Космический телескоп Хаббл (часто называемый HST или Хаббл ) — космический телескоп , который был запущен на низкую околоземную орбиту в 1990 году и до сих пор находится в эксплуатации. Это был не первый космический телескоп , но он является одним из крупнейших и самых универсальных, известный как жизненно важный исследовательский инструмент и как благо для связей с общественностью в области астрономии . Телескоп Хаббл назван в честь астронома Эдвина Хаббла и является одной из Великих обсерваторий НАСА . Научный институт космических телескопов (STScI) выбирает цели Хаббла и обрабатывает полученные данные, в то время как Центр космических полетов Годдарда (GSFC) управляет космическим аппаратом. [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 за пределами искажения атмосферы Земли позволяет ему делать снимки с чрезвычайно высоким разрешением и существенно более низким фоновым светом, чем наземные телескопы. Он записал некоторые из самых подробных изображений в видимом свете, что позволяет глубоко заглянуть в космос. Многие наблюдения Хаббла привели к прорывам в астрофизике , таким как определение 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 поддержке Европейского космического агентства . Его предполагаемый запуск был запланирован на 1983 год, но проект был осложнен техническими задержками, бюджетными проблемами и катастрофой Challenger в 1986 году . Хаббл был наконец запущен в 1990 году, но его главное зеркало было неправильно отшлифовано, что привело к сферической аберрации , которая поставила под угрозу возможности телескопа. Оптика была скорректирована до предполагаемого качества в ходе сервисной миссии в 1993 году.
Hubble — единственный телескоп, предназначенный для обслуживания в космосе астронавтами. Пять миссий Space Shuttle ремонтировали, модернизировали и заменяли системы телескопа, включая все пять основных инструментов. Пятая миссия была первоначально отменена по соображениям безопасности после катастрофы Columbia (2003), но после того, как администратор NASA Майкл Д. Гриффин одобрил ее, миссия по обслуживанию была завершена в 2009 году. Hubble завершил 30-летнюю работу в апреле 2020 года [1] и, по прогнозам, продлится до 2030–2040 годов. [4]
Хаббл — это телескоп видимого света в программе Великих обсерваторий НАСА ; другие части спектра покрываются гамма-обсерваторией Комптона , рентгеновской обсерваторией Чандра и космическим телескопом Спитцера (который охватывает инфракрасные диапазоны). [9] Преемником телескопа Хаббла в диапазоне от среднего ИК до видимого является космический телескоп Джеймса Уэбба (JWST), который был запущен 25 декабря 2021 года, а космический телескоп Нэнси Грейс Роман должен последовать за ним в 2027 году. [10] [11] [12]
В 1923 году Герман Оберт , которого считают отцом современной ракетной техники, наряду с Робертом Г. Годдардом и Константином Циолковским , опубликовал работу «Ракета в планетарном пространстве», в которой упоминалось, как телескоп может быть выведен на околоземную орбиту с помощью ракеты. [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 ней он обсуждал два основных преимущества, которые космическая обсерватория имела бы перед наземными телескопами. Во-первых, угловое разрешение (наименьшее разделение, при котором объекты можно четко различить) было бы ограничено только дифракцией , а не турбулентностью в атмосфере, которая заставляет звезды мерцать, что известно астрономам как видение . В то время наземные телескопы были ограничены разрешением 0,5–1,0 угловых секунд , по сравнению с теоретическим дифракционно-ограниченным разрешением 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 продвижению идеи создания космического телескопа. [15] В 1962 году доклад Национальной академии наук США рекомендовал разработку космического телескопа как часть космической программы , а в 1965 году Спитцер был назначен главой комитета, которому было поручено определить научные цели для большого космического телескопа. [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, расхваливая научную ценность телескопа. После того, как он был одобрен, она стала научным сотрудником программы, создав руководящий комитет, ответственный за то, чтобы сделать потребности астрономов осуществимыми для реализации [18] и на протяжении 1970-х годов писала показания Конгрессу , чтобы отстаивать продолжение финансирования телескопа. [19] Ее работа в качестве научного сотрудника проекта помогла установить стандарты для работы НАСА над крупными научными проектами. [20]
Космическая астрономия началась в очень малых масштабах после Второй мировой войны , когда ученые использовали разработки, которые имели место в ракетной технике. Первый ультрафиолетовый спектр Солнца был получен в 1946 году, [21] и НАСА запустило Орбитальную солнечную обсерваторию (OSO) для получения спектров УФ, рентгеновских и гамма-лучей в 1962 году. [22] Орбитальный солнечный телескоп был запущен в 1962 году Соединенным Королевством в рамках программы Ariel , а в 1966 году НАСА запустило первую миссию Орбитальной астрономической обсерватории (OAO). Батарея JSC-1 вышла из строя через три дня, прервав миссию. За ней последовала Орбитальная астрономическая обсерватория 2 (OAO-2), которая проводила ультрафиолетовые наблюдения звезд и галактик с момента своего запуска в 1968 году до 1972 года, намного превысив свой первоначально запланированный срок службы в один год. [23]
Миссии OSO и JSC продемонстрировали важную роль космических наблюдений в астрономии. В 1968 году NASA разработало твердые планы по созданию космического телескопа-рефлектора с зеркалом диаметром 3 м (9,8 фута), предварительно известного как Большой орбитальный телескоп или Большой космический телескоп (LST), запуск которого был запланирован на 1979 год. В этих планах подчеркивалась необходимость в пилотируемых миссиях по обслуживанию телескопа, чтобы гарантировать, что такая дорогостоящая программа будет иметь длительный срок службы, а одновременная разработка планов по созданию многоразового космического челнока указывала на то, что технология, позволяющая это сделать, скоро станет доступной. [24]
Продолжающийся успех программы ОАО способствовал все более прочному консенсусу в астрономическом сообществе относительно того, что LST должен быть главной целью. В 1970 году НАСА создало два комитета: один для планирования инженерной стороны проекта космического телескопа, а другой для определения научных целей миссии. После того, как они были созданы, следующим препятствием для НАСА стало получение финансирования для инструмента, который был бы намного дороже, чем любой наземный телескоп. Конгресс США подверг сомнению многие аспекты предлагаемого бюджета для телескопа и вынудил сократить бюджет на этапах планирования, которые в то время состояли из очень подробных 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 выделить символические 5 миллионов долларов на Хаббл из бюджета НАСА. Тогдашний заместитель администратора НАСА по космической науке Ноэль Хинерс вместо этого сократил все финансирование Хаббла, делая ставку на то, что это подтолкнет научное сообщество к борьбе за полное финансирование. Как вспоминает Хинерс: [26]
В тот год стало ясно, что мы не сможем получить полноценный старт. На [Капитолийском] холме было некоторое противодействие новому старту [Хаббла]. Насколько я помню, это было обусловлено в значительной степени бюджетной ситуацией. Джим Флетчер предложил, чтобы мы вложили 5 миллионов долларов в качестве временного заглушки. Мне эта идея не понравилась. Это была, выражаясь сегодняшним языком, «подачка» астрономическому сообществу. «Там что-то есть, так что все хорошо».
Я решил в своей маленькой голове, что для того, чтобы взбодрить это сообщество, нам лучше его обнулить. Тогда они бы сказали: «Ого, у нас большие проблемы», и это бы мобилизовало войска. Поэтому я выступил за то, чтобы мы ничего не вносили. Я не помню никаких подробных обсуждений или были ли они вообще, но Джим согласился с этим, и мы его обнулили. С моей точки зрения, это имело желаемый эффект, стимулируя астрономическое сообщество возобновить свои усилия на фронте лоббирования. Хотя мне нравится думать задним числом, что это был блестящий политический ход, я не уверен, что я все хорошо продумал. Это было что-то, что было сделано спонтанно.
[...] 5 миллионов долларов позволили бы им думать, что все хорошо в любом случае, но это не так. Так что давайте дадим им сообщение. Мое собственное мышление, чтобы они стимулировались к действию. Обнуление этого, безусловно, дало бы это сообщение. Я думаю, это было так просто. Я не говорил ни с кем другим о том, чтобы сделать это первым, просто: «Давайте сделаем это». Вуаля, это сработало. Не знаю, сделаю ли я это снова.
