сближения , которая позволит в будущем сближение, захват и безопасную утилизацию Хаббла. либо пилотируемая, либо роботизированная миссия. [129] За исключением канала высокого разрешения ACS , который не подлежал ремонту и был отключен, [130] [131] [132] работы, выполненные во время SM4, сделали телескоп полностью функциональным. [103]
С момента запуска программы был реализован ряд исследовательских проектов, некоторые из них почти исключительно с Хабблом, другие координировали такие объекты, как рентгеновская обсерватория Чандра и Очень Большой Телескоп ESO . Хотя обсерватория Хаббл подходит к концу своего существования, для нее еще запланированы крупные проекты. Одним из примеров является текущий (2022 г.) проект ULLYSES (Библиотека молодых звезд ультрафиолетового наследия как основные стандарты), который продлится в течение трех лет и будет направлен на наблюдение за набором молодых звезд с большой и малой массой и прольет свет на образование и состав звезд. Другим проектом является проект OPAL (Наследие атмосферы внешней планеты), который направлен на понимание эволюции и динамики атмосфер внешних планет (таких как Юпитер и Уран) путем проведения базовых наблюдений в течение длительного периода. [133]
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 зародышей космической структуры менее чем через миллиард лет после Большого взрыва». [134] На сайте проекта CANDELS цели исследования описываются следующим образом: [135]
Исследование глубокого внегалактического наследия Cosmic Assembly в ближнем ИК-диапазоне предназначено для документирования первой трети галактической эволюции от z = 8 до 1,5 посредством глубоких изображений более чем 250 000 галактик с помощью WFC3/IR и ACS. Он также найдет первые SNe типа Ia за пределами z > 1,5 и установит их точность в качестве стандартных свечей для космологии. Выбраны пять основных многоволновых регионов неба; каждый из них имеет многоволновые данные со Спитцера и других объектов, а также обширную спектроскопию более ярких галактик. Использование пяти широко разнесенных полей смягчает космическую дисперсию и дает статистически надежные и полные выборки галактик с массой до 10 9 солнечных масс до z ~ 8.
Программа, официально названная «Инициатива Хаббла по глубоким полям 2012», направлена на расширение знаний о раннем формировании галактик путем изучения галактик с большим красным смещением в пустых полях с помощью гравитационного линзирования , чтобы увидеть «самые слабые галактики в далекой Вселенной». [136] На веб-странице Frontier Fields описаны цели программы:
Обзор космической эволюции (COSMOS) [138] — это астрономический обзор, предназначенный для изучения формирования и эволюции галактик в зависимости как от космического времени (красное смещение), так и от окружающей среды местной галактики. Обзор охватывает экваториальное поле площадью два квадратных градуса со спектроскопией и рентгеновскими и радиоизображениями, полученными большинством основных космических телескопов и рядом крупных наземных телескопов, [139] что делает его ключевым регионом внегалактической астрофизики. КОСМОС был запущен в 2006 году как крупнейший проект, реализованный космическим телескопом Хаббл в то время, и до сих пор представляет собой самую большую непрерывную область неба, покрытую для целей картирования глубокого космоса в пустых полях , что в 2,5 раза превышает площадь Луны на небе. и в 17 раз больше, чем самый крупный из регионов КАНДЕЛС. Научное сотрудничество КОСМОС, возникшее в результате первоначального исследования КОСМОС, является крупнейшим и самым продолжительным внегалактическим сотрудничеством, известным своей коллегиальностью и открытостью. Изучение галактик в их окружении возможно только на больших участках неба, превышающих полквадрата. [140] Обнаружено более двух миллионов галактик, охватывающих 90% возраста Вселенной . Сотрудничество COSMOS возглавляют Кейтлин Кейси, Джейхан Карталтепе и Вернеса Смольчич, в нем участвуют более 200 ученых из десятка стран. [138]
Любой может подать заявку на время работы на телескопе; ограничений по гражданству или академической принадлежности нет, но финансирование анализа доступно только учреждениям США. [141] Конкуренция за время на телескопе острая: около одной пятой предложений, представленных в каждом цикле, выделяется время по графику. [142] [143]
Призывы к подаче заявок проводятся примерно ежегодно, при этом время отводится на цикл продолжительностью около одного года. Предложения делятся на несколько категорий; Предложения «общего наблюдателя» являются наиболее распространенными и охватывают рутинные наблюдения. «Моментальные наблюдения» - это наблюдения, в которых цели требуют всего 45 минут или меньше времени телескопа, включая накладные расходы, такие как обнаружение цели. Моментальные наблюдения используются для заполнения пробелов в расписании телескопов, которые не могут быть заполнены обычными программами общих наблюдателей. [144]
Астрономы могут делать предложения «Цели возможностей», в которых наблюдения планируются, если переходное событие, охватываемое предложением, происходит во время цикла планирования. Кроме того, до 10% времени телескопа отводится «времени 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. [145]
Другие варианты использования времени DD включали наблюдения, которые привели к получению изображений глубокого поля Хаббла и сверхглубокого поля Хаббла, а также в первые четыре цикла работы телескопа наблюдения, которые проводились астрономами-любителями. [146] [147]
