Kuidas Hubble Kosmoseteleskoop Töötab?

{h1}

Hubble kosmoseteleskoop on praegu üks kõige hämmastavaid masinaid orbiidil. Lisateavet hubli kosmoseteleskoobi ja selle toimimise kohta.

Kas olete kunagi näinud öösel taevas ja mõelnud, mida universum näib olevat lähedal? Enamik meist on sunnitud oma silmadega silma nägema, otsides valgusvärve tohutu mustaval ööl. Isegi kui teil on õnnelik ligipääs maapealsele teleskoopile, mille selgus sõltub atmosfääri teguritest, nagu pilved ja ilmastik, ei paku ikkagi sellist selgust, mida need hämmastavad taevakehad väärivad.

Aastal 1946 teatas astrofüüsik Dr. Lyman Spitzer Jr, et teleskoop kosmoses paljastab palju kaugemate objektide pilte kui ükskõik milline maapealne teleskoop. See kõlab loogiline, eks? Kuid see oli ennekuulmatu idee, arvestades, et keegi pole isegi raketit kosmosesse veel käivitanud.

- nagu U.-S. Spitzer lobitöö NASA ja kongressi kosmoseteleskoopi väljaarendamiseks, mis sai alguse 1960. ja 1970. aastatel. 1975. aastal alustasid Euroopa Kosmoseagentuur (ESA) ja NASA selle esialgsete kavade koostamist ning 1977. aastal kiitis kongress heaks vajalikud rahalised vahendid. NASA nimetas Lockheedi raketid (nüüd Lockheed Martin) töövõtjana, kes ehitaks teleskoopi ja selle tugisüsteeme ning kogub ja katsetab seda.

Kuulus teleskoop sai nime USA astronoomi nime all Edwin Hubble, kelle kaugemate galaktikate varieeruvate tähtede vaatlused kinnitasid, et universum laieneb ja toetas Big Bangi teooriat.

Pärast pika hilinemise Challengeri katastroofi tagajärjel 1986. aastal tabas Hubble kosmose teleskoop 24. aprillil 1990 orbiidil Discoveryi kosmosesüstikuga. Alates selle käivitamisest on Hubble ümber kujundanud meie ruumi vaatevinklist, kusjuures teadlased kirjutavad tuhandeid dokumente, mis põhinevad teleskoobi selge silmadega leitudel selliste oluliste asjadega nagu universumi vanus, hiiglaslikud-mustad augud või millised tähed sarnanevad surmahirmud.

-Selles artiklis räägime sellest, kuidas Hubble on dokumenteerinud kosmoseruumi ja vahendeid, mis on seda võimaldanud. Me räägime ka mõnedest probleemidest, mida auväärne teleskoop / kosmosesõiduk on mööda teed.

COSTAR säästab päeva.

Hubble'i kosmose teleskoobi primaarpeegli ettevalmistus.

Hubble'i kosmose teleskoobi primaarpeegli ettevalmistus.

Peaaegu kohe pärast seda, kui see oli 1990. aastal kasutusele võetud, avastas astronoomid oma lemmik 1,5 miljardi $ 43,5-meetrise (13,3-m) teleskoobi probleemiga. Nende uus traktori haagise suurusega silm taevas ei suutnud õigesti keskenduda. Nad mõistavad, et teleskoobi primaarpeegel oli valedele mõõtmele. Kuigi peegli defekt - umbes ühe viiekümnendiku võrra suurem kui inimese juuste paksus - tundub enamikule meist naeruväärselt minut, põhjustas see Hubble'i kosmoseteleskoobile sfäärilise aberratsiooni ja tekitab fuzzy kujutisi. Astronoomid ei kulutanud teleskoobi töötamise aastaid ainult selleks, et olla rahul ebamugavärviliste kosmoseruumidega piltidega.

-Tehnikud tulid välja asendatud "kontakt" objektiiviga COSTAR (Korrektiiviv optika Kosteloskoop Axial asendamine) HST-i defekti parandamiseks. COSTAR koosnes mitmest väikesest peeglist, mis võtaks puuduliku peegli tala välja, parandaks defekti ja parandaks valgustatud peegli ümber teaduslikele vahenditele peegli fookuses.

NASA kosmonautid ja töötajad veetis 11 kuud, valmistudes selleks, mis oleks üks kõige raskemaid kosmoseülesandeid kunagi proovinud. Lõpuks 1993. aasta detsembris kosmosesüstikule Endeavor seitse inimest, kes HST-i esimese teeninduskeskuse jaoks kostis.