Политический ход сработал. В ответ на обнуление бюджета NASA по Хабблу, среди астрономов была организована общенациональная лоббистская кампания. Многие астрономы встречались с конгрессменами и сенаторами лично, и были организованы масштабные кампании по написанию писем. Национальная академия наук опубликовала отчет, в котором подчеркивалась необходимость космического телескопа, и в конечном итоге Сенат согласился на половину бюджета, который изначально был одобрен Конгрессом. [27]
Проблемы с финансированием привели к сокращению масштаба проекта, при этом предлагаемый диаметр зеркала был уменьшен с 3 м до 2,4 м, как для сокращения расходов [28], так и для обеспечения более компактной и эффективной конфигурации оборудования телескопа. Предложенный предшественник космического телескопа диаметром 1,5 м (4 фута 11 дюймов) для тестирования систем, которые будут использоваться на главном спутнике, был отклонен, а бюджетные проблемы также побудили к сотрудничеству с Европейским космическим агентством (ESA). ESA согласилось предоставить финансирование и поставку одного из инструментов первого поколения для телескопа, а также солнечных батарей , которые будут его питать, и персонала для работы на телескопе в Соединенных Штатах в обмен на то, что европейским астрономам будет гарантировано не менее 15% времени наблюдений на телескопе. [29] В конечном итоге Конгресс одобрил финансирование в размере 36 миллионов долларов США на 1978 год, и проектирование LST началось всерьез, с целью запуска 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 проекту космического телескопа дали добро, работа над программой была разделена между многими учреждениями. Центр космических полетов имени Маршалла (MSFC) был назначен ответственным за проектирование, разработку и строительство телескопа, в то время как Центр космических полетов имени Годдарда получил общий контроль над научными приборами и наземным центром управления миссией. [32] MSFC поручил оптической компании Perkin-Elmer спроектировать и построить узел оптической трубы (OTA) и датчики точного наведения для космического телескопа. Lockheed было поручено построить и интегрировать космический корабль, в котором должен был быть 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, с недостатком, что зеркала имеют форму, которую трудно изготовить и проверить. Зеркало и оптические системы телескопа определяют конечную производительность, и они были разработаны в соответствии со строгими спецификациями. Оптические телескопы обычно имеют зеркала, отполированные с точностью около одной десятой длины волны видимого света , но космический телескоп должен был использоваться для наблюдений от видимого до ультрафиолетового (более короткие длины волн) и был указан как дифракционно ограниченный, чтобы в полной мере использовать преимущества космической среды. Поэтому его зеркало должно было быть отполировано с точностью до 10 нанометров, или около 1/65 длины волны красного света. [34] На длинноволновом конце OTA не был разработан с учетом оптимальной инфракрасной производительности — например, зеркала поддерживаются при стабильной (и теплой, около 15 °C) температуре с помощью нагревателей. Это ограничивает производительность Хаббла как инфракрасного телескопа. [35]
.jpg/1280px-A20010288000_NASM2017-10014_(cropped).jpg)
Perkin-Elmer (PE) намеревалась использовать изготовленные на заказ и чрезвычайно сложные полировальные машины с компьютерным управлением для шлифовки зеркала до необходимой формы. [33] Однако, в случае возникновения трудностей с их передовыми технологиями, NASA потребовало, чтобы PE заключила субподряд с Kodak для создания резервного зеркала с использованием традиционных методов полировки зеркал. [36] (Команда Kodak и Itek также подала заявку на первоначальную работу по полировке зеркал. Их заявка требовала, чтобы две компании дважды проверили работу друг друга, что почти наверняка выявило бы ошибку полировки, которая позже вызвала проблемы.) [37] Зеркало Kodak теперь находится в постоянной экспозиции Национального музея авиации и космонавтики . [38] [39] Зеркало Itek, созданное в рамках этих усилий, теперь используется в 2,4-метровом телескопе в обсерватории Магдалена-Ридж . [40]
Строительство зеркала Perkin-Elmer началось в 1979 году с заготовки, изготовленной Corning из их сверхнизкотемпературного стекла. Чтобы свести вес зеркала к минимуму, оно состояло из верхней и нижней пластин, каждая толщиной 25 мм (0,98 дюйма), между которыми находилась сотовая решетка. Perkin-Elmer имитировала микрогравитацию , поддерживая зеркало сзади 130 стержнями, которые оказывали различное усилие. [41] Это гарантировало, что окончательная форма зеркала будет правильной и соответствующей спецификации при развертывании. Полировка зеркала продолжалась до мая 1981 года. В то время в отчетах NASA ставилась под сомнение управленческая структура Perkin-Elmer, и полировка начала отставать от графика и выходить за рамки бюджета. Чтобы сэкономить деньги, NASA остановило работу над резервным зеркалом и перенесло дату запуска телескопа на октябрь 1984 года. [42] Зеркало было завершено к концу 1981 года; его промыли с использованием 9100 л (2000 имп галлонов; 2400 галлонов США) горячей деионизированной воды , а затем нанесли отражающее покрытие из алюминия толщиной 65 нм и защитное покрытие из фторида магния толщиной 25 нм . [35] [43]
Продолжали высказываться сомнения относительно компетентности Perkin-Elmer в проекте такой важности, поскольку их бюджет и сроки производства остальной части OTA продолжали раздуваться. В ответ на график, описанный как «нестабильный и ежедневно меняющийся», NASA отложило дату запуска телескопа до апреля 1985 года. Графики Perkin-Elmer продолжали отставать со скоростью примерно один месяц в квартал, и временами задержки достигали одного дня за каждый день работы. NASA было вынуждено отложить дату запуска до марта, а затем до сентября 1986 года. К этому времени общий бюджет проекта вырос до 1,175 млрд долларов США. [44]
Космический корабль, в котором должны были быть размещены телескоп и инструменты, был еще одной серьезной инженерной проблемой. Он должен был выдерживать частые переходы от прямого солнечного света в темноту земной тени , что приводило к значительным изменениям температуры, при этом оставаясь достаточно стабильным, чтобы обеспечить чрезвычайно точное наведение телескопа. Кожух многослойной изоляции поддерживает стабильную температуру внутри телескопа и окружает легкую алюминиевую оболочку, в которой находятся телескоп и инструменты. Внутри оболочки графито-эпоксидная рама надежно удерживает рабочие части телескопа в выровненном положении. [45] Поскольку графитовые композиты гигроскопичны , существовал риск того, что водяной пар, поглощенный фермой в чистой комнате Lockheed, позже будет выведен в вакуум космоса; в результате инструменты телескопа покроются льдом. Чтобы уменьшить этот риск, перед запуском телескопа в космос была проведена продувка азотом. [46]
В то время как строительство космического корабля, в котором должны были быть размещены телескоп и инструменты, проходило несколько более гладко, чем строительство OTA, Lockheed столкнулась с некоторыми отклонениями от бюджета и графика, и к лету 1985 года строительство космического корабля на 30% превысило бюджет и отставало от графика на три месяца. В отчете MSFC говорилось, что Lockheed склонна полагаться на указания NASA, а не проявлять собственную инициативу в строительстве. [47]
Два первых основных компьютера на HST были системой DF-224 1,25 МГц , построенной Rockwell Autonetics, которая содержала три резервных ЦП, и две резервные системы NSSC-1 (NASA Standard Spacecraft Computer, Model 1), разработанные Westinghouse и GSFC с использованием диодно-транзисторной логики (DTL). Сопроцессор для DF-224 был добавлен во время Миссии по обслуживанию 1 в 1993 году, который состоял из двух резервных строк процессора 80386 на базе Intel с математическим сопроцессором 80387. [48] DF-224 и его сопроцессор 386 были заменены процессорной системой 80486 на базе Intel 25 МГц во время Миссии по обслуживанию 3A в 1999 году. [49] Новый компьютер в 20 раз быстрее и имеет в шесть раз больше памяти, чем DF-224, который он заменил. Это увеличивает производительность за счет переноса некоторых вычислительных задач с Земли на космический корабль и экономит деньги, позволяя использовать современные языки программирования. [50]
Кроме того, некоторые научные приборы и компоненты имели собственные встроенные системы управления на основе микропроцессоров. Компоненты MATs (Multiple Access Transponder), 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 на WFPC-2 во время Миссии по обслуживанию 1 в 1993 году, которая затем была заменена Широкоугольной камерой 3 (WFC3) во время Миссии по обслуживанию 4 в 2009 году. Модернизация расширила возможности Хаббла по более глубокому видению Вселенной и предоставлению изображений в трех широких областях спектра. [53] [54]
При запуске HST нес 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). WF/PC использовал радиальный инструментальный отсек, а остальные четыре инструмента были установлены в осевом инструментальном отсеке. [55]
WF/PC был устройством формирования изображений с высоким разрешением, в первую очередь предназначенным для оптических наблюдений. Он был построен Лабораторией реактивного движения NASA и включал набор из 48 фильтров, изолирующих 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 имела разрешение 0,64 мегапикселя. [56] Широкоугольная камера (WFC) охватывала большое угловое поле за счет разрешения, в то время как планетарная камера (ПК) делала снимки с большим эффективным фокусным расстоянием , чем чипы WF, что давало ей большее увеличение. [55]
Спектрограф высокого разрешения Годдарда (GHRS) был спектрографом, разработанным для работы в ультрафиолете. Он был построен Центром космических полетов Годдарда и мог достигать спектрального разрешения 90 000. [57] Также для наблюдений в ультрафиолете были оптимизированы FOC и FOS, которые были способны на самое высокое пространственное разрешение среди всех инструментов на Хаббле. Вместо ПЗС эти три инструмента использовали в качестве детекторов цифровые детекторы , подсчитывающие фотоны . FOC был построен ЕКА, в то время как Калифорнийский университет в Сан-Диего и корпорация Martin Marietta построили FOS. [55]
Последним инструментом был HSP, разработанный и построенный в Университете Висконсин-Мэдисон . Он был оптимизирован для наблюдений в видимом и ультрафиолетовом свете переменных звезд и других астрономических объектов, различающихся по яркости. Он мог проводить до 100 000 измерений в секунду с фотометрической точностью около 2% или лучше. [58]
Система наведения HST также может использоваться в качестве научного инструмента. Его три датчика точного наведения (FGS) в первую очередь используются для поддержания точного наведения телескопа во время наблюдения, но также могут использоваться для проведения чрезвычайно точной астрометрии ; были достигнуты измерения с точностью до 0,0003 угловых секунд. [59]
Научный институт космического телескопа (STScI) отвечает за научную работу телескопа и доставку продуктов данных астрономам. STScI управляется Ассоциацией университетов по исследованиям в области астрономии (AURA) и физически расположен в Балтиморе , штат Мэриленд , в кампусе Хоумвуд Университета Джонса Хопкинса , одного из 39 университетов США и семи международных филиалов, которые составляют консорциум AURA. STScI был создан в 1981 году [60] [61] после некоторой борьбы за власть между NASA и научным сообществом в целом. NASA хотело сохранить эту функцию внутри компании, но ученые хотели, чтобы она базировалась в академическом учреждении. [62] [63] Европейский координационный центр космических телескопов ( ST-ECF), созданный в Гархинге-бай-Мюнхене 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, которая ложится на STScI, является планирование наблюдений для телескопа. [65] Хаббл находится на низкой околоземной орбите для обеспечения обслуживания миссий, что приводит к тому, что большинство астрономических целей закрываются Землей чуть менее чем на половину каждой орбиты. Наблюдения не могут проводиться, когда телескоп проходит через Южно-Атлантическую аномалию из-за повышенного уровня радиации , а также существуют значительные зоны отчуждения вокруг Солнца (исключающие наблюдения Меркурия ), Луны и Земли. Угол избегания Солнца составляет около 50°, чтобы солнечный свет не освещал какую-либо часть OTA. Избегание Земли и Луны не допускает попадания яркого света в FGS и не допускает попадания рассеянного света в инструменты. Если FGS выключены, можно наблюдать Луну и Землю. Наблюдения за Землей использовались на самом раннем этапе программы для создания плоских полей для инструмента WFPC1. Существует так называемая зона непрерывного наблюдения (ЗПН), примерно в 24° от полюсов орбиты Хаббла , в которой цели не затемняются в течение длительных периодов времени. [66] [67] [68]
Из-за прецессии орбиты местоположение CVZ медленно перемещается в течение восьми недель. Поскольку край Земли всегда находится в пределах примерно 30° от областей внутри CVZ, яркость рассеянного пепельного света может быть повышена в течение длительных периодов во время наблюдений CVZ. Хаббл вращается по низкой околоземной орбите на высоте приблизительно 540 километров (340 миль) и наклонении 28,5°. [5] Положение вдоль его орбиты меняется со временем таким образом, что его невозможно точно предсказать. Плотность верхней атмосферы меняется в зависимости от многих факторов, и это означает, что предсказанное Хабблом положение на шесть недель может быть с ошибкой до 4000 км (2500 миль). Графики наблюдений обычно утверждаются всего за несколько дней, так как более длительное время упреждения означало бы, что есть вероятность, что цель будет ненаблюдаемой к тому времени, когда ее нужно будет наблюдать. [69] Инженерная поддержка HST обеспечивается NASA и персоналом подрядчиков в Goddard Space Flight Center в Гринбелте, штат Мэриленд , в 48 км (30 миль) к югу от STScI. Работа Hubble контролируется 24 часа в сутки четырьмя командами диспетчеров полета, которые составляют команду Hubble's Flight Operations Team. [65]
К январю 1986 года запланированная дата запуска Хаббла в октябре выглядела осуществимой, но катастрофа Челленджера остановила космическую программу США, остановила флот Шаттлов и заставила отложить запуск на несколько лет. Во время этой задержки телескоп содержался в чистой комнате, включенным и продутым азотом, пока запуск не был перенесен. Эта дорогостоящая ситуация (около 6 миллионов долларов США в месяц) увеличила общие расходы на проект. Однако эта задержка дала инженерам время провести обширные испытания, заменить потенциально подверженную сбоям батарею 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 1990 года. [71] После возобновления полетов шаттлов космический челнок Discovery успешно запустил Хаббл 24 апреля 1990 года в рамках миссии STS-31. [72]
На момент запуска НАСА потратило на проект около 4,7 млрд долларов США с поправкой на инфляцию в 2010 году. [73] Совокупные расходы Хаббла оцениваются примерно в 11,3 млрд долларов США в долларах 2015 года, включая все последующие расходы на обслуживание, но не текущие операции, что делает его самой дорогой научной миссией в истории НАСА. [74]
Hubble вмещает пять научных инструментов одновременно, плюс 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 корректирующим оптическим устройством, а не научным инструментом, но занимал один из четырех осевых инструментальных отсеков.
