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Telescópio Espacial Hubble

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Telescópio Espacial Hubble
HST-SM4.jpeg
O Telescópio Espacial Hubble como visto da partida Nave Espacial Atlantis, voando Servicing Mission 4 ( STS-125), o quinto e último voo espacial humano a ele.
Informações gerais
NSSDC ID 1990-037B
Organização NASA / ESA / STScI
Data de lançamento 24 de abril de 1990, 08:33:51 EDT
Veículo de lançamento Nave Espacial Descoberta ( STS-31)
Comprimento Missão 22 anos, 11 meses e 17 dias, decorrido
Deorbited devido ~ 2016-2021
Massa 11.110 kg (£ 24.500)
Comprimento 13,2 m (43 ft)
Tipo de órbita Near-circular órbita baixa da Terra
Altura Orbit 559 km (347 mi)
Período Orbit 96-97 minutos (14-15 períodos por dia)
Velocidade de órbita 7.500 m / s (25,000 pés / s)
Aceleração da gravidade 8,169 m / s 2 (26,80 pés / s 2)
Localização Órbita baixa da Terra
Estilo Telescope Ritchey-Chrétien refletor
Wavelength luz visível , ultravioleta , near-infrared
Diâmetro 2,4 m (7,9 pés)
?rea de coleta 4,5 m 2 (48 m²)
Distância focal 57,6 m (189 pés)
Instruments
NICMOS câmera infravermelha / espectrômetro
ACS câmera óptica pesquisa
(Parcialmente falhou)
WFC3 vasto campo câmara óptica
COS espectrógrafo ultravioleta
STIS espectrómetro óptico / câmera
FGS três sensores de orientação
Site hubble.nasa.gov
hubblesite.org
spacetelescope.org

O Telescópio Espacial Hubble (HST) é um telescópio espacial que seja levado na órbita por um Space Shuttle em 1990 e permanece em funcionamento. A 2,4 metros (7,9 pés) telescópio de abertura em órbita baixa da Terra, quatro instrumentos principais do Hubble observa no ultravioleta próximo , visível, e infravermelho próximo. O telescópio é nomeado após o astrônomo Edwin Hubble.

A órbita de Hubble fora da distorção da atmosfera terrestre permite que tome imagens extremamente afiadas com quase nenhuma luz de fundo. Do Hubble Deep Field têm sido alguns dos mais detalhado imagens de luz visível de todos os tempos, permitindo uma visão profundamente em espaço e tempo. Muitas observações de Hubble conduziram às descobertas na astrofísica , tal como com precisão a determinação da taxa de expansão do universo .

Embora não o primeiro telescópio espacial, o Hubble é um dos maiores e mais versáteis, e é bem conhecido tanto como uma ferramenta vital da pesquisa e um benefício das relações públicas para a astronomia . O HST foi construído pela agência espacial dos Estados Unidos NASA , com contribuições da Agência Espacial Europeia , e é operado pelo Space Telescope Science Institute. O TGV é um dos NASA Grandes Observatórios, juntamente com a Compton Gamma Ray Observatory, o Chandra X-ray Observatory, eo Telescópio Espacial Spitzer.

Os telescópios espaciais foram propostas tão cedo quanto 1923. Hubble foi financiado em 1970, com uma proposta de lançamento em 1983, mas o projeto foi sitiado por atrasos técnicos, problemas de orçamento, eo Desastre do Challenger. Quando finalmente lançado em 1990, os cientistas encontraram que o espelho principal tinha sido terra incorretamente, comprometendo as capacidades do telescópio. O telescópio foi restaurado a sua qualidade pretendida, com uma missão de manutenção em 1993.

Hubble é o único telescópio projetado para ser reparado no espaço por astronautas. Entre 1993 e 2002, quatro missões reparadas, promovido, e sistemas no telescópio substituído; uma quinta missão foi cancelada por razões de segurança na sequência da Desastre do Columbia. No entanto, após discussão pública espirituoso, administrador da Nasa Mike Griffin aprovado uma missão de conservação final, terminada em 2009 por Espaço Atlantis Shuttle. O telescópio é esperado agora funcionar pelo menos até 2013. Seu sucessor científico, a Telescópio Espacial James Webb (JWST), deve ser lançado em 2018 ou possivelmente mais tarde.

Concepção, design e objectivos

Uma das imagens mais famosas do Hubble, Pilares da Criação mostra estrelas se formando no Nebulosa da ?guia

Propostas e precursores

Em 1923, Hermann Oberth-considerado um pai de foguetes moderno, juntamente com E Robert H. Goddard Konstantin Tsiolkovsky-publicado Die Rakete zu den Planetenräumen ("O foguete no espaço planetário"), que mencionou como um telescópio poderia ser impelido na órbita da Terra por um foguete.

A história do Telescópio Espacial Hubble pode ser rastreada tanto quanto 1946, ao astrônomo Papel de Lyman Spitzer "vantagens astronómicas de um observatório extraterrestre". Nela, ele discutiu os dois principais vantagens que um observatório espacial teria mais de telescópios terrestres. Em primeiro lugar, o resolução angular (menor separação em que os objetos podem ser claramente distinguidos) seria limitada apenas pela difracção, em vez de pela turbulência na atmosfera, o que faz com que as estrelas para cintilação, como conhecido para a astronomia vendo. Naquela época telescópios terrestres foram limitados a resoluções de 0,5-1,0 arcseconds, em comparação com uma resolução limita-difração teórica de cerca de 0,05 segundos de arco para um telescópio com um Espelho de 2,5 m de diâmetro. Em segundo lugar, um telescópio espacial poderia observar infravermelho e ultravioleta luz, que são fortemente absorvida pela atmosfera.

Spitzer dedicou grande parte de sua carreira para empurrar para o desenvolvimento de um telescópio espacial. Em 1962, um relatório por os EUA National Academy of Sciences recomendou o desenvolvimento de um telescópio espacial como parte do programa espacial e, em 1965 Spitzer foi apontado como chefe de uma comissão dada a tarefa de definir objectivos científicos para um grande telescópio espacial.

Astronomia baseada no espaço começou em uma escala muito pequena seguinte da Segunda Guerra Mundial , como os cientistas fizeram uso de desenvolvimentos que ocorreram em tecnologia de foguetes. O primeiro ultravioleta espectro do Sol foi obtida em 1946, eo Aeronautics and Space Administration Nacional (NASA) lançou o Orbitando Observatório Solar (OSO) para obter UV, raios-X, e espectros de raios gama em 1962. Um orbitando telescópio solar foi lançado em 1962 pelo Reino Unido como parte do Programa espacial Ariel, e em 1966 a NASA lançou o primeiro Orbitando missão Observatório Astronómico (OAO). Bateria do OAO-1 falhou depois de três dias, terminando a missão. Ele foi seguido por OAO-2, que realizou observações ultravioletas de estrelas e galáxias a partir de seu lançamento em 1968 até 1972, bem além de sua vida útil planejada original de um ano.

As missões OSO e OAO demonstrado o importante papel observações espaciais poderia jogar em astronomia, e, em 1968, a NASA desenvolveu planos firmes para uma base espaço- telescópio refletor com um espelho de 3 m de diâmetro, conhecido provisoriamente como o Grande Telescópio Orbital ou telescópio espacial Grande (LST), com um lançamento previsto para 1979. Estes planos enfatizou a necessidade de missões tripuladas de manutenção ao telescópio para garantir um programa tão caro tinha uma vida profissional longa, eo concomitante desenvolvimento de planos para o reutilizável vaivém espacial indicou que a tecnologia para permitir que este estava prestes a tornar-se disponível.

Quest for financiamento

O sucesso contínuo do programa OAO incentivou cada vez mais forte consenso dentro da comunidade astronômica que o LST deve ser um objectivo importante. Em 1970, a NASA estabeleceu duas comissões, uma para planejar lado da engenharia do projeto telescópio espacial, eo outro para determinar os objetivos científicos da missão. Uma vez que estes tinham sido estabelecida, o próximo obstáculo para a NASA foi a obtenção de financiamento para o instrumento, o que seria muito mais caro do que qualquer telescópio baseado na Terra. O Congresso dos Estados Unidos questionou muitos aspectos do orçamento proposto para os cortes telescópio e forçados no orçamento para as fases de planeamento, que na época consistia em estudos muito detalhados de instrumentos potenciais e hardware para o telescópio. Em 1974, cortes de gastos públicos levou ao Congresso a exclusão de todos os financiamentos para o projeto do telescópio.

