哈勃太空望远镜如何工作

几乎在1990年它被投入使用后不久，天文学家们就发现了他们心爱的价值15亿美元的43.5英尺(13.3米)的地方出了问题。望远镜．他们在空中的新的拖拉机拖车大小的眼睛无法正确聚焦。他们意识到望远镜的主镜被磨错了尺寸。虽然镜子上的缺陷——大约相当于人类头发的五十分之一——对我们大多数人来说似乎微不足道，但它却导致了哈勃太空望远镜受球差影响而产生模糊图像。当然，天文学家花了多年的时间在望远镜上工作，不只是为了满足于外太空平凡的快照。

科学家们找到了替代品“接触”透镜被称为配角（矫正光学空间望远镜轴向更换)以修复HST的缺陷。COSTAR由几个小镜子组成，这些小镜子可以拦截从有缺陷的镜子发出的光束，修复缺陷，并将修正后的光束传送到科学仪器上焦点的镜子。

美国国家航空航天局宇航员工作人员花了11个月的时间为这一有史以来最具挑战性的太空任务做准备。最后，在1993年12月，7名宇航员搭乘“奋进”号航天飞机进入太空，执行HST的第一次维修任务。

工作人员花了一周时间完成了所有必要的维修工作，在完成维修任务后对望远镜进行测试时，图像得到了极大的改善。如今，所有放置在HST中的仪器都有针对镜面缺陷的内置矫正光学元件，COSTAR不再需要。

除了COSTAR，哈勃还有更多的功能，接下来我们将讨论其中的一些关键部分。

像任何望远镜在美国，HST有一个一端打开的长管，可以让人进入光．它有镜子来收集光线，并把光线集中到它“眼睛”所在的地方。的HST有几种类型的“眼睛”形式的各种仪器。就像昆虫可以看到紫外线或者我们人类可以看到可见光一样，哈勃也必须能够看到从天空中落下的各种类型的光。

具体来说，哈勃是一个卡塞格林反射望远镜．这仅仅意味着光通过开口进入设备，并从主镜反射到副镜。副镜依次将光通过主镜中心的孔反射到一个焦点在主镜后面。如果你画入射光的路径，它就像字母“W”，只是有三个向下的凸点，而不是两个。

在焦点处，小的、半反射的、半透明的镜子将入射的光分配到各种科学仪器上。(我们将在下一节详细讨论这些乐器。)正如你可能已经猜到的，这些不是普通的镜子，你可以凝视着欣赏自己的倒影。

HST的镜子是由玻璃制成的，并在其表面镀上了几层纯铝(厚度为百万分之一英寸)和氟化镁(厚度为百万分之一英寸)反映可见光、红外线和紫外线。主镜直径7.9英尺(2.4米)，副镜直径1.0英尺(0.3米)。

接下来，我们将讨论哈勃如何处理所有这些光，当它们击中望远镜的镜面后。

通过观察不同的波长的光谱光对于一个天体，你可以看出它的许多性质。为了做到这一点，HST配备了一些科学仪器。每个仪器使用电荷耦合器件（ccd）而不是胶卷捕捉光线。由ccd检测到的光被转换成数字信号，存储在机载电脑和传送到地球．然后这些数字数据被转换成令人惊叹的照片。让我们看看每种仪器是如何产生这些图像的。

的广角和行星相机2（WFPC2)是哈勃的主要“眼睛”，也就是照相机。它通过四块排成“L”形的CCD芯片捕捉光线——三块低分辨率宽视场CCD芯片，外加一块高分辨率行星相机CCD芯片。所有四个芯片同时暴露在目标上，目标图像以所需的CCD芯片为中心。这只眼睛可以看到可见光和紫外线，并可以通过各种滤镜拍摄出自然色彩的图片，例如这张著名的鹰状星云图像。

通常情况下，星际气体和尘埃会阻挡我们看到来自各种天体的可见光。没问题:哈勃可以看到隐藏在尘埃和气体中的物体发出的红外光或热量。为了看到这种红外光，HST有三个灵敏的照相机组成近红外相机和多目标光谱仪（多目标光谱仪）.

除了照亮一个天体，从那个天体发出的光还可以揭示它的组成。特定的颜色告诉我们有哪些元素，每种颜色的强度告诉我们该元素有多少。的空间望远镜成像光谱仪（性传播感染)就像棱镜分离入射光的颜色一样彩虹．

除了描述化学成分外，光谱还能传达天体的温度、密度和运动。如果物体在移动，化学指纹可能移向光谱的蓝色端(向我们移动)或红色端(远离我们)。不幸的是，性病在2004年失去了力量，从那以后就一直不活跃。

继续往下读，看看哈勃望远镜的袖子里还有什么其他的科学仪器。

在一次维修任务2002年2月，宇航员添加了用于测量的先进照相机（ACS)，将哈勃望远镜的视野扩大了一倍，并更换了作为HST长焦镜头的模糊物体相机。

ACS，它能看到可见的东西光，以帮助绘制暗物质探测宇宙中最遥远的物体，寻找大质量行星，研究星系团的演化星系．科学家们估计它可以使用5年，就在此时，2007年1月，由于电力短缺，它的三个摄像头中的两个失灵了。