В 2012 году ЕКА провело конкурс на публичную обработку изображений данных Хаббла, чтобы стимулировать обнаружение «скрытых сокровищ» в необработанных данных Хаббла. [148] [149]
Первый директор STScI Риккардо Джаккони объявил в 1986 году, что он намерен посвятить часть своего директорского времени тому, чтобы позволить астрономам-любителям использовать телескоп. Общее время, которое нужно было выделить, составляло всего несколько часов на цикл, но вызвало большой интерес среди астрономов-любителей. [146] [147]
Предложения о любительском времени строго рассматривались комитетом астрономов-любителей, и время присуждалось только тем предложениям, которые считались имеющими подлинную научную ценность, не дублировали предложения профессионалов и требовали уникальных возможностей космического телескопа. Тринадцать астрономов-любителей были награждены временем на телескопе, наблюдения проводились в период с 1990 по 1997 год. [146] Одним из таких исследований было « Переходные кометы — УФ-поиск ОН ». Первое предложение, «Исследование постзатменного осветления и изменений альбедо на Ио космическим телескопом Хаббла», было опубликовано в журнале Icarus [150] , посвященном исследованиям Солнечной системы. Второе исследование другой группы любителей также было опубликовано в журнале «Икар» . [151] Однако после этого сокращение бюджета STScI сделало поддержку работ астрономов-любителей несостоятельной, и никаких дополнительных любительских программ не проводилось. [146] [147]
Регулярные предложения Хаббла по-прежнему включают находки или объекты, обнаруженные любителями и гражданскими учеными . Эти наблюдения часто проводятся в сотрудничестве с профессиональными астрономами. Одним из самых ранних подобных наблюдений является Большое Белое Пятно 1990 года [152] на планете Сатурн, открытое астрономом-любителем С. Уилбером [153] и наблюдаемое HST по предложению Дж. Вестфаля ( Калифорнийский технологический институт ). [154] [155] Более поздние профессионально-любительские наблюдения Хаббла включают открытия в рамках проекта Galaxy Zoo , такие как галактики Вурверпьес и Зеленый горошек . [156] [157] Программа «Жемчужины галактик» основана на списке объектов, составленном волонтерами Galaxy Zoo и сокращенном с помощью онлайн-голосования. [158] Кроме того, имеются наблюдения за малыми планетами , открытыми астрономами-любителями, такими как 2I/Борисов , и изменениями в атмосферах газовых гигантов Юпитера и Сатурна или ледяных гигантов Урана и Нептуна. [159] [160] В мирах профессионального сотрудничества HST использовался для наблюдения объекта планетарной массы , названного WISE J0830+2837 . Необнаружение HST помогло классифицировать этот своеобразный объект. [161]
В начале 1980-х годов НАСА и STScI созвали четыре группы для обсуждения ключевых проектов. Это были проекты, которые были важны с научной точки зрения и требовали значительного времени телескопа, которое было бы специально посвящено каждому проекту. Это гарантировало, что эти конкретные проекты будут завершены раньше, на случай, если телескоп выйдет из строя раньше, чем ожидалось. Группы выделили три таких проекта: 1) исследование ближней межгалактической среды с использованием линий поглощения квазаров для определения свойств межгалактической среды и газосодержания галактик и групп галактик; [162] 2) съемка средней глубины с использованием широкоугольной камеры для сбора данных всякий раз, когда использовался один из других инструментов [163] и 3) проект по определению постоянной Хаббла с точностью до десяти процентов за счет уменьшения ошибок, как внешних, так и внутренний, при калибровке шкалы расстояний. [164]
.png/1280px-Hubble_Extreme_Deep_Field_(full_resolution).png)
Хаббл помог решить некоторые давние проблемы в астрономии, а также поднял новые вопросы. Некоторые результаты потребовали новых теорий для их объяснения.
Одной из основных задач миссии было измерение расстояний до переменных звезд цефеид более точно, чем когда-либо прежде, и таким образом ограничить значение постоянной Хаббла — меры скорости расширения Вселенной, которая также связана с ее 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. [165] Предполагаемый возраст сейчас составляет около 13,7 миллиардов лет, но до телескопа Хаббл ученые предсказывали возраст от 10 до 20 миллиардов лет. [166]
Хотя Хаббл помог уточнить оценки возраста Вселенной, он также перевернул теории о ее будущем. Астрономы из группы поиска сверхновых с высоким z и проекта «Космология сверхновых» использовали наземные телескопы и HST для наблюдения далеких сверхновых и обнаружили доказательства того, что расширение Вселенной не замедляется под действием гравитации , а ускоряется . Трое членов этих двух групп впоследствии были удостоены Нобелевской премии за свое открытие. [167] Причина этого ускорения остается плохо изученной; [168] термин, используемый для обозначения неизвестной в настоящее время причины, — это темная энергия , означающая, что она темна (невозможно непосредственно увидеть и обнаружить) для наших нынешних научных инструментов. [169]
Спектры и изображения высокого разрешения, предоставленные HST, особенно хорошо подходят для установления распространенности черных дыр в центрах близлежащих галактик. Хотя в начале 1960-х годов была выдвинута гипотеза о том, что черные дыры могут быть найдены в центрах некоторых галактик, а астрономы в 1980-х годах определили ряд хороших кандидатов в черные дыры, работа, проведенная с помощью Хаббла, показывает, что черные дыры, вероятно, являются общими для центров некоторых галактик. всех галактик. [170] Программы Хаббла также установили, что массы ядерных черных дыр и свойства галактик тесно связаны. [171] [172]