После последней миссии по обслуживанию в 2009 году активными приборами были ACS, COS, STIS и WFC3. NICMOS находится в спящем режиме, но может быть восстановлен, если WFC3 выйдет из строя в будущем.
Из прежних приборов три (COSTAR, FOS и WFPC2) выставлены в Смитсоновском национальном музее авиации и космонавтики . [75] [76] [77] FOC находится в музее Дорнье , Германия. [78] HSP находится в Space Place в Университете Висконсин-Мэдисон . [79] Первый WFPC был разобран, и некоторые компоненты затем были повторно использованы в WFC3. [80] [81]
В течение нескольких недель после запуска телескопа возвращенные изображения указали на серьезную проблему с оптической системой. Хотя первые изображения, казалось, были более резкими, чем изображения наземных телескопов, Хаббл не смог добиться окончательной резкой фокусировки, и лучшее полученное качество изображения было значительно ниже ожидаемого. Изображения точечных источников были распределены по радиусу более одной угловой секунды, вместо того, чтобы иметь функцию рассеяния точки (PSF), сосредоточенную в круге диаметром 0,1 угловой секунды (485 н рад ), как было указано в критериях проектирования. [82] [83]
Анализ дефектных изображений показал, что первичное зеркало было отполировано до неправильной формы. Хотя считалось, что это одно из самых точно изготовленных 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 ⁄ 11000 дюйма). [84] Эта разница была катастрофической, приводя к серьезной сферической аберрации, дефекту, при котором свет, отражающийся от края зеркала, фокусируется на 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 обеспечить высокое разрешение наблюдений ярких объектов, а спектроскопия точечных источников пострадала только из-за потери чувствительности. Однако потеря света в большом, не сфокусированном гало серьезно снизила полезность телескопа для слабых объектов или высококонтрастных изображений. Это означало, что почти все космологические программы были по сути невозможны, поскольку они требовали наблюдения исключительно слабых объектов. [85] Это заставило политиков усомниться в компетентности NASA, ученых пожалеть о расходах, которые могли бы пойти на более продуктивные начинания, а комиков — пошутить о NASA и телескопе. В комедии 1991 года « Голый пистолет 2½: Запах страха» в сцене, где показаны исторические катастрофы, Хаббл изображен с RMS Titanic и LZ 129 Hindenburg . [86] [87] Тем не менее, в течение первых трех лет миссии Хаббла, до оптических коррекций, телескоп провел большое количество продуктивных наблюдений менее сложных целей. [88] Ошибка была хорошо охарактеризована и стабильна, что позволило астрономам частично компенсировать дефектное зеркало, используя сложные методы обработки изображений , такие как деконволюция . [89]
Комиссия во главе с Лью Алленом , директором Лаборатории реактивного движения , была создана для определения того, как могла возникнуть ошибка. Комиссия Аллена обнаружила, что отражающий нуль-корректор , испытательное устройство, используемое для получения правильно сформированного несферического зеркала, был неправильно собран — одна линза была смещена на 1,3 мм (0,051 дюйма). [90] Во время первоначальной шлифовки и полировки зеркала Perkin-Elmer проанализировала его поверхность с помощью двух обычных рефракционных нуль-корректоров. Однако для заключительного этапа производства ( изготовления ) они перешли на изготовленный на заказ отражающий нуль-корректор, специально разработанный для соответствия очень строгим допускам. Неправильная сборка этого устройства привела к тому, что зеркало было отшлифовано очень точно, но до неправильной формы. Во время изготовления несколько тестов с использованием обычных нуль-корректоров правильно сообщили о сферической аберрации . Но эти результаты были отклонены, таким образом, была упущена возможность обнаружить ошибку, поскольку отражающий нуль-корректор считался более точным. [91]
Комиссия возложила вину за недостатки в первую очередь на Perkin-Elmer. Отношения между NASA и оптической компанией были серьезно напряжены во время строительства телескопа из-за частых срывов графика и перерасходов средств. NASA обнаружило, что Perkin-Elmer не проверяла и не контролировала строительство зеркала должным образом, не назначала своих лучших ученых-оптиков на проект (как это было с прототипом) и, в частности, не привлекала оптических конструкторов к строительству и проверке зеркала. В то время как комиссия жестко критиковала Perkin-Elmer за эти управленческие недостатки, NASA также критиковали за то, что оно не заметило недостатков контроля качества, таких как полное доверие результатам испытаний одного прибора. [92]
Многие опасались, что Хаббл будет заброшен. [93] Конструкция телескопа всегда включала в себя миссии по обслуживанию, и астрономы немедленно начали искать потенциальные решения проблемы, которые могли бы быть применены в первой миссии по обслуживанию, запланированной на 1993 год. Хотя Kodak отшлифовала резервное зеркало для Хаббла, заменить зеркало на орбите было бы невозможно, а вернуть телескоп на Землю для переоборудования было бы слишком дорого и долго. Вместо этого тот факт, что зеркало было отшлифовано так точно до неправильной формы, привел к разработке новых оптических компонентов с точно такой же ошибкой, но в противоположном смысле, которые были добавлены к телескопу в миссии по обслуживанию, эффективно действуя как « очки » для исправления сферической аберрации. [94] [95]
Первым шагом была точная характеристика ошибки в главном зеркале. Работая в обратном направлении от изображений точечных источников, астрономы определили, что коническая постоянная зеркала в том виде, в котором она была построена, была−1,01390 ± 0,0002 , вместо предполагаемого−1,00230 . [96] [97] Это же число было получено путем анализа нулевого корректора, использованного Перкином-Элмером для расчета зеркала, а также путем анализа интерферограмм, полученных во время наземных испытаний зеркала. [98]
Из-за того, как были спроектированы инструменты HST, требовались два разных набора корректоров. Конструкция широкоугольной и планетарной камеры 2, уже запланированной для замены существующей WF/PC, включала релейные зеркала для направления света на четыре отдельных чипа приборов с зарядовой связью (ПЗС), составляющих ее две камеры. Обратная ошибка, встроенная в их поверхности, могла полностью отменить аберрацию первичной. Однако другие инструменты не имели никаких промежуточных поверхностей, которые можно было бы настроить таким образом, и поэтому требовали внешнего корректирующего устройства. [99]
Система Corrective Optics Space Telescope Axial Replacement (COSTAR) была разработана для исправления сферической аберрации для света, сфокусированного на FOC, FOS и GHRS. Она состоит из двух зеркал на пути света с одним заземлением для исправления аберрации. [100] Чтобы установить систему COSTAR на телескоп, один из других инструментов пришлось снять, 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 снят и возвращен на Землю в 2009 году, где он выставлен в Национальном музее авиации и космонавтики в Вашингтоне, округ Колумбия. [102] Область, ранее используемая COSTAR, теперь занята спектрографом Cosmic Origins . [103]
Hubble был разработан для регулярного обслуживания и модернизации оборудования на орбите. Инструменты и предметы с ограниченным сроком службы были разработаны как орбитальные сменные блоки . [104] Пять миссий по обслуживанию (SM 1, 2, 3A, 3B и 4) были запущены на космических челноках NASA , первая в декабре 1993 года и последняя в мае 2009 года. [105] Миссии по обслуживанию были деликатными операциями, которые начинались с маневрирования для перехвата телескопа на орбите и осторожного извлечения его с помощью механической руки шаттла . Необходимая работа затем выполнялась в ходе нескольких привязанных выходов в открытый космос в течение четырех-пяти дней. После визуального осмотра телескопа астронавты проводили ремонт, заменяли вышедшие из строя или изношенные компоненты, модернизировали оборудование и устанавливали новые приборы. После завершения работы телескоп был повторно развернут, как правило, после подъема на более высокую орбиту для устранения орбитального спада, вызванного атмосферным сопротивлением . [106]
Первая миссия по обслуживанию Хаббла была запланирована на 1993 год, до того как была обнаружена проблема с зеркалом. Она приобрела большую важность, поскольку астронавтам нужно было бы проделать большую работу по установке корректирующей оптики; неудача привела бы либо к отказу от Хаббла, либо к принятию его постоянной инвалидности. Другие компоненты вышли из строя до миссии, в результате чего стоимость ремонта выросла до 500 миллионов долларов (не включая стоимость полета шаттла). Успешный ремонт помог бы продемонстрировать жизнеспособность строительства космической станции Альфа . [107]
STS-49 в 1992 году продемонстрировал сложность космической работы. Хотя его спасение Intelsat 603 получило похвалу, астронавты, возможно, пошли на безрассудный риск, делая это. Ни спасение, ни несвязанная сборка компонентов прототипа космической станции не были выполнены, поскольку астронавты тренировались, что заставило NASA пересмотреть планирование и подготовку, в том числе для ремонта Hubble. Агентство назначило на миссию Стори Масгрейва , который работал над процедурами ремонта спутников с 1976 года, и шесть других опытных астронавтов, включая двух из STS-49. Первый директор миссии со времен проекта Apollo [ необходимо разъяснение ] должен был координировать команду с 16 предыдущими полетами шаттлов. Астронавты были обучены использовать около сотни специализированных инструментов. [108]
