Miten Hubble Avaruus Teleskooppi Toimii

{h1}

Hubble space telescope on yksi hämmästyttävistä koneista kiertoradalla juuri nyt. Lue lisää hubble-avaruusteleskoopista ja siitä, miten se toimii.

Oletko ikinä tuijottanut yötaivaan ja miettinyt, mitä maailmankaikkeus näyttää lähestyvän? Useimmat meistä ovat pakotettuja vetämään vain silmämme, etsimällä valopilkkuja valtavassa musta-yössä. Vaikka olette onnekas päästäkseen maapohjaiseen teleskooppiin, jonka selkeys riippuu ilmakehän tekijöistä, kuten pilvistä ja säästä, se ei silti tarjoa sellaista luettavuutta, jota nämä upeat taivaankappaleet ansaitsevat.

Vuonna 1946 Astrophysicist nimeltään Dr. Lyman Spitzer Jr. ehdotti, että avaruudessa oleva teleskooppi paljastaa paljon selkeämpiä kuvia kaukana olevista esineistä kuin mikään maapohjainen teleskooppi. Se kuulostaa loogiselta, eikö? Mutta tämä oli törkeää ajatusta, koska kukaan ei edes käynnistänyt rakettia ulkoavaruuteen.

- U.-S. 1960- ja 1970-luvuilla kypsyneet avaruusohjelmat, Spitzer lobotti NASA: ta ja kongressia kehittämään avaruusteleskooppia. Vuonna 1975 Euroopan avaruusjärjestö (ESA) ja NASA alkoivat laatia alkuperäisiä suunnitelmia, ja vuonna 1977 kongressi hyväksyi tarvittavat varat. NASA nimesi Lockheed-ohjukset (nyt Lockheed Martin) urakoitsijana, joka rakentaa teleskoopin ja sen tukijärjestelmät sekä koota ja testata sen.

Kuuluisa teleskooppi nimettiin Yhdysvaltain astronomin mukaan Edwin Hubble, joiden havainnot muuttuvien tähtien etäisillä galakseilla vahvistavat, että universumi laajeni ja tuki Big Bang -teoriaa.

Pitkän viivästyksen jälkeen Challengerin katastrofi vuonna 1986, Hubble avaruus teleskooppi ammuttiin kiertoradalle 24 huhtikuu 1990, piggybacking aluksella Discovery avaruussukkula. Hubble on uudistuttuaan avaruuteensa, ja tiedemiehet kirjoittavat tuhansia papereita, jotka perustuvat kaukoputken selkeisiin silmiin löydettyihin löytöihin tärkeistä asioista, kuten maailmankaikkeuden ikäisistä, jättimäisistä mureereista tai tähdistä. kuolemaa.

-Tässä artikkelissa puhutaan siitä, miten Hubble on dokumentoinut ulkoavaruuden ja välineet, jotka ovat antaneet sen mahdollisuuden. Puhumme myös muutamista ongelmista, joita kunnioittava teleskooppi / avaruusalus on kohdannut matkan varrella.

COSTAR säästää päivää.

Ennen lentoa tarkastellaan Hubble-avaruusteleskoopin ensisijaista peiliä.

Ennen lentoa tarkastellaan Hubble-avaruusteleskoopin ensisijaista peiliä.

Melkein heti sen käyttöönoton jälkeen vuonna 1990 astronomit löysivät ongelmansa rakastetuilla 1,5 miljardin dollarin telakoopillaan (43,5 ft). Heidän uuden traktori-trailerikokoisen silmänsä taivaalla ei pystynyt keskittymään kunnolla. He ymmärtävät, että teleskoopin ensisijainen peili oli asetettu väärälle ulottuvuudelle. Vaikka peilikuvio - joka on suunnilleen yhtä suuri kuin yhden viisikymmentä ihmisen hiusten paksuus - näyttäisi naurettavan vähäiseksi useimmille meistä, se aiheutti Hubble-avaruusteleskoopin kärsimisen pallomaisesta poikkeavuudesta ja tuotti sumeita kuvia. Tietenkään tähtitieteilijät eivät viettäneet vuosien ajan teleskoopin työskentelyä vain tyydytyksekseen hämmästyttävinä tilastoina ulkoavaruudessa.-

-Tieteilijät keksivät korvaavan "contact" -objektiivin COSTAR (Korjaava optinen avaruusteleskooppi Aksiaalinen korvaaminen) korjaamaan HST: n vika. COSTAR koostui useista pienistä peileistä, jotka peittävät palkin virheellisestä peilistä, korjaavat virheen ja välittävät korjatun säteen peilikohdan tieteellisiin välineisiin.