Уникальным окном во Вселенную, созданным Хабблом, являются 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. Изображения показывают галактики, находящиеся на расстоянии миллиардов световых лет, тем самым предоставляя информацию о ранней Вселенной и, соответственно, породили множество научных работ. Камера Wide Field Camera 3 улучшила обзор этих полей в инфракрасном и ультрафиолетовом диапазонах, помогая обнаруживать некоторые из самых далеких обнаруженных объектов, таких как MACS0647-JD . [173]
Нестандартный объект SCP 06F6 был открыт космическим телескопом Хаббл в феврале 2006 года. [174] [175]
3 марта 2016 года исследователи, использующие данные Хаббла, объявили об открытии самой далекой на сегодняшний день подтвержденной галактики: GN-z11 , которую Хаббл наблюдал, поскольку она существовала примерно через 400 миллионов лет после Большого взрыва. [176] Наблюдения Хаббла проводились 11 февраля 2015 г. и 3 апреля 2015 г. в рамках обзоров CANDELS / GOODS -North. [177] [178]
Столкновение кометы Шумейкера-Леви-9 с Юпитером в 1994 году было случайно приурочено астрономам: оно произошло всего через несколько месяцев после того, как Миссия обслуживания 1 восстановила оптические характеристики Хаббла. Снимки планеты, полученные Хабблом , были более четкими, чем все, полученные после прохождения «Вояджера-2» в 1979 году, и сыграли решающую роль в изучении динамики столкновения большой кометы с Юпитером — события, которое, как полагают, происходит раз в несколько столетий. [179]
В марте 2015 года исследователи объявили, что измерения полярных сияний вокруг Ганимеда , одного из спутников Юпитера, показали, что у него есть подземный океан. Используя «Хаббл» для изучения движения полярных сияний, исследователи определили, что большой океан с соленой водой помогает подавить взаимодействие между магнитным полем Юпитера и Ганимеда. По оценкам, глубина океана составляет 100 км (60 миль), и он находится под ледяной коркой толщиной 150 км (90 миль). [180] [181]
HST также использовался для изучения объектов во внешних пределах Солнечной системы, включая карликовые планеты Плутон , [182] Эриду , [183] и Седну . [184] В июне и июле 2012 года американские астрономы с помощью Хаббла обнаружили Стикс , крошечную пятую луну, вращающуюся вокруг Плутона. [185]
С июня по август 2015 года «Хаббл» использовался для поиска цели объекта пояса Койпера (KBO) в рамках расширенной миссии « Новые горизонты пояса Койпера» (KEM), когда аналогичные поиски с помощью наземных телескопов не смогли найти подходящую цель. [186] Это привело к открытию как минимум пяти новых ОПК, включая возможную цель KEM, 486958 Аррокот , к которой аппарат New Horizons пролетел вблизи 1 января 2019 года. [187] [188] [189]
В апреле 2022 года НАСА объявило, что астрономы смогли использовать изображения HST для определения размера ядра кометы C/2014 UN271 (Бернардинелли-Бернштейн) , которая является крупнейшим ледяным ядром кометы, когда-либо наблюдавшимся астрономами. Ядро C/2014 UN271 имеет предполагаемую массу 50 триллионов тонн, что в 50 раз превышает массу других известных комет в нашей Солнечной системе. [190]
11 декабря 2015 года Хаббл сделал снимок первого в истории предсказанного повторного появления сверхновой, получившего название « Рефсдал », которое было рассчитано с использованием различных массовых моделей скопления галактик, гравитация которого искажает свет сверхновой. Ранее сверхновую видели в ноябре 2014 года за скоплением галактик MACS J1149.5+2223 в рамках программы Хаббла Frontier Fields. Свету скопления потребовалось примерно пять миллиардов лет, чтобы достичь Земли, в то время как свету сверхновой позади него потребовалось на пять миллиардов лет больше, если судить по их соответствующим красным смещениям . Из-за гравитационного воздействия скопления галактик вместо одного появилось четыре изображения сверхновой, пример креста Эйнштейна . На основе ранних моделей линз прогнозировалось, что пятое изображение снова появится к концу 2015 года. [192] Рефсдал снова появился, как и было предсказано, в 2015 году. [193]
В марте 2019 года наблюдения Хаббла и данные космической обсерватории Гайя Европейского космического агентства были объединены, чтобы определить, что масса Галактики Млечный Путь примерно в 1,5 триллиона раз превышает массу Солнца, что является промежуточным значением между предыдущими оценками. [194]
Другие открытия, сделанные с помощью данных Хаббла, включают протопланетные диски ( проплиды ) в туманности Ориона ; [195] доказательства наличия внесолнечных планет вокруг звезд типа Солнца; [196] и оптические аналоги до сих пор загадочных гамма-всплесков . [197] Используя гравитационное линзирование , Хаббл наблюдал галактику, обозначенную MACS 2129-1, примерно в 10 миллиардах световых лет от Земли. MACS 2129-1 опроверг ожидания относительно галактик, в которых прекратилось образование новых звезд, что является важным результатом для понимания формирования эллиптических галактик . [198]
В 2022 году Хаббл обнаружил свет самой далекой отдельной звезды, когда-либо виденной на сегодняшний день. Звезда WHL0137-LS (по прозвищу Эарендель ) существовала в течение первого миллиарда лет после Большого взрыва. Ее будут наблюдать с помощью космического телескопа Джеймса Уэбба НАСА, чтобы подтвердить, что Эарендел действительно является звездой. [199]