Em resposta a isso, um esforço de lobby nacional foi coordenada entre os astrônomos. Muitos astrônomos encontrou congressistas e senadores em pessoa, e escala campanhas de cartas grandes foram organizadas. A Academia Nacional de Ciências publicou um relatório enfatizando a necessidade de um telescópio espacial, e eventualmente o Senado concordou em metade do orçamento que originalmente havia sido aprovado pelo Congresso.

As questões de financiamento levaram a uma espécie de redução da escala do projeto, com o diâmetro do espelho proposto reduzida de 3 m para 2,4 m, tanto para reduzir custos e permitir uma configuração mais compacta e eficaz para o hardware telescópio. Um telescópio precursor 1,5 m de espaço propostos para testar os sistemas a serem utilizados no satélite principal foi abandonada, e as preocupações orçamentais também solicitado colaboração com a Agência Espacial Europeia . ESA concordou em fornecer financiamento e fornecer um dos instrumentos da primeira geração para o telescópio, bem como a células solares que ligá-lo, e de pessoal para trabalhar no telescópio nos Estados Unidos, em troca de astrônomos europeus a ser garantido pelo menos 15% do tempo de observação no telescópio. Congresso finalmente aprovou o financiamento de US $ 36.000.000 para 1978, eo projeto do LST começou a sério, visando uma data de lançamento de 1983. Em 1983, o telescópio foi nomeado depois para Edwin Hubble, que fez uma das maiores descobertas científicas do século 20, quando ele descobriu que o universo é expansão.

Construção e engenharia

Moagem de espelho primário do Hubble em Perkin-Elmer, Março de 1979.

Uma vez que o projeto do telescópio espacial tinha sido dado o sinal verde, o trabalho sobre o programa foi dividido entre muitas instituições. Marshall Space Flight Center (MSFC), foi dada a responsabilidade pela concepção, desenvolvimento e construção do telescópio, enquanto Goddard Space Flight Center foi dado controlo global dos instrumentos científicos e centro de controle de solo para a missão. MSFC encomendou a empresa óptica Perkin-Elmer para projetar e construir a Assembléia Optical Telescope (OTA) e sensores finos da orientação para o telescópio espacial. Lockheed foi contratado para construir e integrar a nave espacial em que o telescópio seria abrigado.

Optical Telescope Assembleia (OTA)

Opticamente, o HST é um Cassegrain de Ritchey-Chrétien projeto, assim como a maioria dos grandes telescópios profissionais. Este projeto, com dois espelhos hiperbólicas, é conhecida pela boa performance de imagem ao longo de um amplo campo de visão, com a desvantagem de que os espelhos têm formas que são difíceis de fabricar e testar. O espelho e sistemas ópticos do telescópio determinar o desempenho final, e eles foram projetados para exigentes especificações. Telescópios ópticos normalmente têm espelhos polido para um precisão de cerca de um décimo do comprimento de onda de luz visível , mas o telescópio espacial era para ser usado para observações do visível através do ultravioleta (comprimentos de onda mais curtos) e foi especificado para ser difração limitada a tirar o máximo proveito do ambiente espacial. Portanto seu espelho precisava ser polida com uma precisão de 10 nanómetros, ou cerca de 1/65 do comprimento de onda da luz vermelha. No final de comprimento de onda longa, a OTA não foi projetado com um ótimo desempenho IR no exemplo mente-for, os espelhos são mantidos a estável (e quente, cerca de 15 ° C) temperaturas por aquecedores. Isso limita o desempenho do Hubble como um telescópio infravermelho.

O espelho backup, pela Kodak; a sua estrutura de suporte interno pode ser visto porque não é revestida com uma superfície reflectora.

Perkin-Elmer pretendia usar custom-built e extremamente sofisticado máquinas de polimento controlada por computador para moer o espelho com o formato requerido. No entanto, no caso de sua tecnologia de ponta entrou em dificuldades, a Nasa exigiu que PE sub-contrato para Kodak para construir um espelho de back-up através de técnicas de polimento espelho tradicionais. (A equipe de Kodak e Itek também licitar a obra espelho polimento inicial. Seu lance chamado para as duas empresas para verificar novamente o trabalho do outro, o que teria quase certamente chamou o erro de polimento que mais tarde causou tais problemas .) O espelho Kodak está agora em exposição permanente no National Air and Space Museum. Um espelho Itek construído como parte do esforço agora é usado no telescópio 2,4 m no Magdalena Observatório Ridge.

A OTA, fardo de medição, e defletor secundário são visíveis nesta imagem do Hubble durante a construção inicial.

A construção do espelho Perkin-Elmer começou em 1979, começando com um em branco fabricado pela Corning de seu ultra-baixa expansão de vidro . Para manter o peso do espelho para um mínimo consistiu em cima polegadas de espessura e placas de fundo imprensando um estrutura de favo de mel. Perkin-Elmer simulado microgravidade, apoiando o espelho em ambos os lados com 138 varas que exerceram quantidades variáveis de força. Isso garantiu que forma final do espelho seria correto e com a especificação quando finalmente implantado. Espelho polimento continuou até Maio de 1981. NASA relata no momento questionou estrutura gerencial da Perkin-Elmer, eo polimento começou a escorregar em atraso e sobre orçamento. Para economizar dinheiro, NASA suspendeu o trabalho no espelho de back-up e colocar a data de lançamento do telescópio de volta para Outubro de 1984. O espelho foi concluída até o final de 1981; lavou-se utilizando 2.400 galões (9.100 L) de quente, água deionizada e, em seguida, recebeu um revestimento reflector de 65 nm de espessura de alumínio e uma camada protetora de 25 nm de espessura fluoreto de magnésio.

Dúvidas continuou a ser expressa sobre a competência da Perkin-Elmer em um projeto desta importância, como o seu orçamento e calendário para produzir o resto da OTA continuou a inflar. Em resposta a uma programação descrita como "instável e muda diariamente", a Nasa adiou a data de lançamento do telescópio até abril de 1985. horários de Perkin-Elmer continuou a cair a uma taxa de cerca de um mês por cada trimestre, e às vezes os atrasos atingiram um dia para cada dia de trabalho. NASA foi forçada a adiar a data de lançamento até março e depois de Setembro de 1986. Por esta altura, o orçamento total do projeto subiu para US 1,175 bilhões dólares.

Sistemas da nave espacial

A nave espacial em que o telescópio e os instrumentos deveriam ser alojados foi outro grande desafio de engenharia. Ele teria que suportar passagens freqüentes de luz solar direta para a escuridão do Terra sombra, o que causaria grandes mudanças na temperatura, ao ser estável o suficiente para permitir que aponta extremamente precisa do telescópio. A mortalha de isolamento de multi-camada mantém a temperatura no interior do estábulo telescópio, e envolve um invólucro de alumínio luz em que o telescópio e instrumentos sentar. Dentro do escudo, um quadro de grafite-epoxi mantém as peças de funcionamento do telescópio firmemente alinhados. Porque compósitos de grafite são higroscópico, havia o risco de que o vapor de água absorvida pela treliça, enquanto na sala limpa da Lockheed viria a ser expressa no vácuo do espaço; os instrumentos do telescópio seria coberta de gelo. Para reduzir esse risco, uma purga de azoto gasoso foi realizada antes de lançar o telescópio para o espaço.

Vista explodida do telescópio Hubble

Enquanto construção do veículo espacial em que o telescópio e instrumentos seriam alojados passou um pouco mais suave do que a construção da OTA, Lockheed ainda experimentado algum orçamento e cronograma derrapagem, e, no verão de 1985, a construção do veículo espacial foi de 30% sobre o orçamento e três meses de atraso. Um relatório MSFC disse que a Lockheed tendem a confiar em direções da NASA, em vez de tomar iniciativa própria na construção.