NASA: n astronautit ja henkilökunta viettivät 11 kuukautta valmistautuessaan siihen, mikä olisi yksi haastavimmista avaruusoperoista, joita koskaan yritettiin. Lopulta joulukuussa 1993 seitsemän miestä avaruusaluksella Endeavour avasi avaruuteen HST: n ensimmäiselle huoltotoimistolle.

Se otti miehistön yhden viikon tehdä kaikki tarvittavat korjaukset ja kun teleskooppi testattiin huolto-operaation jälkeen, kuvat olivat huomattavasti parantuneet. Nykyään kaikilla HST: n asetetuilla instrumenteilla on sisäänrakennettu korjaava optiikka peilin virheelle, eikä COSTAR enää ole tarpeen.

On kuitenkin enemmän Hubble kuin COSTAR, ja puhumme joistakin näistä kriittisistä osista seuraavaksi.

HST: n anatomia

Hubble Space Telescope kiertoradalla

Hubble Space Telescope kiertoradalla

Kuten missä tahansa teleskoopissa, HST: lla on pitkä putki, joka on avoin toisesta päästä päästäkseen valoon. Se on peilit kerätä ja tuoda valo keskittyä siihen, missä sen "silmät" sijaitsevat. HST: lla on useita erilaisia ​​"silmiä" erilaisten instrumenttien muodossa. Aivan kuten hyönteiset voivat nähdä ultraviolettivalon tai me ihmiset näkevät näkyvän valon, Hubble on kykenevä näkemään myös erilaiset valon sateet taivaasta.

Erityisesti Hubble on Cassegrain-heijastinteleskooppi. Tämä tarkoittaa vain sitä, että valo pääsee laitteen läpi aukon läpi ja peittää ensisijaisen peilin toissijaiselle peilille. Toisiopuoli puolestaan ​​heijastaa valoa ensisijaisen peilin keskellä olevan reiän läpi keskipiste pääpeilin takana. Jos vedät tulevan valon polun, se haluaisi kirjaimella "W", paitsi kolmella alaspäin suuntautuvalla kaatumisella kahden sijasta.

Keskipisteessä pienemmät, puoliksi heijastavat, puoliksi läpinäkyvät peilit jakavat tulevan valon eri tieteellisiin instrumentteihin. (Puhumme lisää näistä välineistä seuraavassa jaksossa.) Kuten olette arvottaneet, nämä eivät ole pelkästään tavallisia peilejä, joita voit katsella ihailemaan heijastusta.

HST: n peilit on valmistettu lasista, ja ne on pinnoitettu puhtaalla alumiinikerroksella (kolmet miljoonasosaa tuumaa paksua) ja magnesiumfluoridilla (miljoonasosaa tuumaa paksu), jotta ne heijastavat näkyvää infrapunaa ja ultraviolettivaloa. Ensisijainen peili on halkaisijaltaan 7,9 metriä (2,4 metriä), ja sekundäärinen peili on halkaisijaltaan 0,3 metriä.

Seuraavaksi puhumme siitä, mitä Hubble tekee kaikella valolla, kun se osuu teleskoopin peileihin.

Hubblein tieteelliset instrumentit: WFPC2, NICMOS ja STIS

Kuva Eagle Nebulasta, joka kaapasi Hubblein pääkamera, WFPC2

Kuva Eagle Nebulasta, joka kaapasi Hubblein pääkamera, WFPC2

Katselemalla taivaankappaleen eri aallonpituuksia tai valon spektriä voit havaita monia sen ominaisuuksista. Tätä varten HST: lla on useita tieteellisiä välineitä. Jokainen väline käyttää lataus kytketyt laitteet (ccds) kuin valokuvakuvaksi valokuvan ottamiseksi. CCD-levyjen havaitsema valo muuttuu digitaalisiksi signaaleiksi, jotka tallennetaan sisäisiin tietokoneisiin ja siirretään maapallolle. Digitaaliset tiedot muunnetaan sitten upeiksi valokuviksi. Katsotaanpa, kuinka jokainen väline vaikuttaa näihin kuviin.