Многие объективные измерения показывают положительное влияние данных Хаббла на астрономию. Более 15 000 статей , основанных на данных Хаббла, были опубликованы в рецензируемых журналах [200] , и бесчисленное множество других появилось в материалах конференций . Если посмотреть на статьи спустя несколько лет после их публикации, то можно увидеть, что около трети всех астрономических статей не цитируются , в то время как только два процента статей, основанных на данных Хаббла, не цитируются. В среднем статья, основанная на данных Хаббла, цитируется примерно в два раза больше, чем статья, основанная на данных, не принадлежащих Хабблу. Из 200 статей, публикуемых каждый год и получающих наибольшее количество цитирований, около 10% основаны на данных Хаббла. [201]
Хотя HST явно помог астрономическим исследованиям, его финансовые затраты были велики. Исследование относительных астрономических преимуществ телескопов разных размеров показало, что, хотя статьи, основанные на данных HST, цитируются в 15 раз больше, чем 4-метровые наземные телескопы, такие как телескоп Уильяма Гершеля , HST стоит около 100 раз больше, чтобы построить и поддерживать. [202]
Выбор между созданием наземных и космических телескопов является сложным. Еще до запуска Хаббла специализированные наземные методы, такие как интерферометрия с маскированием апертуры, позволили получить оптические и инфракрасные изображения более высокого разрешения, чем Хаббл, хотя и ограничивались целями примерно в 10 8 раз ярче, чем самые слабые цели, наблюдаемые Хабблом. [203] [204] С тех пор достижения в области адаптивной оптики расширили возможности получения изображений с высоким разрешением наземных телескопов до получения инфракрасных изображений слабых объектов. Полезность адаптивной оптики по сравнению с наблюдениями HST сильно зависит от конкретных деталей задаваемых исследовательских вопросов. В видимом диапазоне адаптивная оптика может корректировать только относительно небольшое поле зрения, тогда как HST может создавать оптические изображения высокого разрешения в более широком поле зрения. [205] Более того, «Хаббл» может отображать более слабые объекты, поскольку на наземные телескопы влияет фон рассеянного света, создаваемый атмосферой Земли. [206]
Помимо своих научных результатов, Хаббл также внес значительный вклад в аэрокосмическую технику , в частности в производительность систем на низкой околоземной орбите (НОО). Эти открытия стали результатом длительного пребывания Хаббла на орбите, обширного оснащения и возвращения сборок на Землю, где их можно будет детально изучить. В частности, Хаббл внес свой вклад в исследования поведения графитовых композитных структур в вакууме, оптического загрязнения остаточными газами и человеческим обслуживанием, радиационного повреждения электроники и датчиков, а также долгосрочного поведения многослойной изоляции . [207] Одним из извлеченных уроков было то, что гироскопы, собранные с использованием сжатого кислорода для подачи суспензионной жидкости, были склонны к выходу из строя из-за коррозии электрических проводов. Гироскопы теперь собираются с использованием сжатого азота. [208] Другая причина заключается в том, что оптические поверхности на НОО могут иметь удивительно долгий срок службы; Ожидалось, что Хаббл прослужит всего 15 лет, прежде чем зеркало станет непригодным для использования, но через 14 лет не произошло заметного ухудшения состояния. [117] Наконец, миссии обслуживания 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. [209]
Данные Хаббла изначально хранились на космическом корабле. На момент запуска хранилища представляли собой старомодные катушечные ленточные накопители , но во время обслуживания миссий 2 и 3А они были заменены твердотельными хранилищами данных . Примерно два раза в день космический телескоп «Хаббл» передает данные на спутник геосинхронной спутниковой системы слежения и ретрансляции данных (TDRSS), который затем передает научные данные на одну из двух микроволновых антенн с высоким коэффициентом усиления диаметром 60 футов (18 метров). расположен на испытательном полигоне Уайт-Сэндс в Уайт-Сэндс, штат Нью-Мексико . [143] Оттуда они отправляются в Центр управления операциями космического телескопа в Центре космических полетов Годдарда и, наконец, в Научный институт космического телескопа для архивирования. [143] Каждую неделю HST передает по нисходящей линии около 140 гигабит данных. [2]
Все изображения с «Хаббла» представляют собой монохроматические оттенки серого , полученные через множество фильтров, каждый из которых пропускает свет определенной длины, и встроены в каждую камеру. Цветные изображения создаются путем объединения отдельных монохромных изображений, снятых с помощью разных фильтров. Этот процесс также может создавать версии изображений с искусственными цветами , включая инфракрасные и ультрафиолетовые каналы, где инфракрасное излучение обычно отображается как темно-красный, а ультрафиолетовое — как темно-синий. [211] [212]
Все данные Хаббла в конечном итоге становятся доступными через Архив космических телескопов Микульского в STScI , [213] CADC [214] и ESA/ESAC . [215] Данные обычно являются собственностью компании и доступны только главному исследователю (PI) и астрономам, назначенным им, в течение двенадцати месяцев после их получения. В некоторых обстоятельствах ИП может обратиться к директору ГНЦИ с просьбой продлить или сократить период владения. [216]