Тепло было проблемой во время предыдущих выходов в открытый космос, которые происходили при солнечном свете. Хаббл нужно было ремонтировать вне солнечного света. Масгрейв обнаружил во время вакуумной тренировки, за семь месяцев до миссии, что перчатки скафандра недостаточно защищают от холода космоса. После того, как STS-57 подтвердил проблему на орбите, NASA быстро изменило оборудование, процедуры и план полета. Перед запуском было проведено семь полных имитаций миссии, самая тщательная подготовка в истории шаттла. Полного макета Хаббла не существовало, поэтому астронавты изучали множество отдельных моделей (включая одну в Смитсоновском институте) и мысленно объединяли их различные и противоречивые детали. [109]
Service Mission 1 вылетел на борту Endeavour в декабре 1993 года и включал установку нескольких инструментов и другого оборудования в течение десяти дней. Самое важное, высокоскоростной фотометр был заменен на пакет корректирующей оптики COSTAR , а WF/PC был заменен на широкоугольную планетарную камеру 2 (WFPC2) с внутренней системой оптической коррекции. Солнечные батареи и их приводная электроника также были заменены, как и четыре гироскопа в системе наведения телескопа, два электрических блока управления и другие электрические компоненты, а также два магнитометра. Бортовые компьютеры были модернизированы с добавлением сопроцессоров , и орбита Хаббла была увеличена. [84]
13 января 1994 года НАСА объявило миссию полностью успешной и показало первые более четкие изображения. [110] Миссия была одной из самых сложных, выполненных на тот момент, включающей пять длительных периодов внекорабельной активности . Ее успех был благом для НАСА, а также для астрономов, которые теперь имели более мощный космический телескоп. [76] [111]
.jpg/1280px-Hubble_Space_Telescope_(27946391011).jpg)
Миссия по обслуживанию 2, запущенная Discovery в феврале 1997 года, заменила GHRS и FOS на спектрограф для получения изображений с помощью космического телескопа (STIS) и ближнюю инфракрасную камеру и многообъектный спектрометр (NICMOS), заменила инженерный и научный магнитофон на новый твердотельный магнитофон и отремонтировала теплоизоляцию. [112] NICMOS содержал радиатор из твердого азота для снижения теплового шума от инструмента, но вскоре после его установки неожиданное тепловое расширение привело к тому, что часть радиатора вошла в контакт с оптической перегородкой. Это привело к увеличению скорости нагрева инструмента и сократило его первоначальный ожидаемый срок службы с 4,5 лет до примерно двух лет. [113]
Миссия по обслуживанию 3A, запущенная Discovery , 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, сделав телескоп неспособным выполнять научные наблюдения. Миссия заменила все шесть гироскопов , заменила датчик точного наведения и компьютер, установила комплект улучшения напряжения/температуры (VIK) для предотвращения перезарядки батареи и заменила теплоизоляционные одеяла. [114]
Обслуживание миссии 3B, запущенной Columbia в марте 2002 года, показало установку нового инструмента, при этом FOC (который, за исключением датчиков точного наведения, когда использовался для астрометрии, был последним из оригинальных инструментов) был заменен усовершенствованной камерой для обследований (ACS). 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, что обеспечило на 30 процентов больше мощности. [115]
Планировалось, что Hubble будет обслуживаться в феврале 2005 года, но катастрофа Columbia в 2003 году, когда орбитальный аппарат распался при входе в атмосферу, имела широкомасштабные последствия для программы Hubble и других миссий NASA. Администратор NASA 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 был способен достичь как HST, так и космической станции во время одной миссии, будущие миссии обслуживания с экипажем были отменены. [116] Это решение подверглось критике со стороны многочисленных астрономов, которые считали, что Hubble был достаточно ценным, чтобы оправдать человеческий риск. [117] Планируемый преемник HST, космический телескоп Джеймса Уэбба (JWST), к 2004 году не ожидался к запуску по крайней мере до 2011 года. JWST в конечном итоге был запущен в декабре 2021 года. [118] Разрыв в возможностях наблюдения за космосом между выводом из эксплуатации Hubble и вводом в эксплуатацию преемника был предметом серьезной обеспокоенности многих астрономов, учитывая значительное научное влияние HST. [119] Соображение о том, что JWST не будет расположен на низкой околоземной орбите и, следовательно, не может быть легко модернизирован или отремонтирован в случае раннего отказа, только усилило опасения. С другой стороны, должностные лица NASA были обеспокоены тем, что продолжение обслуживания Hubble поглотит средства из 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 возмущения и просьб Конгресса к NASA найти способ его спасти. Национальная академия наук созвала официальную комиссию, которая в июле 2004 года рекомендовала сохранить HST, несмотря на очевидные риски. В их отчете говорилось: «NASA не должно предпринимать никаких действий, которые могли бы помешать миссии по обслуживанию космического шаттла на космическом телескопе Хаббл». [121] В августе 2004 года О'Киф попросил Центр космических полетов имени Годдарда подготовить подробное предложение по миссии по обслуживанию робота. Позднее эти планы были отменены, а миссия робота была описана как «неосуществимая». [122] В конце 2004 года несколько членов Конгресса во главе с сенатором Барбарой Микульски провели публичные слушания и продолжили борьбу при широкой общественной поддержке (включая тысячи писем от школьников по всей территории США), чтобы заставить администрацию Буша и НАСА пересмотреть решение отказаться от планов спасательной миссии «Хаббл». [123]
Назначение в апреле 2005 года нового администратора НАСА, Майкла Д. Гриффина , изменило ситуацию, поскольку Гриффин заявил, что рассмотрит возможность проведения пилотируемой миссии по обслуживанию. [124] Вскоре после своего назначения Гриффин уполномочил Годдарда приступить к подготовке пилотируемого полета по обслуживанию Хаббла, заявив, что он примет окончательное решение после следующих двух миссий шаттлов. В октябре 2006 года Гриффин дал окончательное добро, и 11-дневная миссия Атлантиса была запланирована на октябрь 2008 года. Основной блок обработки данных Хаббла вышел из строя в сентябре 2008 года, [125] остановив все отчеты о научных данных до тех пор, пока его резервная копия не будет запущена 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 по обслуживанию 4 (SM4), запущенная Atlantis в мае 2009 года, была последней запланированной миссией шаттла для HST. [103] [127] SM4 установила сменный блок обработки данных, отремонтировала системы ACS и STIS, установила улучшенные никель-водородные батареи и заменила другие компоненты, включая все шесть гироскопов. SM4 также установила два новых прибора наблюдения — широкоугольную камеру 3 (WFC3) и спектрограф Cosmic Origins (COS) [128] — и систему мягкого захвата и сближения , которая позволит в будущем сближение, захват и безопасную утилизацию Хаббла как пилотируемой, так и роботизированной миссией. [129] За исключением канала высокого разрешения ACS , который не поддавался ремонту и был отключен, [130] [131] [132] работа, проделанная во время SM4, сделала телескоп полностью функциональным. [103]
Миллиардер и частный астронавт Джаред Айзекман предложил профинансировать миссию по обслуживанию HST с использованием космического корабля SpaceX . Хотя это может сэкономить NASA «сотни миллионов долларов», предложение стало спорным, поскольку «взгляд SpaceX на риски и готовность идти на риск значительно отличаются от взглядов NASA». [133] В июне 2024 года, после очередного отказа гироскопа, NASA отклонило предложение частной миссии по обслуживанию. [134]
С начала программы был реализован ряд исследовательских проектов, некоторые из них почти исключительно с Хабблом, другие координировались такими объектами, как рентгеновская обсерватория Чандра и Очень Большой Телескоп ESO . Хотя обсерватория Хаббла приближается к концу своего срока службы, для нее все еще запланированы крупные проекты. Одним из примеров является текущий (2022) проект ULLYSES (Библиотека ультрафиолетового наследия молодых звезд как основных стандартов), который продлится три года, чтобы наблюдать набор молодых звезд с большой и малой массой и пролить свет на звездообразование и состав. Другим является проект OPAL (Наследие внешних планетных атмосфер), который сосредоточен на понимании эволюции и динамики атмосферы внешних планет (таких как Юпитер и Уран) путем проведения базовых наблюдений в течение длительного периода. [135]
В пресс-релизе за август 2013 года CANDELS был назван «крупнейшим проектом в истории Хаббла». Исследование «целью является изучение эволюции галактик в ранней Вселенной и первых зародышей космической структуры менее чем через миллиард лет после Большого взрыва». [136] На сайте проекта CANDELS цели исследования описаны следующим образом: [137]
Cosmic Assembly Near-IR Deep Extragalactic Legacy Survey предназначен для документирования первой трети галактической эволюции от z = 8 до 1,5 посредством глубокой съемки более 250 000 галактик с помощью WFC3/IR и ACS. Он также найдет первую сверхновую типа Ia за пределами z > 1,5 и установит их точность в качестве стандартных свечей для космологии. Выбраны пять главных многоволновых областей неба; каждая из них имеет многоволновые данные от Spitzer и других объектов, а также имеет обширную спектроскопию более ярких галактик. Использование пяти широко разнесенных полей смягчает космическую дисперсию и дает статистически надежные и полные выборки галактик вплоть до 10 9 солнечных масс до z ~ 8.