Instrumentos iniciais

Quando lançado, o HST realizados cinco instrumentos científicos: o campo largo ea câmera planetária (WF / PC), Goddard alta resolução Espectrógrafo (GHRS), alta velocidade Fotómetros (HSP), Câmera fraco Object (FOC) eo Espectrógrafo fraco objeto (FOS ). WF / PC foi um dispositivo de imagem de alta resolução destina-se principalmente para observações ópticas. Foi construído pela NASA de Jet Propulsion Laboratory, e incorporou um conjunto de 48 filtros de isolamento linhas espectrais de particular interesse astrofísico. O instrumento continha oito dispositivo (CCD) chips de carga acoplada dividido entre duas câmeras, cada uma com quatro CCDs. Cada CCD tem uma resolução de 0,64 megapixels. A "câmera de campo largo" (WFC) cobriu um grande campo angular à custa de resolução, enquanto a "câmera planetária" (PC) tomou imagens a uma mais eficaz comprimento focal do que os chips WF, dando-lhe uma maior ampliação.

O GHRS era um espectrógrafo concebido para operar no ultravioleta. Foi construído pelo Flight Centre Goddard Space e poderia atingir um resolução espectral de 90.000. Também otimizado para observações ultravioletas foram a FOC e FOS, que eram capazes de a maior resolução espacial de quaisquer instrumentos de Hubble. Em vez de CCDs estes três instrumentos utilizados fotão -counting digicons como os seus detectores. A FOC foi construído pela ESA, enquanto o Universidade da Califórnia, San Diego, e Martin Marietta Corporação construiu os FOS.

O instrumento final foi a HSP, projetado e construído no Universidade de Wisconsin-Madison. Ele foi otimizado para observações visíveis e da luz ultravioleta estrelas variáveis e outros objetos astronômicos diferentes no brilho. Pode levar até 100.000 medições por segundo com uma precisão fotométrica de cerca de 2% ou melhor.

Sistema de orientação de CAV podem também ser utilizados como um instrumento científico. Sua três Sensores de orientação (FGS) são utilizadas principalmente para manter o telescópio apontado precisamente durante uma observação, mas também pode ser utilizado para realizar extremamente preciso astrometry; medições precisas para dentro foram alcançados 0.0003 segundos de arco.

Apoio terrestre

Hubble Control Center no Goddard Space Flight Center, 1999

O Instituto de Ciência do Telescópio Espacial (STScI) é responsável pela operação científica do telescópio ea entrega de produtos de dados para os astrônomos. STScI é operado pela Associação de Universidades para Pesquisa em Astronomia (AURA) e está fisicamente localizada em Baltimore, Maryland, no campus de Homewood Johns Hopkins University, uma das universidades norte-americanas 39 e sete afiliadas internacionais que compõem o consórcio AURA. STScI foi criada em 1981 depois de algo de uma luta de poder entre a NASA ea comunidade científica em geral. NASA queria manter esta função in-house, mas os cientistas queria que fosse baseada em um establishment acadêmico. O Space Telescope Facility Coordenação Europeia (ST-ECF), com sede em Garching bei München perto de Munique em 1984, fornece suporte semelhante para os astrônomos europeus.

Baixa órbita do Hubble significa muitos alvos são visíveis para um pouco menos de metade do tempo decorrido, desde que eles são impedidos de vista da Terra para a metade de cada órbita.

Uma tarefa bastante complexa, que cai para STScI está programando observações para o telescópio. Hubble está em uma órbita baixa da Terra para permitir missões de conservação, mas isso significa que a maioria dos alvos astronômicos são ocultada pela Terra para pouco menos da metade de cada órbita. Observações não pode ter lugar quando o telescópio passa através do Anomalia do Atlântico Sul devido à elevada níveis de radiação, e também existem zonas de exclusão consideráveis ao redor do Sol (que excluem observações de Mercúrio ), Lua e Terra. O ângulo de evitação solar é cerca de 50 °, para manter a luz solar que ilumina a partir de qualquer parte do OTA. Evitar a Terra ea Lua mantém luz brilhante fora do FGSs, e mantém a luz dispersa de entrar nos instrumentos. Se os FGSs estão desligados, no entanto, a Lua ea Terra podem ser observados. Observações da Terra foram usadas logo no início do programa para gerar campos de planos para o instrumento WFPC1. Há uma assim chamada zona de visualização contínua (CVZ), em cerca de 90 ° em relação ao plano da órbita do Hubble, em que os alvos não são ocultado por longos períodos. Devido à precessão da órbita, a localização do CVZ move-se lentamente ao longo de um período de oito semanas. Porque a membro da Terra está sempre dentro de cerca de 30 ° de regiões dentro do CVZ, o brilho dispersado earthshine pode ser elevado por longos períodos durante observações CVZ.

Órbitas do Hubble na atmosfera superior, a uma altitude de aproximadamente 559 km (347 mi). A posição ao longo de sua órbita muda ao longo do tempo de uma forma que não é previsível com precisão. A densidade da atmosfera superior varia de acordo com diversos factores, e isto significa que a posição prevista para o período de Hubble seis semanas poderia estar em erro por até 4.000 km. Horários de observação são tipicamente finalizado apenas alguns dias de antecedência, como um prazo de execução mais significaria que havia uma chance de que o alvo seria observável no momento em que estava previsto para ser observado.

Apoio de engenharia para HST é fornecido pela NASA e pessoal contratado no Goddard Space Flight Center em Greenbelt, Maryland, 48 quilômetros ao sul do STScI. Operação do Hubble é monitorado 24 horas por dia por quatro equipes de controladores de vôo que compõem do Hubble Operações de Voo da equipa.

Desastre do Challenger, atrasos, e eventual lançamento

STS-31 decola, levando Hubble em órbita.

No início de 1986, a data de lançamento prevista de outubro daquele ano parecia viável, mas a Challenger acidente trouxe o programa espacial dos EUA a um impasse, aterrando a frota de ônibus espaciais e forçando o lançamento do Hubble de ser adiada por vários anos. O telescópio tinham de ser mantidos em uma sala limpa, alimentada e purgada com azoto, até que um lançamento poderia ser remarcada. Esta situação caro (cerca de US $ 6 milhões por mês) empurraram os custos globais do projecto ainda maior. Esse atraso fez dar tempo para os engenheiros para realizar testes extensivos, trocar uma bateria possivelmente sujeito a falhas, e fazer outras melhorias. Além disso, o software terreno necessário para controlar Hubble não estava pronto em 1986, e na verdade foi apenas pronto até o lançamento de 1990.

Eventualmente, após a retomada dos vôos de ônibus espaciais em 1988, o lançamento do telescópio foi agendada para 1990. Em 24 de abril de 1990, missão do vaivém espacial STS-31 viu Descoberta lançar o telescópio com sucesso em sua órbita planejada.

Desde a sua estimativa de custo inicial total de cerca de US $ 400 milhões, o telescópio tinha por agora custam mais de US $ 2,5 bilhões para construir. Custos cumulativos do Hubble até este dia são estimados em várias vezes maior ainda, cerca de US $ 10 bilhões a partir de 2010.

Espelho falho

Dentro de semanas do lançamento do telescópio, as imagens devolvidos indicado um problema sério com o sistema óptico. Embora as primeiras imagens parecem ser mais nítidas do que as de telescópios terrestres, o Hubble não conseguiu alcançar um foco nítido final ea melhor qualidade de imagem obtida foi drasticamente menor do que o esperado. Imagens de fontes pontuais espalhar-se ao longo de um raio de mais de um segundo de arco, em vez de ter um função de ponto spread (PSF) concentrou-se dentro de um círculo 0,1 segundos de arco de diâmetro, como tinha sido especificado nos critérios de projeto.

Hubble é implantado de Descoberta em 1990.

A análise das imagens imperfeitas mostraram que a causa do problema era que o espelho primário tinha sido triturado para a forma errada. Apesar de ter sido provavelmente o espelho mais precisamente figurado já feito, com variações a partir da curva prescrita de apenas 10 nanômetros, no perímetro era muito plana por cerca de 2.200 nanômetros (2,2 micrómetros). Esta diferença foi catastrófico, introduzindo grave aberração esférica , uma falha em que a luz que reflete fora da borda de um espelho concentra-se em um ponto diferente da luz que reflete fora de seu centro.