Наблюдения, сделанные в свободное время директора, освобождаются от периода собственности и немедленно публикуются. Данные калибровки, такие как плоские поля и темные рамки, также сразу становятся общедоступными. Все данные в архиве представлены в формате FITS , который подходит для астрономического анализа, но не для публичного использования. [217] Проект «Наследие Хаббла» обрабатывает и публикует небольшую подборку наиболее ярких изображений в форматах JPEG и TIFF . [218]
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 калибровочные файлы. Такая обработка «на лету» означает, что обработка и возврат больших запросов данных может занять день или больше. Процесс автоматической калибровки данных известен как «конвейерная обработка» и становится все более распространенным в крупных обсерваториях. Астрономы могут, если захотят, сами получить файлы калибровки и запустить программу сокращения конвейеров локально. Это может оказаться желательным, если необходимо использовать файлы калибровки, отличные от тех, которые выбираются автоматически. [219]
Данные Хаббла можно анализировать с использованием множества различных пакетов. STScI поддерживает специально разработанное программное обеспечение Системы анализа научных данных космического телескопа (STSDAS), которое содержит все программы, необходимые для выполнения конвейерного сокращения файлов необработанных данных, а также множество других инструментов обработки астрономических изображений, адаптированных к требованиям данных Хаббла. Программное обеспечение работает как модуль IRAF , популярной программы обработки астрономических данных. [220]
НАСА считало важным, чтобы Космический телескоп привлек внимание общественности, учитывая значительный вклад налогоплательщиков в его строительство и эксплуатационные расходы. [221] После трудных первых лет, когда неисправное зеркало серьезно подорвало репутацию Хаббла среди общественности, первая миссия по обслуживанию позволила восстановить его, поскольку исправленная оптика позволила получить множество замечательных изображений. [76] [222]
Несколько инициатив помогли держать общественность в курсе деятельности Хаббла. В Соединенных Штатах информационно-пропагандистскую деятельность координирует Управление по связям с общественностью Научного института космического телескопа (STScI), которое было создано в 2000 году для обеспечения того, чтобы налогоплательщики США увидели преимущества своих инвестиций в программу космических телескопов. С этой целью STScI управляет веб-сайтом HubbleSite.org. Проект «Наследие Хаббла» , действующий на базе STScI, предоставляет публике высококачественные изображения наиболее интересных и ярких наблюдаемых объектов. Команда Heritage состоит из астрономов-любителей и профессиональных астрономов, а также людей, не имеющих опыта работы в астрономии, и подчеркивает эстетическую природу изображений Хаббла. Проекту «Наследие» предоставляется небольшое количество времени для наблюдения за объектами, изображения которых по научным причинам не могут быть получены на длинах волн, достаточных для построения полноцветного изображения. [218]
С 1999 года ведущей исследовательской группой Хаббла в Европе является Информационный центр Европейского космического агентства Хаббла (HEIC). [223] Этот офис был создан в Европейском координационном центре космического телескопа в Мюнхене, Германия. Миссия HEIC - выполнять информационно-просветительские и образовательные задачи HST для Европейского космического агентства. Работа сосредоточена на выпуске новостей и фоторелизов, в которых освещаются интересные результаты и изображения Хаббла. Зачастую они имеют европейское происхождение, что повышает осведомленность как о доле ЕКА в телескопе Хаббла (15%), так и о вкладе европейских ученых в обсерваторию. ЕКА выпускает образовательные материалы, в том числе серию видеотрансляций под названием Hubblecast, предназначенную для обмена научными новостями мирового уровня с общественностью. [224]
Космический телескоп Хаббл получил две награды Космического фонда за достижения в области космоса за свою информационно-просветительскую деятельность в 2001 и 2010 годах. [225]
Реплика космического телескопа «Хаббл» выставлена на лужайке перед зданием суда в Маршфилде, штат Миссури , родном городе тезки Эдвина П. Хаббла. [226]
.jpg/1280px-HH_901_and_HH_902_in_the_Carina_nebula_(captured_by_the_Hubble_Space_Telescope).jpg)
24 апреля 2010 года космический телескоп «Хаббл» отпраздновал свое 20-летие пребывания в космосе. В ознаменование этого события НАСА, ЕКА и Научный институт космического телескопа (STScI) опубликовали изображение туманности Киля . [227]
В ознаменование 25-летия пребывания Хаббла в космосе 24 апреля 2015 года STScI опубликовал на своем веб-сайте Hubble 25 изображения скопления Вестерлунд-2 , расположенного на расстоянии около 20 000 световых лет (6100 пк) в созвездии Киля. [228] Европейское космическое агентство создало на своем сайте специальную страницу, посвященную 25-летнему юбилею. [229] В апреле 2016 года к 26-летию Хаббла было опубликовано специальное праздничное изображение туманности Пузырь . [230]
HST использует гироскопы для обнаружения и измерения любых вращений, чтобы он мог стабилизироваться на орбите и точно и стабильно наводиться на астрономические цели. Для работы обычно требуются три гироскопа; наблюдения по-прежнему возможны с двумя или одним, но видимая область неба будет несколько ограничена, а наблюдения, требующие очень точного наведения, будут более трудными. [231] В 2018 году планировалось перейти в режим одного гироскопа, если в рабочем состоянии будет менее трёх работающих гироскопов. Гироскопы являются частью системы управления наведением , в которой используются пять типов датчиков (магнитные датчики, оптические датчики и гироскопы) и два типа исполнительных механизмов ( реактивные колеса и магнитные крутящие устройства ). [232]