Программа, официально названная «Hubble Deep Fields Initiative 2012», направлена на углубление знаний о раннем формировании галактик путем изучения галактик с высоким красным смещением в пустых полях с помощью гравитационного линзирования , чтобы увидеть «самые слабые галактики в далекой Вселенной». [138] На веб-странице Frontier Fields описываются следующие цели программы:
Cosmic Evolution Survey (COSMOS) [140] — это астрономическое исследование, разработанное для исследования формирования и эволюции галактик в зависимости как от космического времени (красного смещения), так и от локальной среды галактик. Исследование охватывает экваториальное поле в два квадратных градуса с помощью спектроскопии и рентгеновских и радиоизображений большинством основных космических телескопов и рядом крупных наземных телескопов, [141] что делает его ключевым регионом внегалактической астрофизики. COSMOS был запущен в 2006 году как крупнейший проект, осуществляемый космическим телескопом Хаббл в то время, и до сих пор является крупнейшей 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 крупнейшие области CANDELS. Научное сотрудничество COSMOS, которое было сформировано из первоначального обзора COSMOS, является крупнейшим и самым продолжительным внегалактическим сотрудничеством, известным своей коллегиальностью и открытостью. Изучение галактик в их окружении может быть выполнено только с большими областями неба, больше половины квадратного градуса. [142] Обнаружено более двух миллионов галактик, охватывающих 90% возраста Вселенной . Сотрудничество COSMOS возглавляют Кейтлин Кейси , Джейхан Карталтепе и Вернеза Смольчич, и в нем участвуют более 200 ученых из дюжины стран. [140]
Любой желающий может подать заявку на время на телескопе; ограничений по национальности или академической принадлежности нет, но финансирование анализа доступно только для учреждений США. [143] Конкуренция за время на телескопе интенсивна, и около одной пятой предложений, поданных в каждом цикле, зарабатывают время в расписании. [144] [145]
Призывы к предложениям публикуются примерно ежегодно, с выделенным временем для цикла продолжительностью около одного года. Предложения делятся на несколько категорий; предложения «общего наблюдателя» являются наиболее распространенными, охватывающими рутинные наблюдения. «Моментальные наблюдения» — это те, в которых целям требуется всего 45 минут или меньше времени телескопа, включая накладные расходы, такие как получение цели. Моментальные наблюдения используются для заполнения пробелов в расписании телескопа, которые не могут быть заполнены обычными программами общего наблюдателя. [146]
Астрономы могут делать предложения «Target of Opportunity», в которых наблюдения планируются, если переходное событие, охватываемое предложением, происходит в течение цикла планирования. Кроме того, до 10% времени телескопа обозначено как «время по усмотрению директора» (DD). Астрономы могут подать заявку на использование времени DD в любое время года, и оно обычно присуждается для изучения неожиданных переходных явлений, таких как сверхновые. [147]
Другие применения времени DD включали наблюдения, которые привели к получению изображений Hubble Deep Field и Hubble Ultra Deep Field, а в течение первых четырех циклов телескопического времени — наблюдения, которые проводились астрономами-любителями. [148] [149]
В 2012 году ЕКА провело конкурс на публичную обработку изображений данных Хаббла, чтобы поощрить открытие «скрытых сокровищ» в необработанных данных Хаббла. [150] [151]
Первый директор STScI Риккардо Джаккони объявил в 1986 году, что он намерен посвятить часть своего дискреционного времени тому, чтобы позволить любителям астрономии использовать телескоп. Общее время, которое должно было быть выделено, составляло всего несколько часов на цикл, но вызвало большой интерес среди любителей астрономии. [148] [149]
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 получили время на телескопе, наблюдения проводились в период с 1990 по 1997 год. [148] Одним из таких исследований было « Transition Comets—UV Search for OH ». Первое предложение, «A Hubble Space Telescope Study of Posteclipse Brightening and Albedo Changes on Io», было опубликовано в Icarus , [152] журнале, посвященном исследованиям солнечной системы. Второе исследование другой группы любителей также было опубликовано в Icarus . [153] Однако после этого времени сокращение бюджета в STScI сделало поддержку работы астрономов-любителей невыполнимой, и никаких дополнительных любительских программ не проводилось. [148] [149]
Регулярные предложения Хаббла по-прежнему включают находки или открытые объекты любителями и гражданскими учеными . Эти наблюдения часто проводятся в сотрудничестве с профессиональными астрономами. Одним из самых ранних таких наблюдений является Большое белое пятно 1990 года [154] на планете Сатурн, открытое астрономом-любителем С. Уилбером [155] и наблюдавшееся HST по предложению Дж. Вестфала ( Калтех ). [156] [157] Более поздние профессионально-любительские наблюдения Хаббла включают открытия проекта Galaxy Zoo , такие как галактики Voorwerpjes и Green Pea . [158] [159] Программа «Жемчужины галактик» основана на списке объектов, составленном добровольцами Galaxy Zoo , который был сокращен с помощью онлайн-голосования. [160] Кроме того, существуют наблюдения малых планет , открытых астрономами-любителями, таких как 2I/Borisov, и изменений в атмосфере газовых гигантов Юпитера и Сатурна или ледяных гигантов Урана и Нептуна. [161] [162] В рамках сотрудничества профессионалов и любителей HST использовался для наблюдения за объектом планетарной массы , называемым WISE J0830+2837 . Необнаружение HST помогло классифицировать этот необычный объект. [163]
В начале 1980-х годов NASA и STScI созвали четыре группы для обсуждения ключевых проектов. Это были проекты, которые были как научно важными, так и требовали значительного времени телескопа, которое было бы явно выделено для каждого проекта. 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 близлежащей межгалактической среды с использованием линий поглощения квазаров для определения свойств межгалактической среды и газообразного содержимого галактик и групп галактик; [164] 2) среднеглубокое обследование с использованием широкоугольной камеры для сбора данных всякий раз, когда используется один из других инструментов [165] и 3) проект по определению постоянной Хаббла в пределах десяти процентов путем уменьшения ошибок, как внешних, так и внутренних, в калибровке шкалы расстояний. [166]
.png/1280px-Hubble_Extreme_Deep_Field_(full_resolution).png)
Хаббл помог решить некоторые давние проблемы в астрономии, а также поднял новые вопросы. Для объяснения некоторых результатов потребовались новые теории .