O efeito da falha de espelho em observações científicas dependia da observação especial-o núcleo do PSF aberrado era nítida o suficiente para permitir observações de alta resolução de objetos brilhantes, e espectroscopia foi pouco afetada. No entanto, a perda de luz ao grande, fora de foco auréola reduzida severamente a utilidade do telescópio para objetos fracos ou de imagem de alto contraste. Isto significava que quase todos os programas cosmológicos eram essencialmente impossível, uma vez que eles necessária observação de objetos excepcionalmente fracos. NASA eo telescópio tornou-se o alvo de muitas piadas, eo projeto foi considerada popularmente como um elefante branco. Por exemplo, na comédia de 1991 The Naked Gun 2½: O Cheiro do Medo, o Hubble foi retratado com o Titanic, o Hindenburg, eo Edsel. No entanto, durante os três primeiros anos da missão Hubble, antes das correções ópticas, o telescópio ainda realizado um grande número de observações produtivas. O erro foi bem caracterizada e estável, permitindo astrônomos para optimizar os resultados obtidos usando sofisticados técnicas de processamento de imagem, tais como deconvolution.

Origem do problema

Um extracto de um Image / PC WF mostra a luz de uma estrela espalhados por uma vasta área, em vez de se concentrarem em alguns pixels.

Uma comissão chefiada pelo Lew Allen, diretor do Jet Propulsion Laboratory, foi criada para determinar como o erro poderia ter surgido. A Comissão Allen constatou que o principal corrector nula, um dispositivo de teste utilizado para atingir um espelho em forma não esférica adequadamente, tinham sido incorrectamente montado, uma lente estava fora da posição de 1,3 mm. Durante a moagem inicial e polimento do espelho, Perkin-Elmer analisada a sua superfície com dois correctores nulos convencionais. No entanto, para o passo de fabrico final ( figurando), eles mudaram para um corrector nulo custom-built, concebido expressamente para atender às tolerâncias muito rigorosas. Ironicamente, este dispositivo foi montado de forma incorrecta, o que resulta em uma forma extremamente precisa (mas errado) para o espelho. Houve uma última oportunidade para detectar o erro, uma vez que alguns dos testes finais necessárias para utilizar correctores nulos convencionais por várias razões técnicas. Esses testes indicaram corretamente aberração esférica . No entanto, a empresa ignorou esses resultados, pois acreditava que eles eram menos precisos do que o dispositivo principal que informou que o espelho era perfeitamente figurado.

A comissão culpou as falhas principalmente na Perkin-Elmer. As relações entre a NASA ea empresa óptica tinham sido severamente tensas durante a construção do telescópio, devido ao não cumprimento do cronograma freqüente e derrapagens nos custos. NASA descobriu que Perkin-Elmer não rever ou supervisionar a construção espelho adequadamente, não ceder seus melhores cientistas ópticos para o projeto (como tinha para o protótipo), e em particular não envolveu os designers ópticos na construção e verificação do o espelho. Enquanto a comissão fortemente criticado Perkin-Elmer para estes erros de gestão, a NASA também foi criticado por não pegar sobre as deficiências de controle de qualidade, tais como confiar totalmente nos resultados do teste a partir de um único instrumento.

Projeto de uma solução

A galáxia espiral M100, fotografada com Hubble antes e depois de óptica corretiva.

O projeto do telescópio sempre tinha incorporado missões de conservação, e os astrônomos começaram imediatamente a procurar soluções possíveis para o problema que poderia ser aplicada na primeira missão de manutenção, programada para 1993. Enquanto Kodak tinha aterrar um espelho de back-up para o Hubble, que seria ter sido impossível substituir o espelho em órbita, e muito caro e para trazer o telescópio de volta à Terra para um Reparar demorado. Em vez disso, o facto de que o espelho tinha sido triturado com tanta precisão à forma errada levou à concepção de novos componentes ópticos com exactamente o mesmo erro, mas no sentido oposto, para ser adicionado ao telescópio na missão de conservação, de forma eficaz na qualidade de " espetáculos "para corrigir a aberração esférica.

O primeiro passo foi uma caracterização precisa do erro no espelho principal. Trabalhando para trás a partir de imagens de fontes pontuais, os astrônomos determinaram que o constante cica do espelho foi construído como -1,01390 ± 0,0002, em vez de o -1,00230 pretendido. O mesmo número também foi derivado por meio da análise do corrector nula utilizado por Perkin-Elmer para descobrir o espelho, bem como por análise de interferogramas obtidos durante os testes térreo do espelho.

COSTAR em exposição no Museu Aéreo e Espacial Nacional

Devido à forma como os instrumentos da HST foram projetados, foram necessários dois conjuntos diferentes de corretores. A concepção do Wide Field Planetary Camera e 2, já planejado para substituir o WF / PC existente, incluída espelhos-relé à luz direta sobre a oito separado Charge-coupled device (CCD) chips que compõem suas duas câmeras. Um erro inversa construído em suas superfícies pode cancelar completamente a aberração do primário. No entanto, os outros instrumentos não tinham quaisquer superfícies intermédias que poderiam ser figurados, desta forma, e por isso exigiu um dispositivo de correção externa.

O Corretivas Optics Space Telescope Axial substituição do sistema (COSTAR) foi projetado para corrigir a aberração esférica para a luz focada na FOC, FOS, e GHRS. Ele consiste em dois espelhos no caminho da luz com um terreno para corrigir a aberração. Para montar o sistema COSTAR para o telescópio, um dos outros instrumentos teve de ser removido, e o astrônomos seleccionado Fotômetro de Alta Velocidade para ser sacrificado. Até 2002, todos os instrumentos originais que exigem COSTAR tinha sido substituído por instrumentos com os seus próprios óptica corretiva. COSTAR foi removido e retornou à Terra em 2009, onde é exibido no Air and Space Museum Nacional. A área anteriormente utilizada por COSTAR é agora ocupado pelo Espectrógrafo de Origens Cósmicas.

Manutenção missões e novos instrumentos

Hubble foi projetado para acomodar as atualizações de manutenção e equipamentos regulares. Cinco missões de serviço (SM 1, 2, 3A, 3B e 4) foram voadas pela NASA ônibus espaciais, a primeira em Dezembro de 1993 ea última em Maio de 2009. missões de manutenção foram delicadas operações que começaram com as manobras para interceptar o telescópio em órbita e cuidadosamente recuperá-los com o serviço de transporte de braço mecânico. O trabalho necessário foi realizado em múltiplos tethered Spacewalks ao longo de um período de 4-5 dias. Após uma inspeção visual do telescópio, os astronautas realizado reparos, substituídos componentes que falharam ou degradadas, equipamento atualizado, e instalados novos instrumentos. Uma vez que o trabalho foi concluído, o telescópio foi reimplantado, normalmente após o reforço de uma órbita mais alta para enfrentar qualquer decaimento orbital causada por atmosférica arraste.

Missão de Manutenção 1

Astronautas Musgrave e Hoffman instalar óptica corretiva durante SM1

Depois dos problemas com o espelho do Hubble veio à tona, a primeira missão de manutenção assumiu uma importância muito maior, já que os astronautas teriam de realizar um extenso trabalho no telescópio para instalar os óptica corretiva. Os sete astronautas selecionados para a missão foram treinados intensivamente no uso dos cem ou mais especializadas ferramentas que seriam necessários. SM1 voou a bordo Endeavour em Dezembro de 1993, ea instalação de envolver vários instrumentos e outros equipamentos ao longo de 10 dias.

Mais importante ainda, o Alta velocidade Fotómetro foi substituído com o COSTAR pacote óptica corretiva, e WFPC foi substituído com o Wide Field Planetary Camera e 2 (WFPC2) com o seu sistema de correção óptica interna. Além disso, o painéis solares e seus eletrônicos de acionamento foram substituídos, assim como quatro do giroscópios usados no sistema de telescópio que aponta, duas unidades de controle elétricos e outros componentes elétricos, e dois magnetômetros. Os computadores de bordo foram atualizados, e da órbita do telescópio foi impulsionado.

Em 13 de Janeiro de 1994, a NASA declarou que a missão um sucesso completo e mostrou a primeira de muitas imagens muito mais nítidas. Na época, a missão foi um dos mais complexos já realizado, envolvendo cinco longos períodos de atividade extraveicular, e seu sucesso retumbante foi um enorme benefício para a NASA, bem como para os astrônomos que agora tinha um telescópio espacial plenamente capaz.