See võttis meeskonna üks nädal, et teha kõik vajalikud remontid ja kui teleskoopi testiti pärast teeninduskeskust, siis olid pildid oluliselt paranenud. Praegu on kõikidel HST-ist asuvatel seadmetel peegli defekti sisseehitatud parandus-optika ja COSTAR pole enam vaja.

Kuid on rohkem Hubble kui COSTAR, ja me räägime järgmiste kriitiliste osade hulgast.

HST anatoomia

Hubble kosmoseteleskoop orbiidil

Hubble kosmoseteleskoop orbiidil

Nagu ükskõik milline teleskoop, on HST-il pikk toru, mis on ühes otsas avatud, valguma laskma. Sellel on peeglid, et koguda ja tuua valgust keskenduda, kui selle "silmad" asuvad. HSTil on mitut tüüpi "silmi" erinevate vahendite kujul. Nagu ka putukad näevad ultraviolettvalgust või me näeme, et inimesed näevad valgust, peab Hubble suutma näha ka mitmesuguseid valguse vihmasaju taevast.

Täpsemalt, Hubble on Cassegraini helkuri teleskoop. See tähendab lihtsalt seda, et valgus siseneb seadmesse avause kaudu ja pääseb esmasest peeglist teise peegli külge. Sekundaarne peegel peegeldab omakorda valgust läbi ava esmaspeegli keskel a kontaktpunkt peamise peegli taga. Kui juhtisite sissetuleva valguse teekonda, tahaks see kirja "W", välja arvatud kahe kolmemõõtmelise nurga all.

Keskpunktis jagavad väiksemad, poolpeegeldavad, pool läbipaistvad peeglid sissetuleva valguse erinevatele teaduslikele vahenditele. (Järgmises osas me räägime nende instrumentide kohta rohkem). Nagu võisid arvata, pole need mitte ainult tavalised peeglid, mida võite vaadata, et oma peegeldust imetleda.

HST peeglid on valmistatud klaasist ja kaetud puhta alumiiniumi (kolm miljonit tolli tolli paksusega) ja magneesiumfluoriidiga (üks miljon tolli paksune), et need peegeldaksid nähtavat infrapunakiirgust ja ultraviolettvalgust. Peamine peegel on läbimõõduga 7,9 jalga (2,4 meetrit) ja teisene peegel on läbimõõduga 1,0 meetrit (0,3 meetrit).

Järgnevalt räägime sellest, mida Hubble koos kogu selle valgusega pärast seda, kui ta tabab teleskoop peeglid.

Hubble teaduslikud vahendid: WFPC2, NICMOS ja STIS

Hubble'i peamise kaamera, WFPC2-ga pildistatud Eagle'i ämber

Hubble'i peamise kaamera, WFPC2-ga pildistatud Eagle'i ämber

Vaadates erinevaid taevakehade lainepikkusi või valguse spektrit, saate tuvastada paljusid selle omadusi. Selleks on HST varustatud mitme teadusliku vahendiga. Iga vahend kasutab laadimisseadmed (CCD-d), mitte valgustusfotograafia. CCD-de abil tuvastatud valgus muutub digitaalsignaaliks, mis salvestatakse pardal olevatele arvutitele ja edastatakse Maale. Seejärel muudetakse digitaalsed andmed hämmastavateks fotodeks. Vaatame, kuidas iga vahend nende kujutistega kaasa aitaks.

-The Laiekraan ja planetaarkaamera 2 (WFPC2) on Hubble peamine silm või kaamera. Ta näeb nelja CCD-kiibi abil, mis on paigutatud "L" kuju, valguse saamiseks - kolm madala eraldusvõimega lainurk-CCD-kiipi ja üks kõrge resolutsiooniga planetaarse kaameraga CCD-kiip. Kõik neli žetooni eksponeeritakse samaaegselt sihtmärgiga ja sihtmärgi kujutis keskendub soovitud CCD kiibile. See silm näeb nähtavat ja ultraviolettvalgust ning suudab pildistada mitmesuguste filtrite abil, et luua looduslikke värvilisi pilte, nagu näiteks Eagle'i õlgade tuntud kujutis.

Sageli võib interstellulaarne gaas ja tolm takistada meie nägemust erinevate taevaste objektide nähtavast valgust. Pole probleemi: Hubble näeb tolmu ja gaasi peidetud objektidelt infrapunakiirgust või kuumust. Selle infrapunavalguse nägemiseks on HSTil kolm tundlikku kaamerat, mis moodustavad selle Infrapunakaamera ja multi-objekti spektromeetri lähedal (NICMOS).