Среди основных целей миссии было измерение расстояний до переменных звезд цефеид более точно, чем когда-либо прежде, и, таким образом, ограничение значения постоянной Хаббла , меры скорости расширения Вселенной, которая также связана с ее возрастом. До запуска HST оценки постоянной Хаббла обычно имели погрешность до 50%, но измерения Хаббла переменных цефеид в скоплении Девы и других далеких скоплениях галактик давали измеренное значение с точностью ±10%, что согласуется с другими более точными измерениями, сделанными с момента запуска Хаббла с использованием других методов. [167] Оценочный возраст сейчас составляет около 13,7 миллиардов лет, но до телескопа Хаббла ученые предсказывали возраст в диапазоне от 10 до 20 миллиардов лет. [168]
Хотя Хаббл помог уточнить оценки возраста Вселенной, он также перевернул теории о ее будущем. Астрономы из High-z Supernova Search Team и Supernova Cosmology Project использовали наземные телескопы и HST для наблюдения за далекими сверхновыми и обнаружили доказательства того, что расширение Вселенной не замедляется под воздействием гравитации , а, напротив, ускоряется . Три члена этих двух групп впоследствии были удостоены Нобелевских премий за свое открытие. [169] Причина этого ускорения остается плохо изученной; [170] термин, используемый для обозначения неизвестной в настоящее время причины, — темная энергия , что означает, что она темная (не может быть непосредственно видна и обнаружена) для наших современных научных инструментов. [171]
Спектры высокого разрешения и изображения, предоставленные HST, особенно хорошо подходят для установления распространенности черных дыр в центре близлежащих галактик. Хотя в начале 1960-х годов предполагалось, что черные дыры будут обнаружены в центрах некоторых галактик, и астрономы в 1980-х годах определили ряд хороших кандидатов на роль черных дыр, работа, проведенная с Хабблом, показывает, что черные дыры, вероятно, являются общими для центров всех галактик. [172] Программы Хаббла далее установили, что массы ядерных черных дыр и свойства галактик тесно связаны. [173] [174]
Уникальным окном во Вселенную, которое открыл Хаббл, являются изображения Hubble Deep Field , Hubble Ultra-Deep Field и Hubble Extreme Deep Field , которые использовали непревзойденную чувствительность Хаббла на видимых длинах волн для создания изображений небольших участков неба, которые являются самыми глубокими из когда-либо полученных на оптических длинах волн. Изображения показывают галактики на расстоянии миллиардов световых лет, тем самым предоставляя информацию о ранней Вселенной и, соответственно, породив множество научных работ. Wide Field Camera 3 улучшила вид этих полей в инфракрасном и ультрафиолетовом диапазонах, поддерживая открытие некоторых из самых далеких объектов, когда-либо обнаруженных, таких как MACS0647-JD . [175]
Нестандартный объект SCP 06F6 был обнаружен космическим телескопом «Хаббл» в феврале 2006 года. [176] [177]
3 марта 2016 года исследователи, использующие данные Хаббла, объявили об открытии самой далекой подтвержденной галактики на сегодняшний день: GN-z11 , которую Хаббл наблюдал примерно через 400 миллионов лет после Большого взрыва. [178] Наблюдения Хаббла проводились 11 февраля 2015 года и 3 апреля 2015 года в рамках обзоров CANDELS / GOODS -North. [179] [180]
Столкновение кометы Шумейкера-Леви 9 с Юпитером в 1994 году было удачно приурочено к астрономам, происходя всего через несколько месяцев после того, как Миссия по обслуживанию 1 восстановила оптические характеристики Хаббла. Изображения планеты, полученные Хабблом, были четче, чем любые другие, полученные с момента прохода Вояджера 2 в 1979 году, и имели решающее значение для изучения динамики столкновения большой кометы с Юпитером, события, которое, как полагают, происходит раз в несколько столетий. [181]
В марте 2015 года исследователи объявили, что измерения полярных сияний вокруг Ганимеда , одного из спутников Юпитера, показали, что у него есть подповерхностный океан. Используя Хаббл для изучения движения его полярных сияний, исследователи определили, что большой соленый океан помогает подавлять взаимодействие между магнитным полем Юпитера и Ганимеда. Океан оценивается в 100 км (60 миль) в глубину, запертый под 150 км (90 миль) ледяной коркой. [182] [183]
HST также использовался для изучения объектов во внешних пределах Солнечной системы, включая карликовые планеты Плутон , [184] Эриду , [185] и Седну . [186] В июне и июле 2012 года американские астрономы с помощью Хаббла обнаружили Стикс , крошечную пятую луну, вращающуюся вокруг Плутона. [187]
С июня по август 2015 года Хаббл использовался для поиска объекта пояса Койпера (KBO) для расширенной миссии New Horizons Kuiper Belt Extended Mission (KEM), когда аналогичные поиски с помощью наземных телескопов не смогли найти подходящую цель. [188] Это привело к открытию по крайней мере пяти новых объектов пояса Койпера, включая конечную цель KEM, 486958 Arrokoth , которую New Horizons пролетела близко 1 января 2019 года. [189] [190] [191]
В апреле 2022 года НАСА объявило, что астрономы смогли использовать изображения с HST для определения размера ядра кометы C/2014 UN271 (Бернардинелли–Бернштейн) , которая является крупнейшим ледяным кометным ядром, когда-либо наблюдавшимся астрономами. Масса ядра C/2014 UN271 оценивается в 50 триллионов тонн, что в 50 раз превышает массу других известных комет в нашей солнечной системе. [192]
11 декабря 2015 года Хаббл сделал снимок первого в истории предсказанного повторного появления сверхновой, названной « Рефсдал », которая была рассчитана с использованием различных массовых моделей скопления галактик, гравитация которого искажает свет сверхновой. Ранее сверхновая была замечена в ноябре 2014 года за скоплением галактик MACS J1149.5+2223 в рамках программы Frontier Fields Хаббла. Свету от скопления потребовалось примерно пять миллиардов лет, чтобы достичь Земли, в то время как свету от сверхновой позади него потребовалось на пять миллиардов лет больше, как было измерено по их соответствующим красным смещениям . Из-за гравитационного эффекта скопления галактик появились четыре изображения сверхновой вместо одного, пример креста Эйнштейна . На основе ранних моделей линз было предсказано, что пятое изображение снова появится к концу 2015 года. [194] Рефсдал снова появился, как и было предсказано, в 2015 году. [195]
В марте 2019 года наблюдения Хаббла и данные космической обсерватории Gaia Европейского космического агентства были объединены, чтобы определить, что масса Галактики Млечный Путь примерно в 1,5 триллиона раз больше массы Солнца, что является промежуточным значением между предыдущими оценками. [196]
Другие открытия, сделанные с помощью данных Хаббла, включают протопланетные диски ( проплиды ) в туманности Ориона ; [197] доказательства присутствия экзопланет вокруг звезд, подобных Солнцу; [198] и оптические аналоги все еще загадочных гамма-всплесков . [199] Используя гравитационное линзирование , Хаббл наблюдал галактику, обозначенную как MACS 2129-1, примерно в 10 миллиардах световых лет от Земли. MACS 2129-1 разрушил ожидания относительно галактик, в которых прекратилось образование новых звезд, что стало важным результатом для понимания формирования эллиптических галактик . [200]
В 2022 году Хаббл обнаружил свет самой далекой отдельной звезды, когда-либо виденной на сегодняшний день. Звезда, WHL0137-LS (прозванная Earendel ), существовала в течение первого миллиарда лет после большого взрыва. Она будет наблюдаться космическим телескопом NASA James Webb, чтобы подтвердить, что Earendel действительно является звездой. [201]
Многие объективные измерения показывают положительное влияние данных Хаббла на астрономию. Более 15 000 статей , основанных на данных Хаббла, были опубликованы в рецензируемых журналах, [202] и бесчисленное множество других появилось в трудах конференций . Если рассматривать статьи, опубликованные через несколько лет после их публикации, то около трети всех статей по астрономии не имеют ссылок , в то время как только два процента статей, основанных на данных Хаббла, не имеют ссылок. В среднем статья, основанная на данных Хаббла, получает примерно в два раза больше ссылок, чем статьи, основанные на данных, отличных от данных Хаббла. Из 200 статей, публикуемых каждый год и получающих наибольшее количество ссылок, около 10% основаны на данных Хаббла. [203]
Хотя HST явно помог астрономическим исследованиям, его финансовые затраты были большими. Исследование относительных астрономических преимуществ различных размеров телескопов показало, что в то время как статьи, основанные на данных HST, генерируют в 15 раз больше цитирований, чем 4-метровый (13 футов) наземный телескоп, такой как телескоп Уильяма Гершеля , HST стоит примерно в 100 раз больше на строительство и обслуживание. [204]
Выбор между строительством наземных и космических телескопов является сложным. Еще до запуска Хаббла специализированные наземные методы, такие как интерферометрия с маскировкой апертуры, позволили получить оптические и инфракрасные изображения с более высоким разрешением, чем Хаббл, хотя и ограниченные целями примерно в 10 8 раз ярче самых слабых целей, наблюдаемых Хабблом. [205] [206] 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 видимых диапазонах адаптивная оптика может корректировать только относительно небольшое поле зрения, тогда как HST может проводить оптическое получение изображений с высоким разрешением в более широком поле. [207] Более того, Хаббл может получать изображения более слабых объектов, поскольку на наземные телескопы влияет фон рассеянного света, создаваемый атмосферой Земли. [208]
В дополнение к своим научным результатам, Хаббл также внес значительный вклад в аэрокосмическую технику , в частности, в производительность систем на низкой околоземной орбите (НОО). Эти идеи являются результатом долгой жизни Хаббла на орбите, обширного приборостроения и возвращения сборок на Землю, где их можно подробно изучить. В частности, Хаббл внес вклад в исследования поведения структур из графитовых композитов в вакууме, оптического загрязнения от остаточного газа и обслуживания человеком, радиационного повреждения электроники и датчиков и долгосрочного поведения многослойной изоляции . [209] Одним из извлеченных уроков было то, что гироскопы, собранные с использованием сжатого кислорода для подачи суспензионной жидкости, были склонны к отказам из-за коррозии электрических проводов. Теперь гироскопы собираются с использованием сжатого азота. [210] Другим является то, 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 было никакой измеримой деградации. [117] Наконец, миссии по обслуживанию Хаббла, особенно те, которые обслуживали компоненты, не предназначенные для обслуживания в космосе, внесли вклад в разработку новых инструментов и методов для ремонта на орбите. [211]
Данные Хаббла изначально хранились на космическом корабле. При запуске хранилища представляли собой устаревшие катушечные ленточные накопители , но во время обслуживания миссий 2 и 3A их заменили на твердотельные хранилища данных . Примерно дважды в день космический телескоп Хаббла передает данные на спутник в геосинхронной спутниковой системе слежения и ретрансляции данных (TDRSS), который затем передает научные данные на одну из двух микроволновых антенн диаметром 60 футов (18 метров) с высоким коэффициентом усиления, расположенных на испытательном полигоне Уайт-Сэндс в Уайт-Сэндс, штат Нью-Мексико . [145] Оттуда они отправляются в Центр управления операциями космического телескопа в Центре космических полетов имени Годдарда и, наконец, в Научный институт космического телескопа для архивирования. [145] Каждую неделю HST передает примерно 140 гигабит данных. [2]