Missão de Manutenção 2

Hubble como visto do Discovery durante sua segunda missão de manutenção

Servicing Mission 2, pilotado por Descoberta em Fevereiro de 1997, substituiu o GHRS e os FOS com o Telescope Space Imaging Spectrograph (STIS) eo Near Infrared Camera e (NICMOS) Multi-Object, substituiu um Engenharia e Ciência Tape Recorder com um novo gravador de estado sólido, e isolamento térmico reparado. NICMOS continha uma dissipador de calor de sólido nitrogênio para reduzir o ruído térmico do instrumento, mas logo depois ele foi instalado, um inesperado expansão térmica resultou em parte do dissipador de calor que entra em contacto com um deflector óptico. Isto levou a um aumento da taxa de aquecimento para o instrumento e reduziu a sua vida útil esperada original é de 4,5 anos para cerca de 2 anos.

Servicing Mission 3A

Servicing Mission 3A, pilotado por Descoberta , teve lugar em Dezembro de 1999, e foi um split-off de Servicing Mission 3 depois de três dos seis giroscópios a bordo tinha falhado. Uma quarta falhou algumas semanas antes da missão, tornando o telescópio incapaz de realizar observações científicas. A missão substituiu todas as seis giroscópios, substituiu um Sensor de Orientação Belas eo computador, instalou um Kit de Aperfeiçoamento de tensão / temperatura (VIK) para evitar o sobreaquecimento da bateria, e substituído cobertores de isolamento térmico. O novo computador é 20 vezes mais rápido, com seis vezes mais memória, do que a DF-224-lo substituído. Ele aumenta a taxa de transferência, movendo algumas tarefas de computação a partir do solo para a nave, e economiza dinheiro, permitindo o uso de linguagens de programação modernas.

Servicing Mission 3B

Servicing Mission 3B pilotado por Columbia março 2002 viu a instalação de um novo instrumento, com a FOC (o último instrumento original) sendo substituída pela Advanced Camera for Surveys (ACS). Isto significava que COSTAR também não era necessária, uma vez que todos os novos instrumentos construíram-in de correção para o espelho principal aberração. A missão também reavivou NICMOS e substituídos os painéis solares para o segundo tempo, fornecendo 30 por cento mais poder.

Missão de Manutenção 4

Hubble SM4 durante e após a libertação

Planos de chamadas para Hubble para ser atendido em fevereiro de 2005, mas a Columbia desastre em 2003, no qual Columbia se desintegrou na reentrada na atmosfera, teve efeitos amplos sobre o programa de Hubble. O administrador da NASA Sean O'Keefe decidiu que todas as futuras missões de ônibus teve que ser capaz de alcançar o porto seguro da Estação Espacial Internacional deve desenvolver problemas durante o vôo. Como não há traslado foram capazes de atingir tanto HST eo ISS durante a mesma missão, futuras missões tripuladas de serviços foram cancelados. Esta decisão foi assaltado por vários astrônomos, que sentiram que o Hubble foi valioso o suficiente para merecer o risco humano. Sucessor planejado do HST, o telescópio James Webb, não tem previsão de lançamento até pelo menos 2018. A lacuna nas capacidades de observação do espaço entre um desmantelamento de Hubble eo comissionamento de um sucessor é de grande preocupação para muitos astrónomos, dado o impacto científico significativo de HST. A consideração de que não JWST será localizado na órbita baixa da Terra e, portanto, não pode ser facilmente atualizado ou reparado em caso de uma falha de início, só faz essas preocupações mais agudas. Por outro lado, muitos astrônomos sentiu fortemente que a manutenção do Hubble não deve ter lugar se a despesa estavam por vir a partir do orçamento JWST.

SM4 instalado o WFC3, que capturou esta imagem danebulosa da borboleta.

Em janeiro de 2004, O'Keefe disse que iria rever a sua decisão de cancelar a missão final para manutenção HST devido ao clamor público e os pedidos do Congresso para a Nasa a procurar uma maneira de salvá-lo. A Academia Nacional de Ciências convocou um painel oficial, que recomendou em julho de 2004 que o HST deve ser preservada, apesar dos riscos aparentes. Seu relatório instou "NASA deve tomar nenhuma ação que impossibilitariam a missão de manutenção do vaivém espacial para o Telescópio Espacial Hubble". Em agosto de 2004, O'Keefe perguntou Goddard Space Flight Center para preparar uma proposta detalhada para uma missão de serviço robótico. Estes planos foram posteriormente canceladas, a missão robótica que está sendo descrito como "não viável". No final de 2004, vários membros do Congresso, liderados pelo senador Barbara Mikulski, realizou audiências públicas e levou em uma briga com muito apoio do público (incluindo milhares de cartas de crianças em idade escolar em todo o país) para obter a Administração Bush e NASA para reconsiderar a decisão de cair planos para uma missão de resgate Hubble.

A nomeação em Abril de 2005 de um novo administrador da Nasa, Michael D. Griffin, mudou a situação, como Griffin afirmou que iria considerar uma missão de manutenção tripulada. Logo após a sua nomeação Griffin autorizado Goddard para prosseguir com os preparativos para um vôo tripulado manutenção do Hubble, dizendo que iria tomar a decisão final, após as próximas duas missões do vaivém espacial. Em outubro de 2006 Griffin deu o sinal verde final, ea missão de 11 dias por Atlantis foi agendada para Outubro de 2008. principal unidade de tratamento de dados do Hubble falhou em setembro de 2008, parando todos os relatórios de dados científicos até o seu back-up foi colocado online em 25 de Outubro de 2008. Uma vez que uma falha da unidade de backup deixaria o desamparado HST, a missão de serviço foi adiada para incorporar um substituto para a unidade primária.

Servicing Mission 4, pilotado por Atlantis em maio de 2009 foi a última missão do ônibus espacial programada para HST. SM4 instalada a unidade de substituição de manipulação de dados, repararam os sistemas ACS e DSTs, melhoradas instaladas pilhas de hidrogénio de níquel, e substituiu outros componentes. SM4 também instalou dois novos observação INSTRUMENTOS Wide Field Camera 3 (WFC3) eo Espectrógrafo de Origens Cósmicas (COS) -e Captura Macio e Rendezvous sistema, o que permitirá o encontro futuro, captura e eliminação segura de Hubble por qualquer um com tripulação ou missão robótica. O trabalho realizado durante SM4 é esperado para processar o telescópio em pleno funcionamento, pelo menos, em 2014, e talvez mais.

Os resultados científicos

Principais projetos

No início de 1980, a NASA e STScI convocou quatro painéis para discutir projetos-chave. Estes eram projetos que estavam tanto cientificamente importante e exigiria tempo de telescópio significativa, o que seria explicitamente dedicado a cada projeto. Isso garantiu que esses projectos específicos seria concluída no início, caso o telescópio falhou mais cedo do que o esperado. Os painéis identificou três tais projetos: 1) um estudo do meio intergaláctico próxima usando linhas de absorção de quasares para determinar as propriedades do meio intergaláctico eo conteúdo gasosa de galáxias e grupos de galáxias; 2) uma pesquisa profunda média usando a Wide Field Camera para tirar dados sempre que um dos outros instrumentos estava sendo utilizado e 3) um projeto para determinar a constante de Hubble dentro de dez por cento, reduzindo os erros, tanto externas como internas, na calibração de a escala de distância.

Importantes descobertas

Luz visível STIS UV e ACS do Hubble são combinados para revelar aurora sul de Saturno.

Hubble ajudou a resolver alguns problemas de longa data em astronomia, bem como levantar novas questões. Alguns resultados têm exigido novas teorias para explicá-los. Entre os seus objectivos de missão principal era medir distâncias para estrelas variáveis ​​Cefeidas mais precisão do que nunca, e, portanto, restringir o valor da constante de Hubble , a medida da taxa na qual o universo está se expandindo, o que também está relacionado com a sua idade. Antes do lançamento do HST, as estimativas da constante de Hubble tinham tipicamente erros de até 50%, mas as medições do Hubble de variáveis ​​Cefeidas no aglomerado de Virgem e outros aglomerados de galáxias distante fornecido um valor medido com uma precisão de ± 10%, o que é consistente com outras medições mais precisas feitas desde o lançamento do Hubble usando outras técnicas.