-The Laaja kenttä ja planeettakamera 2 (WFPC2) on Hubblein tärkein "silmä" tai kamera. Se näkee neljä CCD-sirua, jotka on järjestetty "L" -muotoon kiinni valoon - kolme matala-resoluutiota, laajakenttäinen CCD-siru sekä yksi korkean resoluution CCD-siru. Kaikki neljä haketta paljastetaan samanaikaisesti kohteeseen, ja kohdekuva keskittyy haluttuun CCD-siruun. Tämä silmä voi nähdä näkyvän ja ultraviolettivalon, ja se voi ottaa kuvia eri suodattimien avulla luonnollisten värikuvien, kuten tämän hyvin tunnetun kuvan Eagle-sumuista.

Usein tähtienvälinen kaasu ja pöly voivat estää näkemystämme näkyvästä valosta eri taivaallisista kohteista. Ei ole ongelma: Hubble voi nähdä infrapunavalon tai lämmön pölystä ja kaasusta piilotetuista esineistä. Nähdäksesi tämän infrapunavalon, HST: lla on kolme herkkää kameraa, jotka muodostavat Lähellä infrapuna-kameraa ja monen kohteen spektrometriä (NICMOS).

Sellaisen taivaankappaleen valaisemisen lisäksi tästä esineestä peräisin oleva valo voi myös paljastaa, mistä se on tehty. Tietyt värit kertovat meille, mitkä elementit ovat läsnä, ja kunkin värin voimakkuus kertoo kuinka suuri osa tästä elementistä on läsnä. Space Telescope Imaging Spectrograph (sukupuolitaudit) erottaa tulevat valon värit paljon kuin prisma tekee sateenkaaren.

Kemiallisen koostumuksen kuvaamisen lisäksi spektri voi välittää taivaankappaleen lämpötilan, tiheyden ja liikkeen. Jos esine liikkuu, kemiallinen sormenjälki voi siirtyä taajuuden siniselle päähän (suuntaan kohti meitä) tai punaiseen päähän (siirtymistä meistä). Valitettavasti STIS on menettänyt valtaansa vuonna 2004 ja on ollut aktiivinen jo siitä lähtien.

Pidä lukemassa selvittää, mitä muita tieteellisiä välineitä Hubble on saanut teleskooppisen holkkiinsä.

Hubblein tieteelliset instrumentit: ACS ja FGS

Helmikuussa 2002 järjestetyn huoltopisteen aikana astronautit lisäsivät Kehittynyt kameran kyselyihin (ACS), kaksinkertaistettiin Hubble-näkökenttä ja korvaten HST: n teleobjektiiviin kuuluva heikko objekti-kamera.

Näkyvän valon näkyvä ACS on asennettu auttamaan pimeän aineen jakautumisessa, havaitsemaan maailmankaikkeuden kaukaisimmat esineet, etsimään massiivisia planeettoja ja tutkimalla galaksien klustereiden kehitystä. Tutkijat arvioivat, että se kestää viisi vuotta, ja aivan kuten vihjeen, sähköpula jäi pois kahdesta kamerastaan ​​tammikuussa 2007.

Tämä sisältö ei ole yhteensopiva tämän laitteen kanssa.

Kaavio Hubble-avaruusteleskooppi. Tutki kunkin toiminnon hiirellä "Teleskooppi-toiminnot". Huomaa: Värikäs objekti-kamera korvattiin Advanced Camera for Surveys -ohjelmalla vuonna 2002.