После катастрофы «Колумбии» в 2003 году было неясно, возможна ли еще одна миссия по обслуживанию, и срок службы гироскопа снова стал проблемой, поэтому инженеры разработали новое программное обеспечение для режимов с двумя и одним гироскопом, чтобы максимально увеличить потенциальный срок службы. Разработка оказалась успешной, и в 2005 году было решено перейти на режим двух гироскопов для регулярной работы телескопа как средство продления срока миссии. Переключение в этот режим было произведено в августе 2005 года, в результате чего на «Хаббле» остались два используемых гироскопа, два в резервном режиме и два неработоспособных. [233] Еще один гироскоп вышел из строя в 2007 году. [234]
К моменту последней ремонтной миссии в мае 2009 года, в ходе которой 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, вызванной воздухом под давлением кислорода, используемым для подачи густой суспендирующей жидкости. [208] Новые модели гироскопов собирались с использованием сжатого азота [208] и ожидалось, что они будут гораздо более надежными. [235] В ходе миссии по обслуживанию в 2009 году все шесть гироскопов были заменены, и спустя почти десять лет только три гироскопа вышли из строя, и только после превышения среднего ожидаемого времени работы для конструкции. [236]
Из шести гироскопов, замененных в 2009 году, три имели старую конструкцию, подверженную выходу из строя гибкого провода, а три имели новую конструкцию с более длительным ожидаемым сроком службы. Первый из гироскопов старого образца вышел из строя в марте 2014 года, второй - в апреле 2018 года. 5 октября 2018 года вышел из строя последний из гироскопов старого образца, и один из гироскопов нового образца был включен из резервного режима. состояние. Однако этот резервный гироскоп не сразу заработал в эксплуатационных пределах, поэтому обсерватория была переведена в «безопасный» режим, пока ученые пытались решить проблему. [237] [238] 22 октября 2018 года НАСА написало в Твиттере, что «скорость вращения, создаваемая резервным гироскопом, снизилась и теперь находится в пределах нормального диапазона. Необходимо провести дополнительные испытания, чтобы гарантировать, что Хаббл сможет вернуться к научным операциям». с этим гироскопом». [239]
Решение, которое вернуло резервный гироскоп нового типа в рабочий диапазон, широко сообщалось как «его выключение и повторное включение». [240] Был выполнен «перезапуск» гироскопа, но это не дало никакого эффекта, и окончательное решение проблемы было более сложным. Неисправность была объяснена несоответствием жидкости, окружающей поплавок внутри гироскопа (например, пузырьком воздуха). 18 октября 2018 года оперативная группа «Хаббла» направила космический корабль на серию маневров, перемещая космический корабль в противоположных направлениях, чтобы устранить несогласованность. Только после маневров и последующей серии маневров 19 октября гироскоп действительно заработал в нормальном диапазоне. [241]
В прошлых миссиях по обслуживанию старые инструменты были заменены новыми, что позволило избежать неудач и сделать возможными новые виды науки. Без обслуживающих миссий все инструменты в конечном итоге выйдут из строя. В августе 2004 года вышла из строя энергосистема спектрографа изображений космического телескопа (STIS), в результате чего прибор вышел из строя. Первоначально электроника была полностью резервной, но первый комплект электроники вышел из строя в мае 2001 года. [242] Этот источник питания был отремонтирован во время Сервисной миссии 4 в мае 2009 года. [243]
Аналогичным образом, основная электроника основной камеры Advanced Camera for Surveys (ACS) вышла из строя в июне 2006 г., а источник питания резервной электроники вышел из строя 27 января 2007 г. [244] Только солнечный слепой канал инструмента (SBC) работал при использовании электроника стороны-1. В SM 4 был добавлен новый источник питания для широкоугольного канала, но быстрые тесты показали, что это не помогло каналу высокого разрешения. [245] Широкополосный канал (WFC) был возвращен в эксплуатацию STS-125 в мае 2009 года, но канал высокого разрешения (HRC) остается отключенным. [246]
8 января 2019 года «Хаббл» перешел в частичный безопасный режим из-за подозрений в аппаратных проблемах в его самом совершенном приборе — Wide Field Camera 3. Позже НАСА сообщило, что причиной перехода прибора в безопасный режим стало обнаружение уровней напряжения, выходящих за пределы определенного диапазона. 15 января 2019 года в НАСА заявили, что причиной сбоя стала проблема с программным обеспечением. Технические данные в цепях телеметрии были неточными. Кроме того, все остальные данные телеметрии в этих цепях также содержали ошибочные значения, указывающие на то, что это проблема телеметрии, а не проблемы с питанием. После сброса цепей телеметрии и связанных с ними плат прибор снова начал работать. 17 января 2019 года аппарат был возвращен в нормальный режим работы и в тот же день завершил свои первые научные наблюдения. [247] [248]