Enquanto Hubble ajudou a refinar as estimativas da idade do universo, ele também lançou dúvidas sobre teorias sobre o seu futuro. Os astrônomos do Alto z Supernova Procurar Team eo Supernova Cosmology Project usou o telescópio para observar distantes supernovas e as provas descoberto que, longe de desaceleração sob a influência da gravidade , a expansão do universo pode de fato ser acelerado. Esta aceleração foi mais tarde medido com mais precisão por outros telescópios baseados no espaço de terra, e, confirmando a descoberta de Hubble. A causa dessa aceleração permanece pouco compreendida; a causa mais comum é atribuída energia escura.

Os espectros de alta resolução e as imagens fornecidas pelo HST foram especialmente bem adequada para determinar a prevalência de buracos negros no núcleo das galáxias próximas. Embora tivesse a hipótese de no início de 1960 que os buracos negros seriam encontrados nos centros de algumas galáxias, e trabalho na década de 1980 identificaram uma série de bons buraco negro candidatos, caiu a um trabalho realizado com o Hubble para mostrar que os buracos negros são, provavelmente, comum a todos os centros de galáxias. Os programas Hubble estabeleceu ainda que as massas dos buracos negros nucleares e propriedades das galáxias estão intimamente relacionados. O legado dos programas Hubble sobre buracos negros em galáxias é, portanto, demonstrar uma profunda ligação entre galáxias e seus buracos negros centrais.

Imagem do Hubble Deep Field extremo do espaço na constelaçãoFornax

A colisão de cometa Shoemaker-Levy 9 com Júpiter em 1994 foi fortuitamente cronometrado para os astrônomos, que vem apenas alguns meses depois de atender a Mission 1 tinha restaurado o desempenho óptico do Hubble. Imagens de Hubble do planeta eram mais penetrante que qualquer tomadas desde a passagem do Voyager 2 em 1979, e foram cruciais para estudar a dinâmica da colisão de um cometa com Júpiter, um evento que se acredita ocorrer uma vez a cada poucos séculos.

Outras descobertas feitas com dados do Hubble incluem discos proto-planetários ( proplyds) na nebulosa de Orion ; evidência para a presença de planetas extra-solares em torno de estrelas como o Sol; e das contrapartidas ópticas dos ainda misteriosas explosões de raios gama. HST também tem sido usado para estudar objetos nos confins do Sistema Solar, incluindo os planetas anões Plutão e Eris .

Uma janela única no Universo permitir pelo Hubble são o Hubble Deep Field , Hubble Ultra-Deep Field, e imagens Hubble extrema Deep Field, que utilizou sensibilidade incomparável do Hubble em comprimentos de onda visíveis para criar imagens de pequenos remendos do céu que são o mais profundo já obtido em comprimentos de onda ópticos. As imagens revelam galáxias bilhões de anos-luz de distância, e geraram uma riqueza de artigos científicos, proporcionando uma nova janela sobre o início do Universo. O Wide Field Camera 3 melhorou a visão desses campos no infravermelho e ultravioleta, apoiando a descoberta de alguns dos objetos mais distantes já descobertos, como MACS0647-JD.

O objeto não-padrãoSCP 06F6 foi descoberto pelo telescópio espacial Hubble em fevereiro de 2006. Nos meses de junho e julho de 2012, os astrônomos norte-americanos usando Hubble descobriu uma pequena quinta lua gelada de Plutão se movendo ao redor.

Impacto sobre astronomia

Depiction of progress in the detection of the early Universe
Evolução de detectar oinício do Universo

Muitas medidas objetivas mostram o impacto positivo dos dados do Hubble em astronomia. Mais de 9.000 papéis com base em dados do Hubble têm sido publicados em revistas e jornais, e incontáveis ​​mais têm aparecido em conferência processo. Olhando para papéis de vários anos após a sua publicação, cerca de um terço de todos os papéis astronomia não têm citações, enquanto apenas 2% dos artigos baseados em dados do Hubble não têm citações. Em média, um papel com base em dados do Hubble recebe cerca de duas vezes mais citações como papéis com base em dados não-Hubble. Dos 200 artigos publicados a cada ano que recebem o maior número de citações, cerca de 10% são baseados em dados do Hubble.

Embora o HST tem claramente ajudado pesquisa astronômica, o seu custo financeiro tem sido grande. Um estudo sobre os benefícios astronômicos relativos de diferentes tamanhos de telescópios descobriram que, enquanto papéis com base em dados HST gerar 15 vezes mais citações como um telescópio de 4 m de terra, como o Telescópio William Herschel, o HST custa cerca de 100 vezes mais para construir e manter.

Decidir entre construir subterrâneas contra telescópios baseados no espaço é complexa. Mesmo antes de Hubble foi lançado, as técnicas terrestres especializados, tais como abertura de mascaramento interferometria tinha obtido maior resolução de imagens ópticos e infravermelhos do que o Hubble iria conseguir, embora restrito a cerca de 10 alvos 8 de vezes mais brilhante do que as metas mais fracas observadas pelo Hubble. Desde então, os avanços em óptica adaptativa ter alargado as capacidades de imagem de alta resolução de telescópios terrestres para a imagem infravermelha de objetos fracos. A utilidade de óptica adaptativa contra observações do TEH depende fortemente os detalhes particulares das questões de pesquisa a ser feitas. Nas faixas visíveis, óptica adaptativa só pode corrigir um relativamente pequeno campo de visão, enquanto HST pode realizar imagens de alta resolução óptica ao longo de um vasto campo. Apenas uma pequena fração de objetos astronômicos são acessíveis a imagem de alta resolução em terra; em contraste Hubble pode realizar observações de alta resolução de qualquer parte do céu noturno, e em objetos que são extremamente fraco.

Uso

Conjunto de estrelaPismis 24 comnebulosa

Qualquer pessoa pode candidatar-se a tempo no telescópio; não há restrições à nacionalidade ou filiação acadêmica. A competição por tempo no telescópio é intenso, e apenas cerca de um quinto das propostas apresentadas em cada ciclo de ganhar tempo na agenda.

Os convites são emitidos aproximadamente anualmente, com o tempo alocado para um ciclo que dura cerca de um ano. As propostas são divididas em várias categorias; Propostas 'observadores' geral são os mais comuns, cobrindo observações de rotina. 'Observações Snapshot' são aqueles em que as metas requerem apenas 45 minutos ou menos de tempo de telescópio, incluindo despesas gerais, tais como a aquisição do alvo; observações de instantâneos são usados ​​para preencher as lacunas na programação telescópio que não podem ser preenchidas por programas GO regulares.

Os astrônomos podem fazer "alvo de oportunidade" propostas, nos quais as observações são programadas se um evento transitório abrangidos pela proposta ocorre durante o ciclo de programação. Além disso, até 10% do tempo de telescópio é designado discrecionária (DD) Tempo do director. Os astrônomos podem aplicar-se a usar o tempo de DD em qualquer época do ano, e é normalmente concedidos para estudo de fenômenos transitórios inesperadas, tais como supernovas.

Outros usos do tempo DD ter incluído as observações que levaram à produção do Hubble Deep Field e Hubble Ultra Deep Field, e nos primeiros quatro ciclos de tempo de telescópio, observações realizadas por astrônomos amadores.

Observações amadoras

O primeiro diretor do STScI, Riccardo Giacconi, anunciou em 1986 que tinha a intenção de dedicar algum do seu Director tempo discricionário de permitir que astrônomos amadores para usar o telescópio. O tempo total para ser alocado foi de apenas algumas horas por ciclo, mas grande interesse entre os astrónomos amadores animado.

Imagem Near-infrared-luz de WFC3 "da montanha místico" no berçário estelar da nebulosa de Carina. Mais estrelas pode ser visto por causa da transparência ao calor

Propostas de tempo amador foram rigorosamente revisados ​​por um comitê de astrônomos amadores, eo tempo foi concedido apenas às propostas que foram consideradas como tendo mérito científico genuíno, não duplicar propostas feitas por profissionais, e exigiu as capacidades únicas do telescópio espacial. No total, 13 astrônomos amadores foram agraciados com o tempo no telescópio, com observações a ser realizado entre 1990 e 1997. Um desses estudos foi cometas de Transição - UV Pesquisar Emissões OH em ​​asteróides. A primeira proposta, "Um telescópio espacial Hubble Estudo de Pós Eclipse Brightening e Albedo Alterações em Io", foi publicado em Icarus, uma revista dedicada a estudos de sistemas solares. Após esse tempo, no entanto, reduções orçamentárias na STScI feita com o apoio do trabalho por astrônomos amadores insustentável, e não mais programas amadores foram realizados.