Lopullinen väline HST: ssa on sen Hienoohjausanturit (FGSs), jotka osoittavat kaukoputken ja tarkasti tähtien paikat ja läpimitat sekä binääristen tähtien erottamisen. Hubbleilla on kolme näistä antureista kokonaisuutena; kaksi osoittaa teleskooppi ja pitävät sen kiinnitettynä kohteeseensa etsimällä "opas" tähtiä HST-kentässä kohteen lähellä. Kun jokainen FGS löytää ohjaustähteen, se lukittuu siihen ja syöttää tiedot takaisin HST-ohjausjärjestelmään pitääkseen kyseisen ohjaustähteen kentällä. Kahden anturin ollessa ohjaamassa teleskooppia, yksi on vapaasti valmis astrometric mitat (tähtiasennot). Astrometriset mittaukset ovat tärkeitä planeettojen havaitsemiselle, koska planeettojen pyörivät aiheuttavat vanhempien tähdet horjuen, kun he liikkuvat taivaalla.

Näiden instrumenttien useat korjaukset ja muutama lisäys on tarkoitus järjestää seuraavaan huolto-operaatioon vuoden 2009 alussa.

Nyt tiedät, kuinka Hubble ottaa kaikki nämä kuvat. Me tulemme tutustumaan Hubblein toiseen elämään avaruusalustana seuraavaksi.

-

Hubble: n avaruusalusjärjestelmät: Tehon tuottaminen ja maanhallinta

Hubble viestintäjärjestelmä

Hubble viestintäjärjestelmä

Hubble ei ole vain teleskooppi, jolla on erittäin erikoistuneita tieteellisiä välineitä. Se on myös avaruusalus. Sellaisena sen on oltava voimaa, kommunikoida maan kanssa ja pystyä muuttamaan asentoaan (orientaatiota).

- Kaikkien HST: n laitteissa ja tietokoneissa tarvitaan sähkövoimaa. Kaksi suurta aurinkopaneelia täyttävät tämän vastuun. Jokainen siipinen paneeli voi muuntaa auringon energiaa 2 800 wattia sähköä. Kun HST on maapallon varjossa, energia, joka on tallennettu sisäisiin paristoihin, voi ylläpitää teleskooppia 7.5 tuntia.

Tehon tuottamisen lisäksi HST: n on kyettävä keskustelemaan maanpäällisten ohjaimien kanssa lähettämään tietoja ja vastaanottamaan komentoja seuraaville kohteilleen. Viestinnän yhteydessä HST käyttää joukkoa releen satelliitteja, joita kutsutaan nimellä Seuranta- ja Data Relay Satellite (TDRS) -järjestelmää. Tällä hetkellä on viisi TDRS-satelliittia eri paikoissa taivaalla.

Hubblen viestintäprosessia auttavat myös kaksi tärkeintä tietokonetta, jotka sopivat kaukoputken putken ympärille tieteellisten välineiden yläpuolelle. Yksi tietokone puhuu maahan lähettämään tietoja ja vastaanottamaan komentoja.Toinen tietokone vastaa HST: n ohjaamisesta ja erilaisista siivoustoiminnoista. Hubble tarjoaa myös varmuuskopio-tietokoneita hätätilanteessa.

Mutta mitä tietoja haetaan? Ja mitä tapahtuu, kun tiedot on kerätty? Neljä antennia, jotka on sijoitettu teleskooppiin, lähettävät ja vastaanottavat Hubblein ja Flight Operations -tiimin välistä informaatiota Goddard Space Flight Centerissä Greenbeltissä, Md: llä. Saatuaan tiedot, Goddard lähettää sen Marylandin Space Telescope Science Institute (STScI) käännetään tieteellisiin yksiköihin kuten aallonpituuteen tai kirkkauteen.

Lue, miten Hubble siirtyy seuraavaksi.

Hubble's Spacecraft Systems: Ohjaus ja tarkentaminen silmään taivaalla

Jos Hubble ei voinut keskittyä, se ei olisi voinut ottaa kuvaa kuolevasta tähdestä nimeltä NGC 6369 7. marraskuuta 2002.

Jos Hubble ei voinut keskittyä, se ei olisi voinut ottaa kuvaa kuolevasta tähdestä nimeltä NGC 6369 7. marraskuuta 2002.

-Subia zoomaa ympäri maata jokaista 97 minuuttia kohden, joten tavoitteen kohdistaminen voi olla vaikeaa. Kolme laivajärjestelmää antavat teleskoopin pysyä kiinteänä kohteena: gyroskoopit, hienoohjausanturit, joista puhumme edellisessä osassa ja reaktiopyörät.