Все изображения с Хаббла являются монохроматическими в оттенках серого , снятыми через различные фильтры, каждый из которых пропускает определенные длины волн света, и встроенными в каждую камеру. Цветные изображения создаются путем объединения отдельных монохромных изображений, снятых через различные фильтры. Этот процесс также может создавать ложные цветные версии изображений, включая инфракрасные и ультрафиолетовые каналы, где инфракрасный обычно отображается как темно-красный, а ультрафиолетовый — как темно-синий. [213] [214]
Все данные Хаббла в конечном итоге становятся доступными через Архив Микульски для космических телескопов в STScI , [215] CADC [216] и ESA/ESAC . [217] Данные обычно являются собственностью — доступны только главному исследователю (PI) и астрономам, назначенным PI, — в течение двенадцати месяцев после получения. PI может обратиться к директору STScI с просьбой продлить или сократить период собственности в некоторых обстоятельствах. [218]
Наблюдения, сделанные в Директорское дискреционное время, освобождаются от периода собственности и немедленно публикуются. Данные калибровки, такие как плоские поля и темные кадры, также немедленно публикуются. Все данные в архиве находятся в формате FITS , который подходит для астрономического анализа, но не для публичного использования. [219] Проект «Наследие Хаббла» обрабатывает и публикует небольшую подборку самых ярких изображений в форматах JPEG и TIFF . [220]
Астрономические данные, полученные с помощью ПЗС, 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 обработка и возврат больших запросов данных может занять день или больше. Процесс, с помощью которого данные калибруются автоматически, известен как «конвейерная редукция» и становится все более распространенным в крупных обсерваториях. Астрономы могут, если пожелают, извлекать файлы калибровки самостоятельно и запускать программное обеспечение конвейерной редукции локально. Это может быть желательно, когда необходимо использовать файлы калибровки, отличные от выбранных автоматически. [221]
Данные Хаббла можно анализировать с помощью множества различных пакетов. STScI поддерживает специально разработанное программное обеспечение Space Telescope Science Data Analysis System (STSDAS), которое содержит все программы, необходимые для выполнения конвейерной обработки необработанных файлов 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. [222]
НАСА посчитало важным, чтобы космический телескоп привлек внимание общественности, учитывая значительный вклад налогоплательщиков в его строительство и эксплуатационные расходы. [223] После трудных первых лет, когда неисправное зеркало серьезно подпортило репутацию Хаббла среди общественности, первая миссия по обслуживанию позволила восстановить его, поскольку исправленная оптика дала многочисленные замечательные изображения. [76] [224]
Несколько инициатив помогли информировать общественность о деятельности Хаббла. В Соединенных Штатах усилия по информированию координируются Управлением по связям с общественностью Института космических телескопов (STScI), которое было создано в 2000 году для того, чтобы гарантировать, что налогоплательщики США видят выгоды от своих инвестиций в программу космических телескопов. С этой целью STScI управляет веб-сайтом HubbleSite.org. Проект «Наследие Хаббла» , работающий на базе STScI, предоставляет общественности высококачественные изображения наиболее интересных и ярких наблюдаемых объектов. Команда «Наследия» состоит из астрономов-любителей и профессионалов, а также людей с опытом работы вне астрономии и подчеркивает эстетическую природу изображений Хаббла. Проекту «Наследие» предоставляется небольшое количество времени для наблюдения за объектами, которые по научным причинам могут не иметь изображений, полученных на достаточном количестве длин волн для построения полноцветного изображения. [220]
С 1999 года ведущей группой по работе с Хабблом в Европе является Информационный центр Европейского космического агентства Хаббла (HEIC). [225] Этот офис был создан в Европейском координационном центре космического телескопа в Мюнхене, Германия. Миссия HEIC заключается в выполнении задач по работе с HST и обучению для Европейского космического агентства. Работа сосредоточена на выпуске новостных и фоторелизов, которые освещают интересные результаты и изображения Хаббла. Они часто имеют европейское происхождение и, таким образом, повышают осведомленность как о доле Хаббла ЕКА (15%), так и о вкладе европейских ученых в обсерваторию. ЕКА выпускает образовательные материалы, включая серию видеокастов под названием Hubblecast, предназначенную для распространения научных новостей мирового уровня с общественностью. [226]
Космический телескоп «Хаббл» получил две премии «За достижения в области космоса» от Космического фонда за свою просветительскую деятельность в 2001 и 2010 годах. [227]
Копия космического телескопа Хаббл выставлена на лужайке перед зданием суда в Маршфилде, штат Миссури , родном городе однофамильца Эдвина П. Хаббла. [228]
.jpg/1280px-HH_901_and_HH_902_in_the_Carina_nebula_(captured_by_the_Hubble_Space_Telescope).jpg)
Космический телескоп Хаббл отпраздновал свою 20-ю годовщину в космосе 24 апреля 2010 года. В ознаменование этого события НАСА, ЕКА и Научный институт космического телескопа (STScI) опубликовали изображение туманности Карина . [229]
В ознаменование 25-й годовщины пребывания Хаббла в космосе 24 апреля 2015 года STScI опубликовал на своем веб-сайте Hubble 25 изображения скопления Westerlund 2 , расположенного на расстоянии около 20 000 световых лет (6 100 пк) от Земли в созвездии Карина. [230] Европейское космическое агентство создало на своем веб-сайте специальную страницу, посвященную 25-летию. [231] В апреле 2016 года было опубликовано специальное праздничное изображение туманности Пузырь к 26-му «дню рождения» Хаббла. [232]
HST использует гироскопы для обнаружения и измерения любых вращений, чтобы он мог стабилизироваться на орбите и точно и устойчиво указывать на астрономические цели. Обычно для работы требуется три гироскопа; наблюдения все еще возможны с двумя или одним, но область неба, которую можно просматривать, будет несколько ограничена, а наблюдения, требующие очень точного наведения, более сложны. [233] В 2018 году планировалось перейти в режим одного гироскопа, если будет работать менее трех рабочих гироскопов. Гироскопы являются частью системы управления наведением , которая использует пять типов датчиков (магнитные датчики, оптические датчики и гироскопы) и два типа приводов ( реакционные колеса и магнитные крутящие моменты ). [234]
После катастрофы Columbia в 2003 году было неясно, будет ли возможна еще одна миссия по обслуживанию, и срок службы гироскопа снова стал предметом беспокойства, поэтому инженеры разработали новое программное обеспечение для режимов с двумя гироскопами и одним гироскопом, чтобы максимизировать потенциальный срок службы. Разработка была успешной, и в 2005 году было решено перейти в режим с двумя гироскопами для обычных операций телескопа в качестве средства продления срока службы миссии. Переход в этот режим был осуществлен в августе 2005 года, оставив Хаббл с двумя используемыми гироскопами, двумя резервными и двумя неработоспособными. [235] Еще один гироскоп вышел из строя в 2007 году. [236]
Ко времени последней ремонтной миссии в мае 2009 года, во время которой были заменены все шесть гироскопов (двумя новыми парами и одной отремонтированной парой), только три из них все еще работали. Инженеры определили, что отказы гироскопов были вызваны коррозией электрических проводов, питающих двигатель, которая была инициирована сжатым кислородом, используемым для подачи густой суспензионной жидкости. [210] Новые модели гироскопов были собраны с использованием сжатого азота [210] и, как ожидалось, были намного более надежными. [237] В ходе сервисной миссии 2009 года были заменены все шесть гироскопов, и спустя почти десять лет отказали только три гироскопа, и только после превышения среднего ожидаемого времени работы для конструкции. [238]
Из шести гироскопов, замененных в 2009 году, три были старой конструкции, подверженной отказу из-за гибкого вывода, и три были новой конструкции с более длительным ожидаемым сроком службы. Первый из гироскопов старого образца вышел из строя в марте 2014 года, а второй — в апреле 2018 года. 5 октября 2018 года последний из гироскопов старого образца вышел из строя, и один из гироскопов нового образца был включен из режима ожидания. Однако этот резервный гироскоп не сразу заработал в пределах эксплуатационных ограничений, поэтому обсерватория была переведена в «безопасный» режим, пока ученые пытались устранить проблему. [239] [240] 22 октября 2018 года НАСА написало в Твиттере, что «скорость вращения, создаваемая 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». [241]
Решение, которое восстановило резервный гироскоп нового типа до рабочего диапазона, широко сообщалось как «выключение и повторное включение». [242] Был выполнен «перезапуск работы» гироскопа, но это не дало никакого эффекта, и окончательное разрешение сбоя было более сложным. Сбой был приписан непоследовательности в жидкости, окружающей поплавок внутри гироскопа (например, воздушный пузырь). 18 октября 2018 года группа по эксплуатации Хаббла направила космический корабль на серию маневров — перемещая космический корабль в противоположных направлениях — чтобы смягчить непоследовательность. Только после маневров и последующего набора маневров 19 октября гироскоп действительно заработал в своем нормальном диапазоне. [243]
Прошлые миссии по обслуживанию заменяли старые инструменты на новые, избегая сбоев и делая возможными новые типы науки. Без миссий по обслуживанию все инструменты в конечном итоге выйдут из строя. В августе 2004 года система питания спектрографа изображений космического телескопа (STIS) вышла из строя, сделав инструмент неработоспособным. Электроника изначально была полностью резервной, но первый комплект электроники вышел из строя в мае 2001 года. [244] Этот источник питания был исправлен во время 4-й миссии по обслуживанию в мае 2009 года. [245]
Аналогично, основная электроника камеры Advanced Camera for Surveys (ACS) вышла из строя в июне 2006 года, а источник питания резервной электроники вышел из строя 27 января 2007 года. [246] Только Solar Blind Channel (SBC) прибора был работоспособен с использованием электроники side-1. Новый источник питания для широкоугольного канала был добавлен во время SM 4, но быстрые испытания показали, что это не помогло каналу высокого разрешения. [247] Wide Field Channel (WFC) был возвращен в эксплуатацию STS-125 в мае 2009 года, но High Resolution Channel (HRC) остался в автономном режиме. [248]