20º aniversário

Um pilar de gás e poeira nanebulosa de Carina. Este image Wide Field Camera 3, apelidado de "Mystic Mountain ", foi lançado em 2010 para comemorar o 20º aniversário do Hubble no espaço.

O telescópio Hubble celebrou o seu 20º aniversário no espaço em 22 de abril de 2010. Para comemorar a ocasião, NASA, ESA, e Instituto do Telescópio Espacial (STScI) divulgou uma imagem danebulosa de Carina.

Dados do Hubble

Transmissão à Terra

Dados do Hubble foi inicialmente armazenado na nave espacial. Quando lançado, as instalações de armazenamento eram antiquados reel-to-reel gravadores, mas estes foram substituídos por instalações de armazenamento de dados de estado sólido durante as missões de assistência 2 e 3A. Sobre duas vezes por dia, os dados rádios do Telescópio Espacial Hubble para um satélite no geoestacionária Rastreamento e Sistema de Satélite de dados Relay, que, em seguida downlinks os dados científicos para um dos dois de 60 pés (18 metros) de diâmetro de alto ganho antenas de microondas localizado no Sands Branco Teste Facility em White Sands, Novo México. De lá, eles são enviados para o Centro de Controle de Operações do Telescópio Espacial Goddard Space Flight Center, e finalmente para o Space Telescope Science Institute para arquivamento. A cada semana, HST downlinks cerca de 120 gigabytes de dados.

Arquivo

Todos os dados do Hubble, eventualmente, é disponibilizado por meio dos arquivos na STScI, CDCA e ESA / ESAC. Os dados são geralmente proprietários-somente disponível para o investigador principal (PI) e os astrônomos designado pela PI-por um ano depois de ser tirada. O PI pode aplicar para o diretor do STScI para estender ou reduzir o período de propriedade em algumas circunstâncias.

Observações feitas em Tempo Discricionário do Director são isentos do período de proprietário, e são liberados para o público imediatamente. Dados de calibragem, tais como campos planos e quadros escuros também estão disponíveis ao público de imediato. Todos os dados do arquivo está no formato FITS, que é adequado para análise astronômico, mas não para uso público. O Hubble Heritage processos de projetos e lançamentos para o público uma pequena seleção das imagens mais marcantes em JPEG e TIFF.

Redução Pipeline

A análise dos dados do espectro revela a química das nuvens ocultos

Dados astronômicos tiradas com CCDs deve passar por várias etapas de calibração antes que eles são adequados para a análise astronômica. STScI desenvolveu um software sofisticado que calibra automaticamente os dados quando eles são solicitados a partir do arquivo usando os melhores arquivos de calibração disponível. Este processamento 'on-the-fly' significa que grandes solicitações de dados pode demorar um dia ou mais para ser processado e devolvido. O processo pelo qual os dados são automaticamente calibrado é conhecido como 'redução oleoduto', e é cada vez mais comum em grandes observatórios. Os astrônomos podem, se o desejarem recuperar os arquivos de calibração si e executar o software de redução de gasoduto localmente. Isto pode ser desejável quando outros que aqueles seleccionados automaticamente os ficheiros de calibração precisa para ser usado.

Análise de dados

Dados do Hubble podem ser analisados ​​usando muitos pacotes diferentes. STScI mantém o software feito sob medida STSDAS (Sistema de Análise de Dados Space Telescope Science), que contém todos os programas necessários para executar redução gasoduto em arquivos de dados brutos, bem como muitas outras ferramentas de processamento de imagem astronômica, adaptados aos requisitos de dados do Hubble. O software funciona como um módulo de IRAF, um programa de redução de dados astronômico popular.

As actividades de proximidade

Em 2001, a NASA entrevistados usuários de internet para descobrir o que eles mais gostariam Hubble para observar; eles esmagadoramente selecionou a Nebulosa Cabeça de Cavalo.

Ele sempre foi importante para o telescópio espacial de capturar a imaginação do público, dada a contribuição considerável de contribuintes para a sua construção e custos operacionais. Depois dos difíceis anos iniciais, quando o espelho defeituoso amolgado severamente a reputação de Hubble com o público, a primeira missão de manutenção permitiu a sua reabilitação como as ópticas corrigidas produzido numerosas imagens notáveis.

Várias iniciativas têm ajudado a manter o público informado sobre as atividades do Hubble. O projeto da herança de Hubble foi estabelecido para fornecer o público com imagens dos objetos mais interessantes e marcantes observadas de alta qualidade. A equipe da herança é composto por astrónomos amadores e profissionais, bem como as pessoas com origens fora astronomia, e enfatiza a estética natureza das imagens do Hubble. O projeto da herança é concedida uma pequena quantidade de tempo para observar objetos que, por razões científicas, não pode ter as imagens tomadas em comprimentos de onda suficientes para construir uma imagem full-color.

STScI mantém vários sites abrangentes para o público em geral contendo imagens do Hubble e informações sobre o observatório. Os esforços de sensibilização são coordenadas pelo Instituto de sensibilização do público, que foi criada em 2000 para garantir que os contribuintes norte-americanos viram os benefícios do seu investimento no programa do telescópio espacial.

Hubblecast logo of a transmitting satellite
Logotipo Hubblecast

Desde 1999, o principal grupo de proximidade Hubble na Europa tem sido o Hubble Agência Espacial Europeia Information Centre (HEIC). Este escritório foi estabelecido no telescópio espacial - Facilidade de Coordenação Europeia em Munique, Alemanha. A missão da HEIC é cumprir HST sensibilização e de educação tarefas para a Agência Espacial Europeia. O trabalho é centrado na produção de notícias e lançamentos de fotos que destacam os resultados do Hubble interessantes e imagens. Estes são muitas vezes de origem européia, e assim aumentar a conscientização tanto a participação da ESA Hubble (15%) ea contribuição de cientistas europeus para o observatório. ESA produz material educativo inovador, incluindo um videocast série chamada Hubblecast projetado para compartilhar de classe mundial notícias científicas com o público.

O Telescópio Espacial Hubble ganhou dois prêmios Espaço Realização daFundação Espaço para suas atividades de divulgação, em 2001 e 2010.

Há uma réplica do telescópio Hubble no gramado tribunal emMarshfield, Missouri, a cidade natal de Edwin P. Hubble homônimo.

Futuro

Falha de equipamento

Hubble vê osistema Fomalhaut, fotografada com um canal ACS agora fora de linha

Missões de manutenção últimos trocaram instrumentos antigos para novos, tanto evitar o fracasso e tornar possíveis novos tipos de ciência. Sem manutenção missões, todos os instrumentos acabará por fracassar. Em agosto de 2004, o sistema de energia do Espaço Imaging Telescope Espectrógrafo (DST) falhou, tornando o instrumento inoperante. A eletrônica tinha sido originalmente totalmente redundante, mas o primeiro conjunto de eletrônica falhou em Maio de 2001. Esta fonte de alimentação foi fixado durante a manutenção da missão 04 de maio de 2009. Da mesma forma, a câmera principal (a ACS) Eletrônica primários falharam em junho de 2006, ea fonte de alimentação para o sistema eletrônico de backup falhou em 27 de janeiro de 2007. Apenas Solar Canal Cego do instrumento (SBC) era operável usando os side-1 eletrônica. A nova fonte de alimentação para o canal de grande angular foi adicionado durante SM 4, mas testes rápidos revelaram isso não ajuda o canal de alta resolução.