Taevasobjekti valgustajana võib sellest esemest tulenev valgus ka selgitada, mis sellest on tehtud. Spetsiifilised värvid räägivad meile, millised elemendid on olemas, ja iga värvi intensiivsus annab meile teada, kui palju see element on olemas. The Kosmose teleskoobi pildistamise spektrograaf (STIS) eraldab sissetulevad valguse värvid palju, kui prism muudab vikerkaare.

Lisaks keemilise koostise kirjeldamisele võib spekter edasi anda ka taevase objekti temperatuuri, tihedust ja liikumist. Kui objekt liigub, võib keemiline sõrmejälg muutuda spektri sinise otsa (liikudes meie poole) või punase otsani (meilt edasi liikudes). Kahjuks kaotas STIS 2004. Aastal võimsust ja on sellest ajast alates olnud aktiivne.

Hoidke lugemist, et teada saada, mis muudel teaduslikel vahenditel Hubbleil on oma teleskoop-varrukas.

Hubli teaduslikud vahendid: ACS ja FGS

2002. aasta veebruaris teenindusmissiooni ajal lisas astronaudid Täiustatud kaamera uuringute jaoks (ACS), kahekordistades Hubble vaatevälja ja asendades Faint Object Camera, mis oli HST-i telefotoobjektiiviks.

ACS, mis näeb nähtavat valgust, oli installitud, et aidata kaardistada pimeda aine levitamist, avastada universumi kõige kaugemaid objekte, otsida massiivseid planeete ja uurida galaktikate klastrite arengut. Hinnanguliselt leidsid teadlased, et see kestab viis aastat, ja õige kii, et elektriline puudujääk keelas 2007. aasta jaanuaris kaks oma kaamerat.

See sisu ei ühildu selles seadmes.

Diagramm Hubble kosmoseteleskoop. Hiir üle "teleskoobi funktsioonide" vaatab iga funktsiooni läbi. Märkus: 2002. aastal asendas Faint Object Camera kõrgendatud kaamera uuringute jaoks.

HSTi pardal on viimane vahend Suured juhisandurid (FGSs), mis suunab teleskoobi ja mõõdab täpselt tähtede positsioone ja diameetreid ning kahendarakkude tähtede eraldamist. Hubble on üldiselt kolm neist anduritest; kaks teleskoobi punkti ja hoia seda sihtmärgile fikseerituna, otsides sihtmärgi lähedal olevas HST-väljal "juhi" tähed. Kui iga FGS leiab juhtimisarhiivi, lukustub see selle juurde ja edastatakse informatsioon tagasi HST-i juhtimissüsteemile, et hoida seda juhtstaarat oma valdkonnas. Kuigi kaks andurit juhivad teleskoopi, on üks võimalik teha astrometriline mõõdud (tähtpositsioonid). Astronomeetrilised mõõtmised on planeedide tuvastamisel olulised, sest planeedid ümbritsevad, mis põhjustavad vanemate tähtede liikumist üle taeva.

Nende vahendite mitu parandust ja mõned täiendused on kavandatud järgmise teeninduskeskuse jaoks 2009. aasta alguses.

Nüüd sa tead, kuidas Hubble võtab kõik need pildid. Uurime Hubble'i teist elu kui kosmosesõidukit.

-

Hubble kosmosesõidukite süsteemid: võimsuse genereerimine ja maapealse juhtimisega rääkimine

Hubble'i kommunikatsioonisüsteem

Hubble'i kommunikatsioonisüsteem

Hubble pole mitte ainult väga spetsiifiliste teaduslike vahenditega teleskoop. See on ka kosmoselaev. Sellisena peab tal olema võimu, suhelda maa peal ja suutma muuta oma suhtumist (orientatsiooni).

-Kõik HST-i pardal olevad instrumendid ja arvutid vajavad elektrit. Kaks suured päikesepaneelid täidavad seda vastutust. Iga tiivaga paneel võib teisendada päikeseenergia 2800 vatti elektrit. Kui HST asub Maa varjus, võib patareides ladustatud energia hoida teleskoopi 7,5 tunniks.

Lisaks võimsuse genereerimisele peab HST olema võimeline rääkima maa kontrolleritega, et edastada andmeid ja saada käske oma järgmiste sihtmärkide jaoks. Suhtlemiseks kasutab HST rea satelliite, mida nimetatakse Tracking and Data Relay Satellite (TDRS) süsteem. Praegu on taevas erinevates kohtades viis TDRS-i satelliiti.