13 июня 2021 года компьютер полезной нагрузки Хаббла остановился из-за предполагаемой проблемы с модулем памяти. Попытка перезагрузить компьютер 14 июня не удалась. Дальнейшие попытки переключиться на один из трех других резервных модулей памяти на борту космического корабля 18 июня потерпели неудачу. 23 и 24 июня инженеры НАСА переключили Хаббл на резервный компьютер полезной нагрузки, но и эти операции закончились неудачей с той же ошибкой. 28 июня 2021 года НАСА объявило, что распространяет расследование на другие компоненты. [249] [250] Научные операции были приостановлены, пока НАСА работало над диагностикой и решением проблемы. [251] [252] После выявления неисправного блока управления питанием (PCU), подающего питание на один из компьютеров Хаббла, НАСА смогло переключиться на резервный PCU и вернуть Хаббл в рабочий режим 16 июля. [253] [254] [255] [256] 23 октября 2021 года приборы HST сообщили об отсутствии сообщений синхронизации [257] и перешли в безопасный режим. [258] К 8 декабря 2021 года НАСА полностью восстановило научную деятельность и разрабатывало обновления, которые сделают инструменты более устойчивыми к отсутствующим сообщениям синхронизации. [259]
.jpg/1280px-Soft_Capture_Mechanism_installed_on_Hubble_(illustration).jpg)
Хаббл вращается вокруг Земли в чрезвычайно разреженных верхних слоях атмосферы , и со временем его орбита разрушается из-за сопротивления . Если его не перезагрузить , он снова войдет в атмосферу Земли через несколько десятилетий, а точная дата будет зависеть от того, насколько активно Солнце и его воздействие на верхние слои атмосферы. Если бы «Хаббл» совершил совершенно неконтролируемый вход в атмосферу, части главного зеркала и его опорной конструкции, вероятно, уцелели бы, что создало бы опасность повреждения или даже гибели людей. [260] В 2013 году заместитель руководителя проекта Джеймс Джелетик прогнозировал, что «Хаббл» сможет дожить до 2020-х годов. [4] В зависимости от солнечной активности и сопротивления атмосферы или их отсутствия естественный вход Хаббла в атмосферу произойдет между 2028 и 2040 годами. [4] [261] В июне 2016 года НАСА продлило контракт на обслуживание Хаббла до июня 2021 года . [ 262] В ноябре 2021 года НАСА продлило контракт на обслуживание Хаббла до июня 2026 года. [263]
Первоначальный план НАСА по безопасному выводу Хаббла с орбиты заключался в том, чтобы вернуть его с помощью космического корабля "Шаттл" . Тогда Хаббл, скорее всего, был бы выставлен в Смитсоновском институте . Это больше невозможно, поскольку флот космических шаттлов выведен из эксплуатации , и в любом случае это было бы маловероятно из-за стоимости миссии и риска для экипажа. Вместо этого НАСА рассмотрело возможность добавления внешнего двигательного модуля, позволяющего контролируемый вход в атмосферу. [264] В конце концов, в 2009 году в рамках Сервисной миссии 4, последней миссии по обслуживанию космического корабля «Шаттл», НАСА установило механизм мягкого захвата (SCM), позволяющий спустить с орбиты миссию с экипажем или роботом. SCM вместе с системой относительной навигации (RNS), установленной на шаттле для сбора данных, чтобы «позволить НАСА реализовать многочисленные варианты безопасного схода Хаббла с орбиты», составляют систему мягкого захвата и сближения (SCRS). [129] [265]
По состоянию на 2017 год администрация Трампа[обновлять] рассматривала предложение корпорации Сьерра-Невада использовать пилотируемую версию своего космического корабля Dream Chaser для обслуживания Хаббла где-то в 2020-х годах в качестве продолжения своих научных возможностей и в качестве страховки от любых сбоев в работе космического корабля Джеймса. Космический телескоп Уэбб. [266] В 2020 году Джон Грансфельд заявил, что SpaceX Crew Dragon или Orion могут выполнить еще одну ремонтную миссию в течение десяти лет. Хотя роботизированные технологии еще недостаточно сложны, сказал он во время очередного визита с экипажем: «Мы могли бы обеспечить работу Хаббла еще на несколько десятилетий» с новыми гироскопами и инструментами. [267]
В сентябре 2022 года НАСА и SpaceX подписали Соглашение о космосе, чтобы изучить возможность запуска миссии Crew Dragon для обслуживания и вывода Хаббла на более высокую орбиту, что, возможно, продлит срок его службы еще на 20 лет. [268]
Не существует прямой замены «Хабблу» как космическому телескопу ультрафиолетового и видимого света, поскольку космические телескопы ближнего радиуса действия не дублируют диапазон длин волн Хаббла (от ближнего ультрафиолета до ближнего инфракрасного диапазона), вместо этого концентрируясь на дальнейших инфракрасных диапазонах. Эти полосы предпочтительны для изучения объектов с высоким красным смещением и низкой температуры, объектов, которые обычно старше и находятся дальше во Вселенной. Эти длины волн также трудно или невозможно изучать с земли, что оправдывает затраты на космический телескоп. Большие наземные телескопы могут отображать некоторые из тех же длин волн, что и Хаббл, иногда бросают вызов HST с точки зрения разрешения за счет использования адаптивной оптики (АО), имеют гораздо большую светосилу и могут быть более легко модернизированы, но пока не могут сравниться с телескопами Хаббла. отличное разрешение в широком поле зрения на очень темном фоне космоса. [205] [206]