Jyrroskoopit pitävät huolta Hubblein bruttomääräisistä liikkeistä. Kuten kompassit, he ajattelevat liikettä ja kertoivat lentokoneelle, että Hubble on siirtynyt pois tavoitteesta. Lennon tietokone laskee sitten, kuinka paljon ja mihin suuntaan Hubble joutuu pysymään tavoitteenaan. Lennon tietokone ohjaa sitten reaktion pyörät teleskoopin siirtämiseksi.

Hubble's Fine Guidance -anturit auttavat pitämään teleskoopin kiinnitettynä kohteeseensa havainnoimalla ohjaava tähtiä. Kaksi näistä kolmesta anturista löytää ohjat tähdet kohteen ympärille omilla kentillään. Kun ne löytyvät, ne lukkiutuvat ohjaavaisiin tähtiin ja lähettävät informaatiota lentokoneeseen pitäen ohjaava tähdet niiden näkökentässä. Anturit ovat herkempiä kuin gyroskoopit, mutta gyroskoopien ja antureiden yhdistelmä voi pitää HST: n kiinteänä kohteena tuntikausia huolimatta kaukopuhelimen kiertoradasta.

HST ei voi käyttää rakettimoottoreita tai kaasupotkureita ohjaamaan kuten useimmat satelliitit, koska pakokaasut hiipuvat kaukoputken lähellä ja pilvi ympäröivän näkökentän. Sen sijaan HST on reaktiopyörät suuntaan kolmessa liikkeessä (x / y / z tai pitch / roll / yaw). Reaktiopyörät ovat vauhtipyörät, kuten ne, jotka löytyvät kytkimestä. Kun HST: n täytyy liikkua, lentokone kertoo yhden tai useamman vauhtipyörän, mihin suuntaan se pyörii ja kuinka nopeasti, mikä tuottaa voiman. Newtonin kolmannen liikkeen lain mukaan (jokaisen toiminnon kohdalla on vastaava ja vastakkainen reaktio), HST pyörii vauhtipyörän vastakkaiseen suuntaan, kunnes se saavuttaa tavoitteensa.

Onko mitään mitä Hubble ei voi tehdä?

Hubble: n rajoitukset

Vaikka Hubble ei voi osoittaa auringossa, se voi silti tehdä joitain melko mahtavia kuvia, kuten tämä, joka näyttää halo kuumaa kaasua ympäröivä spiraali galaksi NGC 4631, joka on samanlainen kuin Linnunradan galaksi.

Vaikka Hubble ei voi osoittaa auringossa, se voi silti tehdä joitain melko mahtavia kuvia, kuten tämä, joka näyttää halo kuumaa kaasua ympäröivä spiraali galaksi NGC 4631, joka on samanlainen kuin Linnunradan galaksi.

-Vaikka HST on vastuussa lukemattomista uskomattomista kuvista ja löytöistä, sillä on muutamia rajoituksia.

Yksi näistä rajoituksista on se, että HST ei voi tarkkailla aurinkoa, koska voimakas valo ja lämpö peittävät sen herkät välineet. Tästä syystä HST on aina kohdistunut pois auringosta. Tämä tarkoittaa myös, että Hubble ei voi tarkkailla Mercury, Venus ja tiettyjä tähtiä, jotka ovat lähellä aurinkoa.

Objektien kirkkauden lisäksi Hubblein kiertorata rajoittaa myös mitä näkyy. Joskus tavoitteet, joita tähtitieteilijät haluavat Hubblein tarkkailemista, estävät itse maapallon itseään Hubble-kiertoradoitteina. Tämä voi rajoittaa tietyn objektin tarkkailua.

Lopuksi, HST kulkee läpi osion Van Allenin säteilyhihnat, missä maapallon magneettikentät ovat loukussa aurinkotuulen varaamia hiukkasia. Nämä kohtaamiset aiheuttavat korkean taustan säteilyä, joka häiritsee instrumenttien ilmaisimia. Teleskoopin on mahdotonta tehdä huomautuksia näinä kausina.

Seuraavaksi oppii, mitä tulevaisuus pitää suuressa observatoriossa taivaalla.