Hubble'i kommunikatsiooniprotsessi aitavad ka kaks peamist arvutit, mis sobivad teleskoobi toru ümber teaduslike instrumendibaaride kohal. Üks arvuti räägib maa peal, et edastada andmeid ja vastu võtta käske.Teine arvuti vastutab HST juhtimise eest ja erinevate majapidamise funktsioonide eest. Häbi korral on Hubbleil varukoopiaid ka hädaolukorras.

Kuid mida kasutatakse andmete hankimiseks? Ja mis juhtub selle teabega pärast selle kogumist? Teleskoobi abil paigutatud neli antenni edastavad ja saavad teavet Hubble'i ja Flight Operations Teami vahel Goddardi kosmoselennukeskuses Greenbelt'is, Md. Pärast teabe saamist saadab Goddard selle Marylandi kosmoseteleskoobi teadusinstituudile (STScI), kus see on mis on tõlgitud teaduslikesse üksustesse nagu lainepikkus või heledus.

Vaadake, kuidas Hubble järgmises navigeerib.

Hubble kosmosesõidukite süsteemid: silmade juhtimine ja silmapilgutamine taevas

Kui Hubble ei suutnud keskenduda, ei suutnud ta 7. novembril 2002 seda pilti surmata tähte nimega NGC 6369 võtta.

Kui Hubble ei suutnud keskenduda, ei suutnud ta 7. novembril 2002 seda pilti surmata tähte nimega NGC 6369 võtta.

-Hubble zoomsub maa ümber iga 97 minuti järel, nii et keskendumine sihtmärgile võib olla keeruline. Kolm pardal olevat süsteemi võimaldavad teleskoopil püsida objektile fikseeritud: güroskoobid, peenhäälestusandurid, millest me räägime eelmises osas, ja reaktsioonirattad.

Güroskoobid jälgivad Hubble'i liikumisi. Nagu kompassid, tunnevad nad selle liikumist, öeldes lennuki arvutile, et Hubble on sihest eemale liikunud. Lennuki arvuti arvutab seejärel, kui palju ja mis suunas Hubble peab liikuma eesmärgi saavutamiseks. Lendu arvuti suunab seejärel teleskoobi liikumiseks reaktsioonirulli.

Hubble'i peenhäälestusandurid aitavad hoida teleskoop oma sihtmärgil fikseerituna, vaadates juhtetaimesid. Kaks kolmest andurist leiavad oma sihtvaldkondade kaupa vastavate vaateväljavaadete all olevaid sihtkujutisi. Pärast leiutamist lukustuvad nad juhtimisartiklitele ja saadavad teabe lennukomponentile, et hoida juhtväljakuid oma vaateväljas. Andurid on tundlikumad kui güroskoobid, kuid güroskoopide ja andurite kombinatsioon võib hoida HST-i mõne tunni jooksul fikseeritud sihtmärgil hoolimata teleskoobi orbitaalsest liikumisest.

HST ei saa kasutada raketimootorite või gaasimootorite juhtimist, nagu enamus satelliite teevad, sest heitgaasid hõljuvad teleskoobi lähedal ja pilved ümbritsevad vaatevälja. Selle asemel on HST-l olemas reaktsioon rattad mis on orienteeritud kolmeks liikumissuunaks (x / y / z või pitch / roll / yaw). Reaktsioonirühmad on hooratas, nagu see on siduril. Kui HST peab liikuma, ütleb lennuki arvutist üks või mitu hooratast, millist suunda keerata ja kui kiiresti, mis tagab jõud. Vastavalt Newtoni kolmandale liikumisseadusele (iga tegevuse jaoks on võrdne ja vastupidine reaktsioon), HST keerutab hoorattad vastassuunas, kuni see saavutab oma eesmärgi.

Kas Hubble ei saa midagi teha?

Hubble'i piirangud

Kuigi Hubble ei osuta päikesele, võib see ikkagi võtta mõned üsna hämmastavad pildid nagu see, mis näitab kuuma gaasi halo, mis ümbritseb spiraalgalaktikat NGC 4631, mis on sarnane Linnutee galaktikale.

Kuigi Hubble ei osuta päikesele, võib see ikkagi võtta mõned üsna hämmastavad pildid nagu see, mis näitab kuuma gaasi halo, mis ümbritseb spiraalgalaktikat NGC 4631, mis on sarnane Linnutee galaktikale.

- Kuigi HST vastutab arvukate uskumatute piltide ja avastuste eest, on sellel mõned piirangud.

Üks neist piirangutest on see, et HST ei suuda päikest jälgida, kuna intensiivne valgus ja kuumus küpsetaks tundlikke vahendeid. Sel põhjusel on HST alati päikese käes. See tähendab ka seda, et Hubble ei suuda jälgida elavhõbedat, Venusat ja teatud päikesekiirgusega tähti.