Планы по созданию преемника «Хаббла» материализовались в виде проекта космического телескопа следующего поколения, кульминацией которого стали планы по созданию космического телескопа Джеймса Уэбба (JWST), формального преемника «Хаббла». [269] В отличие от увеличенного «Хаббла», он предназначен для работы на более холодном расстоянии от Земли, в точке Лагранжа L2 , где тепловые и оптические помехи от Земли и Луны уменьшаются. Он не рассчитан на полную исправность (например, сменные инструменты), но в конструкцию входит стыковочное кольцо, позволяющее посещать его с других космических кораблей. [270] Основная научная цель JWST — наблюдение за самыми удаленными объектами во Вселенной, за пределами досягаемости существующих инструментов. Ожидается, что он обнаружит звезды в ранней Вселенной примерно на 280 миллионов лет старше, чем звезды, которые сейчас обнаруживает HST. [271] Телескоп является результатом международного сотрудничества НАСА, Европейского космического агентства и Канадского космического агентства с 1996 года, [272] и был запущен 25 декабря 2021 года на ракете «Ариан-5» . [273] Хотя JWST в первую очередь является инфракрасным прибором, его зона действия простирается до длины волны света 600 нм, что примерно соответствует оранжевому цвету в видимом спектре. Типичный человеческий глаз может видеть свет с длиной волны около 750 нм, поэтому существует некоторое перекрытие с самыми длинными видимыми диапазонами длин волн, включая оранжевый и красный свет. [274]
Дополнительным телескопом, наблюдающим даже в более длинных волнах, чем Хаббл или JWST, была космическая обсерватория Гершель Европейского космического агентства , запущенная 14 мая 2009 года. Как и JWST, Гершель не был предназначен для обслуживания после запуска, и его зеркало было значительно больше, чем Хаббла, но наблюдался только в дальнем инфракрасном и субмиллиметровом диапазонах . Для этого требовался гелиевый теплоноситель, который закончился 29 апреля 2013 года. [275]
Дальнейшие концепции передовых космических телескопов 21-го века включают Большой ультрафиолетовый оптический инфракрасный геодезист (LUVOIR), [277] концептуальный оптический космический телескоп размером 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 со значительно лучшим разрешением, чем у Хаббла или космического телескопа Спитцер. В окончательном отчете о планировании, подготовленном к Десятилетнему обзору астрономии и астрофизики 2020 года, была предложена дата запуска 2039 год . флагманский телескоп, который может запуститься в 2040-х годах. [279]
Существующие наземные телескопы и различные предложенные чрезвычайно большие телескопы могут превосходить HST с точки зрения чистой светосилы и предела дифракции из-за больших зеркал, но на телескопы влияют и другие факторы. В некоторых случаях они могут соответствовать или превосходить Хаббл по разрешению, используя адаптивную оптику (АО). Однако АО на больших наземных рефлекторах не сделает Хаббл и другие космические телескопы устаревшими. Большинство систем АО повышают резкость изображения в очень узком поле зрения — например, Lucky Cam создает четкие изображения шириной всего от 10 до 20 угловых секунд, тогда как камеры Хаббла создают четкие изображения в поле шириной 150 угловых секунд (2½ угловых минуты). Кроме того, космические телескопы могут изучать Вселенную во всем электромагнитном спектре, большая часть которого блокируется атмосферой Земли. Наконец, фоновое небо в космосе темнее, чем на земле, потому что воздух днем поглощает солнечную энергию, а затем выделяет ее ночью, создавая слабое, но тем не менее различимое, свечение воздуха , которое размывает малоконтрастные астрономические объекты. [280]
В данную статью включен текст из этого источника, находящегося в свободном доступе .В данную статью включен текст из этого источника, находящегося в свободном доступе .В данную статью включен текст из этого источника, находящегося в свободном доступе .В данную статью включен текст из этого источника, находящегося в свободном доступе .В данную статью включен текст из этого источника, находящегося в свободном доступе .В данную статью включен текст из этого источника, находящегося в свободном доступе .В данную статью включен текст из этого источника, находящегося в свободном доступе .В данную статью включен текст из этого источника, находящегося в свободном доступе .В данную статью включен текст из этого источника, находящегося в свободном доступе .В данную статью включен текст из этого источника, находящегося в свободном доступе .В данную статью включен текст из этого источника, находящегося в свободном доступе .В данную статью включен текст из этого источника, находящегося в свободном доступе .В данную статью включен текст из этого источника, находящегося в свободном доступе .В данную статью включен текст из этого источника, находящегося в свободном доступе .В данную статью включен текст из этого источника, находящегося в свободном доступе .В данную статью включен текст из этого источника, находящегося в свободном доступе .В данную статью включен текст из этого источника, находящегося в свободном доступе .В данную статью включен текст из этого источника, находящегося в свободном доступе . Полный отчет об ошибке в зеркале Хаббла.В данную статью включен текст из этого источника, находящегося в свободном доступе . Освещает развитие телескопа.В данную статью включен текст из этого источника, находящегося в свободном доступе . Содержит множество основных документов, таких как статья Спитцера 1946 года, отчет Вудс-Хоула об автономии STScI и меморандум о взаимопонимании ЕКА. Также включает в себя другие астрономические программы НАСА.В данную статью включен текст из этого источника, находящегося в свободном доступе . Подробный отчет о первой миссии обслуживания.
СМИ, связанные с космическим телескопом Хаббл, на Викискладе?