Suunnitelmat Hubbleille: Lopputyön palautus ja korvaaminen

James Webbin avaruusteleskooppi malli Goddard Space Centerin nurmikolla. Voit mitata teleskoopin koko vertaamalla sitä sen edessä olevaan suunnitteluryhmään.

James Webbin avaruusteleskooppi malli Goddard Space Centerin nurmikolla. Voit mitata teleskoopin koko vertaamalla sitä sen edessä olevaan suunnitteluryhmään.

Tällä hetkellä Hubblen tulevaisuus on hieman epävarma. Lopullinen huolto-operaatio oli tarkoitus järjestää 10. lokakuuta 2008. NASA menetti kuitenkin viikon valmistautumisajan, koska Mission Controlin pakko evakuoitiin Houstonissa, kun hirmumyrsky Ike pyyhkäisi Teksasin läpi.

- Atlantis-avaruuslento hajosi sitten 14. lokakuuta 2008, ja se kuljetti miehistön seitsemän astronautia, jotka täyttivät tehtävän - matka, joka olisi kestänyt 11 päivää ja laajensi teleskoopin elämää ainakin vuoteen 2013 asti.

Kuitenkin 29. syyskuuta 2008, NASA lykkäsi lopullista tehtävää vasta jonkin vuoden 2009 alussa vakavan erittelyn vuoksi. Hubblen käsky- ja tietojenkäsittelylaitteissa tapahtui virhe, ja se yksinkertaisesti lopetti tietojen pyydystämisen ja lähettämisen tarvittavien tietojen tuottamiseksi, joita tiedämme ja rakastetaan.

Kun Atlantis käynnistetään lopulta, NASA voi lähettää korvaavan osan epäonnistuneelle osalle. Kuitenkin ennen kuin tämä voi tapahtua, NASA: n on testattava korvaava osa ja kouluttava astronauteja sen asentamiseksi. Sillä välin virasto pyrkii myös aktivoimaan komento- ja tietojenkäsittelyjärjestelmän varakanavan, jotta teleskooppi voi jatkaa tietojen lähettämistä.

Mitä suunnitellaan elämästä Hubblen jälkeen?

Hubble n seuraaja, James Webb Space Telescope (JWST), joka on nimitetty entisen NASA: n ylläpitäjän James Webbin jälkeen, tutkii jokaisen vaiheen maailmankaikkeuden historiassa.Kiertoradaltaan noin miljoona kilometriä (1,6 miljoonaa km) maapallosta teleskooppi paljastaa tietoja tähtien, muiden aurinkokuntien ja galaksien syntymisestä ja aurinkokunnan kehityksestä.

Näiden kiehtovien löytöjen tekemiseksi JWST luottaa ensisijaisesti neljään tieteelliseen välineeseen: lähin infrapuna-IR-kameraan, lähi-infrapunaverkon multi-object-spektrografiin, IR-välineeseen ja viritettäväksi suodattimelle.

Aiemmin tunnettu nimellä "seuraavan sukupolven avaruusteleskooppi" JWST on suunniteltu käynnistymään vuonna 2013 ja se on ollut kansainvälinen yhteistyö NASAn, Euroopan avaruusjärjestön ja Kanadan avaruusjärjestön kanssa.

Mutta ennen kuin siirrymme JWST: hen ja unohda Hubble, ehkä ahkera teleskooppi ansaitsee hetken. Kiitos Hubblen ennennäkemättömistä löytöistä, jotka ovat kiinnostuneita maapallon ilmapiirin ulkopuolisista kuvista, on kaikkien saatavilla. Hubble on tuonut mukanaan pienen osan taivaista lähemmäksi kotia, harvaan suuntautuen kahden kierre-galaktian välillä voimakkaaseen törmäykseen galaksiklusterien välillä.

Pidä lukemassa lisää linkkejä hämmästyttäviä teleskooppeja ja seikkailuja avaruudessa.

-


Video Täydentää: Hubblen avaruusteleskooppi 25 vuotta.




FI.WordsSideKick.com
Kaikki Oikeudet Pidätetään!
Jäljentämistä Materiaalien Sallittu Vain Prostanovkoy Aktiivinen Linkki Sivustoon FI.WordsSideKick.com

© 2005–2019 FI.WordsSideKick.com