Hubble orbiid lisaks objektide heledusele piirab ka seda, mida võib näha. Mõnikord takistavad maad ise Hubble'i orbiidina sihtmärke, mida astronoomid sooviksid Hubble'l jälgida. See võib piirata konkreetse objekti vaatlemise aega.

Lõpuks läbib HST läbi jaotis Van Alleni kiirgusvööd, kus Maa magnetväli lõksub päikese tuule laetud osakestelt. Need kohtumised põhjustavad tugevat taustakiirgust, mis häirib instrumentide detektorit. Teleskoobil on võimatu nendel perioodidel vaatlusi teha.

Järgmisena saate teada, mis tulevikku peetakse suureks vaatluskeskuseks taevas.

Hubble'i plaanid: lõplik teenindamise missioon ja asendamine

Goddardi kosmose keskuses mullilt mudel James Webb kosmose teleskoobi jaoks. Te saate hinnata teleskoobi suurust, võrreldes seda disainimeeskonnaga, kes seisab selle ees.

Goddardi kosmose keskuses mullilt mudel James Webb kosmose teleskoobi jaoks. Te saate hinnata teleskoobi suurust, võrreldes seda disainimeeskonnaga, kes seisab selle ees.

Praegu on Hubble'i tulevik natuke ebakindel. Viimane teenindusmissioon oli planeeritud 10. oktoobriks 2008. Kuid NASA kaotas nädala ettevalmistusaja tõttu Mission Controli sunniviisilise evakueerimise Houstonis, kui Texas läbi purustatud orkaan Ike.

- Seejärel pidi Atlantis kosmosesüstik valima 14. oktoobriks 2008, lasknud missiooni lõpule viia seitsme astronaudri meeskond - reisi, mis oleks võtnud 11 päeva ja pikendas "teleskoobi elu" vähemalt 2013. aastani.

Kuid 29. septembril 2008 lükkas NASA lõpliku missiooni edasi, kuni mõni aeg 2009. aasta alguseni tõsise lagunemise tõttu. Hubble käsu-ja andmetöötlusseadmetes tekkis tõrge ja see lihtsalt lõpetas hõivamiseks ja saatmiseks vajalike andmete, mida me teame ja armastame sügavatest kosmosekuundadest.

Kui Atlantis on lõpuks käivitatud, võib NASA saata ebaõnnestunud komponendi varuosa. Kuid enne seda võib NASA katsetada varuosa ja rongi astronaudid, kuidas seda paigaldada. Vahepeal püüab agentuur aktiveerida käsu ja andmeside süsteemiga varukanalit, nii et teleskoop võib jätkata andmete edastamist.

Mis on Hubble pärast elu plaanitud?

Habbli järeltulija, James Webbi kosmoseteleskoop (JWST), mis on nime saanud endise NASA administraatori James Webb'i poolt, uurib kõiki universumi ajaloo kõiki etappe.Oma orbiidist umbes miljon miili (1,6 miljonit kilomeetrit) Maalt, teleskoobis paljastavad teavet tähtude, teiste päikesesüsteemide ja galaktikate sündimise ning meie enda päikesesüsteemi arengu kohta.

Nende põnevate avastuste tegemiseks tugineb JWST peamiselt neljale teaduslikule instrumendile: infrapuna-infrapuna-kaamera, infrapuna-multi-objektipektrograafi lähedal olev infrapuna-infrapuna-IR-instrumend ja reguleeritav filtri kujundaja.

Edaspidi tuntud kui "Next Generation Space Telescope", on JWST kavas käivitada 2013. aastal ja on NASA, Euroopa Kosmoseagentuuri ja Kanada Kosmoseagentuuri vahel rahvusvaheline koostöö.

Aga enne kui me liigume edasi JWST-ile ja unusta Hubble, võib-olla töökas teleskoop väärib hetke. Tänu Hubble'i enneolematutele avastustele on kõigile kättesaadavaks muutunud kaunid pildid sellest, mis asub Maa atmosfääris. Haruldasest joondumisest kahe spiraalgalaktikaga võimsa kokkupõrkega galaktikapartide vahel on Hubble toonud väikese tükki taevast kodust lähemale.

Hoidke lugemiseks rohkem linke hämmastavate teleskoopide ja meie seiklustest kosmoses.

-


Video Täiendada: .




ET.WordsSideKick.com
Kõik Õigused Reserveeritud!
Mistahes Materjalide Reprodutseerimine Lubatud Ainult Prostanovkoy Aktiivne Link Saidile ET.WordsSideKick.com

© 2005–2019 ET.WordsSideKick.com