HST usa giroscópios para estabilizar-se em órbita e apontar com precisão e de forma constante em alvos astronômicos. Normalmente, três giroscópios são necessários para a operação; observações são ainda possíveis com dois, mas a área do céu que pode ser visto seria um pouco restrito, e as observações que requerem muito preciso apontador são mais difíceis. Existem ainda planos de contingência para observações com apenas um giroscópio, mas se todos os giroscópios falhar, observações científicas continuação não será possível. Em 2005, decidiu-se mudar para o modo de dois giroscópio para operações regulares telescópio como um meio de estender o tempo de vida da missão. A mudança para esse modo foi feita em agosto de 2005, deixando Hubble com dois giroscópios em uso, dois no apoio, e dois inoperável. Mais um giroscópio falhou em 2007. Até o momento da missão de reparo final, durante o qual todos os seis giroscópios foram substituídos (com dois novos pares e um par remodelado), apenas três giroscópios ainda estavam trabalhando. Engenheiros estão confiantes de que eles identificaram as causas dos fracassos de giroscópios, e os novos modelos deve ser muito mais confiável.

Decaimento orbital

Imagem do Hubble defaixas de poeira na galáxia elípticaCentaurus A

Hubble orbita a Terra na parte superior extremamente tênue atmosfera , e ao longo do tempo sua órbita decai devido a arraste. Se não for re-impulsionado por um serviço de transporte ou por outros meios, ele vai voltar a entrar na atmosfera da Terra em algum momento entre 2019 e 2032, com o exato data, dependendo de como o Sol está ativo e seu impacto sobre a atmosfera superior. Se Hubble foram a descer em uma reentrada descontrolada completamente, partes do espelho principal e sua estrutura de apoio provavelmente iria sobreviver, deixando o potencial de danos ou até mesmo mortes humanas.

O plano original de NASA para segurança de-órbita Hubble foi para recuperá-lo usando um ônibus espacial. O telescópio Hubble, em seguida, teria provavelmente sido exibido no Smithsonian Institution. Este não é mais possível uma vez que a frota de ônibus espaciais foi aposentado, e teria sido improvável em qualquer caso, devido ao custo da missão e dos riscos para a tripulação. Em vez disso NASA considerou adicionar um módulo de propulsão externa para permitir a reentrada controlada. Em última análise, a NASA instalou o Captura Macio e Rendezvous sistema, para permitir a recuperação por qualquer uma missão com tripulação ou robótica.

Sucessores

Faixa do espectro visível
Cor Wavelength
violeta 380-450 nm
azul 450-475 nm
ciano 476-495 nm
verde 495-570 nm
amarelo 570-590 nm
laranja 590-620 nm
vermelho 620-750 nm

Não há sucessor directo do Hubble como ultravioleta e telescópio espacial de luz visível, como telescópios espaciais de curto prazo não duplicar a cobertura do comprimento de onda (de quase-ultravioleta para comprimentos de onda do infravermelho próximo) Hubble, concentrando-se sobre as bandas de infravermelhos mais distantes. Essas bandas são preferidos para estudar redshift alta e baixa temperatura objetos, objetos geralmente mais velhos e mais longe no universo. Estes comprimentos de onda também são difíceis ou impossíveis de se estudar a partir do solo, o que justifica a custa de um telescópio baseado no espaço. Grandes telescópios terrestres pode imagem alguns dos mesmos comprimentos de onda que Hubble, às vezes desafiar HST em termos de resolução (via óptica adaptativa), tem muito maior poder de captação da luz, e pode ser atualizado com mais facilidade, mas ainda não pode coincidir com o Hubble da excelente resolução sobre um amplo campo de visão com o fundo muito escuro do espaço.

Os planos para um sucessor do Hubble materializou como o projeto do telescópio espacial Next Generation, que culminou com planos para o Telescópio Espacial James Webb (JWST), o sucessor formal do Hubble. Muito diferente de um Hubble escalado-up, ele é projetado para operar mais frio e mais distante da Terra no L2 ponto de Lagrange, onde a interferência térmica e óptica da Terra e da Lua são diminuídas. Não é projetado para ser plenamente utilizável (tais como instrumentos substituíveis), mas o projeto inclui um anel de acoplamento para permitir visitas de outras espaçonaves. A principal meta científica de JWST é observar os objetos mais distantes no universo, além do alcance dos instrumentos existentes. Espera-se para detectar estrelas no Universo primitivo cerca de 280 milhões anos mais velhos do que as estrelas HST agora detecta. O telescópio é uma colaboração internacional entre a NASA, a Agência Espacial Europeia ea Agência Espacial Canadense desde 1996, e está prevista para lançamento em um foguete Ariane 5. Embora JWST é principalmente um instrumento infravermelho, sua cobertura se estende até 600 nm de comprimento de onda de luz, ou cerca de laranja no espectro visível. Um olho humano típico pode ver a cerca de 750 nm de comprimento de onda da luz, para que haja alguma sobreposição com as maiores bandas de comprimentos de onda visíveis, incluindo laranja e luz vermelha.

Hubble e espelhos JWST (4,5 m2e 25 m2, respectivamente)

Um telescópio complementar, olhando para comprimentos de onda mais longos do que até mesmo Hubble ou JWST, é a Agência Espacial Europeia Observatório Espacial Herschel, lançado em 14 de maio de 2009. Como JWST, Herschel não foi projetado para ser reparado após o lançamento, e tem um espelho substancialmente maior do que Hubble da, mas observa apenas no infravermelho distante e submillimeter. Ele também precisa de refrigerante de hidrogénio, de que ele provavelmente vai ficar sem na primavera de 2013.

Mais avançados conceitos para telescópios espaciais do século 21 incluem o Telescópio de Tecnologia Avançada de grande abertura de espaço, uma conceituada de 8 a 16 metros (320- 640-inch) telescópio espacial óptico que se percebeu poderia ser um sucessor mais directo a HST, com a capacidade de observar e fotografar objetos astronômicos no visível, ultravioleta e infravermelho, com substancialmente melhor resolução do que o Hubble ou o telescópio espacial de Spitzer. Este esforço está sendo planejado para o quadro 2025-2035 tempo.

Telescópios e instrumentos selecionados espaço
Nome Ano Wavelength Abertura
Olho humano - 0,39-0,75 mm0,01 m
Spitzer 2003 3-180 mm0,85 m
Hubble STIS 1997 0,115-1,03 mm2,4 m
Hubble WFC3 2009 0,2-1,7 mm2,4 m
Herschel 2009 55-672 mm3,5 m
JWST Planejado 0,6-28,5 mm6.5 m

Telescópios terrestres, e várias propostas existentes Extremely Large Telescopes, pode exceder o HST em termos de poder de recolha de luz pura e limite de difração devido a espelhos maiores, mas outros fatores afetam telescópios. Em alguns casos, eles podem ser capazes de igualar ou superar Hubble na resolução usando óptica adaptativa (AO). No entanto, AO em grandes refletores terrestres não vai fazer o Hubble e outros telescópios espaciais obsoleto. A maioria dos sistemas AO aguçar a vista sobre uma muito estreita de campo Sorte Cam, por exemplo, produz imagens nítidas apenas 10 "a 20" de largura, enquanto que as câmeras do Hubble são super afiada através de uma 2½ "de campo (150"). Além disso, os telescópios espaciais podem estudar os céus em todo o espectro eletromagnético, a maioria dos quais é bloqueada pela atmosfera da Terra. Por fim, o céu do fundo é mais escura no espaço do que na terra, porque o ar absorve a energia solar durante o dia e, em seguida, libera-lo durante a noite, produzindo um leve -mas não obstante discernible- airglow que lava para fora de baixo contraste objetos astronômicos.

Lista de instrumentos do Hubble

WFC3 em Sharpless 2-106
  • Advanced Camera for Surveys (ACS)
  • Espectrógrafo de Origens Cósmicas (COS)
  • Corretivas Optics Space Telescope Axial substituição (COSTAR)
  • Desmaio Câmara Object (FOC)
  • Espectrógrafo objeto fraco (FOS)
  • Belas Sensor de Orientação (FGS)
  • Goddard alta resolução Espectrógrafo (GHRS / HRS)
  • Fotômetro de Alta Velocidade (HSP)
  • Near Infrared Camera e Espectrômetro Multi-Object (NICMOS)
  • Espaço Imaging Telescope Espectrógrafo (DSTs)
  • Wide Field Planetary Camera e (WFPC)
  • Wide Field Planetary Camera e 2 (WFPC2)
  • Wide Field Camera 3 (WFC3)
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