8 января 2019 года Хаббл перешел в частичный безопасный режим после предполагаемых проблем с оборудованием в его самом передовом инструменте, приборе Wide Field Camera 3. Позднее НАСА сообщило, что причиной безопасного режима в приборе стало обнаружение уровней напряжения вне определенного диапазона. 15 января 2019 года НАСА заявило, что причиной сбоя стала проблема с программным обеспечением. Технические данные в телеметрических цепях были неточными. Кроме того, вся остальная телеметрия в этих цепях также содержала ошибочные значения, указывающие на то, что это была проблема телеметрии, а не проблема с питанием. После сброса телеметрических цепей и связанных с ними плат прибор снова начал функционировать. 17 января 2019 года устройство было возвращено в нормальный режим работы, и в тот же день оно завершило свои первые научные наблюдения. [249] [250]
13 июня 2021 года компьютер полезной нагрузки Хаббла остановился из-за предполагаемой проблемы с модулем памяти. Попытка перезапустить компьютер 14 июня не удалась. Дальнейшие попытки переключиться на один из трех других резервных модулей памяти на борту космического корабля не увенчались успехом 18 июня. 23 и 24 июня инженеры НАСА переключили Хаббл на резервный компьютер полезной нагрузки, но эти операции также потерпели неудачу с той же ошибкой. 28 июня 2021 года НАСА объявило, что расширяет расследование на другие компоненты. [251] [252] Научные операции были приостановлены, пока НАСА работало над диагностикой и решением проблемы. [253] [254] 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. [255] [256] [257] [258] 23 октября 2021 года приборы HST сообщили об отсутствии сообщений синхронизации [259] и перешли в безопасный режим. [260] К 8 декабря 2021 года НАСА восстановило полную научную деятельность и разрабатывало обновления, чтобы сделать приборы более устойчивыми к отсутствующим сообщениям синхронизации. [261]
.jpg/1280px-Soft_Capture_Mechanism_installed_on_Hubble_(illustration).jpg)
Hubble вращается вокруг Земли в крайне разреженной верхней атмосфере , и со временем его орбита уменьшается из-за сопротивления . Если его не разогнать , он снова войдет в атмосферу Земли в течение нескольких десятилетий, точная дата будет зависеть от того, насколько активно Солнце и как оно влияет на верхние слои атмосферы. Если Hubble совершит спуск в совершенно неконтролируемом возвращении, части главного зеркала и его опорной конструкции, вероятно, уцелеют, оставив потенциал для повреждений или даже человеческих жертв. [262] В 2013 году заместитель руководителя проекта Джеймс Джелетич прогнозировал, что Hubble может дожить до 2020-х годов. [4] Исходя из солнечной активности и атмосферного сопротивления или их отсутствия, естественный вход в атмосферу для Хаббла произойдет между 2028 и 2040 годами. [4] [263] В июне 2016 года НАСА продлило контракт на обслуживание Хаббла до июня 2021 года. [264] В ноябре 2021 года НАСА продлило контракт на обслуживание Хаббла до июня 2026 года. [265]
Первоначальный план NASA по безопасному сходу с орбиты Хаббла состоял в том, чтобы вернуть его с помощью космического челнока . Затем Хаббл, скорее всего, был бы выставлен в Смитсоновском институте . Это больше невозможно, поскольку флот космических челноков был выведен из эксплуатации , и в любом случае было бы маловероятно из-за стоимости миссии и риска для экипажа. Вместо этого NASA рассматривало возможность добавления внешнего двигательного модуля, чтобы обеспечить контролируемый вход в атмосферу. [266] В конечном итоге, в 2009 году, в рамках Миссии по обслуживанию 4, последней миссии по обслуживанию космического челнока, NASA установило Механизм мягкого захвата (SCM), чтобы обеспечить сход с орбиты как пилотируемой, так и роботизированной миссией. SCM вместе с Системой относительной навигации (RNS), установленной на Шаттле для сбора данных, чтобы «позволить NASA использовать многочисленные варианты безопасного схода с орбиты Хаббла», составляют Систему мягкого захвата и сближения (SCRS). [129] [267]
По состоянию на 2017 год [update]администрация Трампа рассматривала предложение корпорации Sierra Nevada об использовании пилотируемой версии ее космического корабля Dream Chaser для обслуживания Хаббла в 2020-х годах в качестве продолжения его научных возможностей и в качестве страховки от любых неисправностей в космическом телескопе Джеймса Уэбба. [268] В 2020 году Джон Грюнсфельд сказал, что SpaceX Crew Dragon или Orion могут выполнить еще одну ремонтную миссию в течение десяти лет. Хотя робототехническая технология еще недостаточно развита, он сказал, что с еще одним пилотируемым визитом «Мы могли бы поддерживать Хаббл в рабочем состоянии еще несколько десятилетий» с новыми гироскопами и приборами. [269]
В сентябре 2022 года NASA и SpaceX подписали Соглашение о космическом акте для изучения возможности запуска миссии Crew Dragon для обслуживания и вывода Hubble на более высокую орбиту, что, возможно, продлит срок его службы еще на 20 лет. [270] Эта миссия может стать второй в рамках программы Polaris . [271] [272]
Не существует прямой замены Хабблу как космическому телескопу ультрафиолетового и видимого света, поскольку ближнесрочные космические телескопы не дублируют покрытие длин волн Хаббла (от ближнего ультрафиолетового до ближнего инфракрасного), а вместо этого концентрируются на более дальних инфракрасных диапазонах. Эти диапазоны предпочтительны для изучения объектов с высоким красным смещением и низкой температурой, объектов, как правило, более старых и более удаленных во Вселенной. Эти длины волн также трудно или невозможно изучать с Земли, что оправдывает расходы на космический телескоп. Большие наземные телескопы могут получать изображения некоторых 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 мощность сбора света и могут быть модернизированы легче, но пока не могут сравниться с превосходным разрешением Хаббла в широком поле зрения с очень темным фоном космоса. [207] [208]
Планы по созданию преемника Хаббла материализовались в проекте Next Generation Space Telescope, который завершился планами по созданию космического телескопа Джеймса Уэбба (JWST), формального преемника Хаббла. [273] Он сильно отличается от увеличенного Хаббла и предназначен для работы в более холодной и удаленной от Земли точке Лагранжа L2 , где тепловые и оптические помехи от Земли и Луны уменьшаются. Он не спроектирован так, чтобы быть полностью пригодным к эксплуатации (например, сменные инструменты), но конструкция включает стыковочное кольцо для обеспечения возможности визитов с других космических аппаратов. [274] Основная научная цель JWST — наблюдение за самыми удаленными объектами во Вселенной, находящимися за пределами досягаемости существующих инструментов. Ожидается, что он обнаружит звезды в ранней Вселенной примерно на 280 миллионов лет старше звезд, которые сейчас обнаруживает HST. [275] Телескоп является результатом международного сотрудничества между NASA, Европейским космическим агентством и Канадским космическим агентством с 1996 года [276] и был запущен 25 декабря 2021 года на ракете Ariane 5. [277] Хотя JWST в первую очередь является инфракрасным инструментом, его покрытие простирается до длины волны света 600 нм или примерно оранжевого в видимом спектре. Типичный человеческий глаз может видеть до длины волны света около 750 нм, поэтому есть некоторое перекрытие с самыми длинными видимыми диапазонами длин волн, включая оранжевый и красный свет. [278]
Дополнительным телескопом, работающим на еще более длинных волнах, чем Hubble или JWST, была космическая обсерватория Herschel Европейского космического агентства , запущенная 14 мая 2009 года. Как и JWST, Herschel не был предназначен для обслуживания после запуска и имел зеркало, значительно большее, чем у Hubble, но наблюдал только в дальнем инфракрасном и субмиллиметровом диапазонах . Ему требовался гелиевый охладитель, который закончился 29 апреля 2013 года. [279]
Другие концепции для передовых космических телескопов 21-го века включают Большой ультрафиолетовый оптический инфракрасный обзор (LUVOIR), [281] концептуализированный 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 длин волн, с существенно лучшим разрешением, чем у Хаббла или космического телескопа Спитцера. Окончательный отчет о планировании, подготовленный для Десятилетнего обзора астрономии и астрофизики 2020 года , предложил дату запуска 2039 год. [282] Десятилетний обзор в конечном итоге рекомендовал объединить идеи для LUVOIR с предложением Habitable Exoplanet Observer для разработки нового 6-метрового флагманского телескопа, который мог бы быть запущен в 2040-х годах. [283]
Существующие наземные телескопы и различные предлагаемые Чрезвычайно Большие Телескопы могут превзойти HST с точки зрения чистой световой мощности и предела дифракции из-за более крупных зеркал, но на телескопы влияют и другие факторы. В некоторых случаях они могут сравняться или превзойти Хаббл по разрешению, используя адаптивную оптику (АО). Однако АО на больших наземных рефлекторах не сделает Хаббл и другие космические телескопы устаревшими. Большинство систем АО заостряют вид в очень узком поле — например, Lucky Cam создает четкие изображения шириной всего 10–20 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 поглощает солнечную энергию в течение дня, а затем высвобождает ее ночью, создавая слабое, но тем не менее различимое свечение атмосферы , которое размывает малоконтрастные астрономические объекты. [284]
В данной статье использован текст из этого источника, находящегося в общественном достоянии .В данной статье использован текст из этого источника, находящегося в общественном достоянии .В данной статье использован текст из этого источника, находящегося в общественном достоянии .В данной статье использован текст из этого источника, находящегося в общественном достоянии .В данной статье использован текст из этого источника, находящегося в общественном достоянии .В данной статье использован текст из этого источника, находящегося в общественном достоянии .В данной статье использован текст из этого источника, находящегося в общественном достоянии .В данной статье использован текст из этого источника, находящегося в общественном достоянии .В данной статье использован текст из этого источника, находящегося в общественном достоянии .В данной статье использован текст из этого источника, находящегося в общественном достоянии .В данной статье использован текст из этого источника, находящегося в общественном достоянии .В данной статье использован текст из этого источника, находящегося в общественном достоянии .В данной статье использован текст из этого источника, находящегося в общественном достоянии .В данной статье использован текст из этого источника, находящегося в общественном достоянии .В данной статье использован текст из этого источника, находящегося в общественном достоянии .{{cite press release}}: CS1 maint: unfit URL (link)В этой статье используется текст из этого источника, который находится в открытом доступе . Окончательный отчет об ошибке в зеркале Хаббла.В этой статье использован текст из этого источника, который находится в открытом доступе . Описывает разработку телескопа.В данной статье использован текст из этого источника, находящегося в общественном достоянии .В этой статье используется текст из этого источника, который находится в открытом доступе . Содержит множество основных документов, таких как статья Спитцера 1946 года, отчет Вудс-Хоула об автономии STScI и меморандум о взаимопонимании ЕКА. Также содержит другие астрономические программы НАСА.В данной статье использован текст из этого источника, находящегося в общественном достоянии .В этой статье использован текст из этого источника, который находится в открытом доступе . Подробный отчет о первой миссии обслуживания.