图的哈勃太空望远镜．鼠标悬停在“望远镜功能”上检查每个功能。注:在2002年，模糊物体照相机被先进的测量照相机所取代。

HST上的最后一个仪器是它的好指导传感器（的投篮)，用来对准望远镜，精确测量恒星的位置和直径，以及双子星的分离。哈勃望远镜总共有三个这样的传感器;两台望远镜使其固定在目标上，在目标附近的HST场中寻找“引导”恒星。当每个FGS找到一颗导向星时，它会锁定它，并将信息反馈给HST转向系统，以保持该导向星在它的磁场范围内。当两个传感器控制望远镜时，一个是自由制造的天体测量测量(明星位置)。天体测量对于探测行星很重要，因为绕行星运行的行星会引起母恒星摆动当它们划过天空的时候。

对这些仪器的多次维修，以及一些增加，计划在2009年初的下一次维修任务中进行。

现在你知道哈勃是如何拍摄这些照片的了。接下来我们将了解哈勃作为航天器的另一段经历。

哈勃不仅仅是一个望远镜用高度专业化的科学仪器。它也是一艘宇宙飞船。因此，它必须有力量，与地面沟通，并能够改变自己的态度(方向)。

HST上所有的仪器和计算机都需要电权力。两个大太阳能电池板履行这一责任。每块像翅膀一样的面板可以将太阳能转换成2800瓦的电力。当HST处于地球的阴影中时，储存在飞船上的能量电池能维持望远镜7.5小时。

除了发电之外，HST还必须能够与地面上的控制器进行通信，以传递数据并接收下一个目标的命令。为了通信，HST使用一系列中继卫星被称为跟踪和数据中继卫星(TDRS)系统．目前，在天空的不同位置有五颗TDRS卫星。

哈勃的通信过程也得到了安装在科学仪器舱上方望远镜管周围的两台主要计算机的帮助。一台计算机与地面对话，传输数据并接收命令。另一台计算机负责控制HST和各种家务管理功能。在紧急情况下，哈勃望远镜也有备用计算机。

但是用什么来检索数据呢?收集到这些信息后会发生什么?望远镜上的四根天线在哈勃和位于马里兰州格林贝尔特的戈达德太空飞行中心的飞行操作团队之间传输和接收信息。在接收到信息后，戈达德将其发送到马里兰州的太空望远镜科学研究所(STScI)，在那里，信息被转换成科学单位，如波长或亮度。

接下来了解哈勃如何导航。

哈勃绕着地球每隔97分钟，所以专注于一个目标是很困难的。三个机载系统允许望远镜固定:保持固定在一个物体上:陀螺仪，我们在前一节谈到的精细制导传感器，以及反作用轮。

陀螺仪记录着哈勃的大体运动。就像指南针，他们会感知到哈勃的运动，告诉飞行计算机哈勃已经远离了目标。飞行电脑然后计算哈勃必须移动多少以及向哪个方向才能保持在目标上。然后飞行计算机引导反作用轮移动望远镜。

哈勃望远镜的精细制导传感器通过导引来帮助望远镜固定在目标上星星．三个传感器中的两个在各自的视野范围内找到目标周围的引导星。一旦被发现，他们就锁定导航星，并将信息发送到飞行计算机，以保持导航星在他们的视野范围内。传感器比陀螺仪更灵敏，但陀螺仪和传感器的组合可以使HST固定在目标上数小时，尽管望远镜在轨道上运动。

HST不能使用火箭发动机或者像大多数卫星那样操纵气体推进器，因为废气会盘旋在望远镜附近，使周围的视野蒙上阴影。相反，HST有反应的轮子在运动的三个方向上(x/y/z或俯仰/滚转/偏航)。反作用轮是飞轮，就像在离合器．当HST需要移动时，飞行计算机告诉一个或多个飞轮旋转的方向和速度，从而提供动力。按照牛顿第三运动定律(对于每一个动作都有一个相等且相反的反作用力)，HST在飞轮的相反方向旋转，直到它到达目标。

有什么是哈勃做不到的吗?

尽管HST拍摄了无数令人难以置信的图像和发现，但它也有一些局限性。

这些限制之一是HST不能观察太阳因为激烈的光高温会烧焦它的敏感仪器。由于这个原因，HST总是指向远离太阳的方向。这也意味着哈勃无法观测汞，金星和某些星星离太阳也很近。

除了物体的亮度，哈勃的轨道也限制了我们能看到的东西。有时候，天文学家想要哈勃观测的目标会被地球就像哈勃轨道一样。这可以限制观察给定对象的时间。

最后，HST通过一段范艾伦辐射带，其中带电粒子来自太阳风被地球磁场困住这些相遇会造成高背景辐射这干扰了仪器的探测器。望远镜不可能在这些时期进行观测。

接下来了解天空中伟大的天文台的未来。

目前，哈勃的未来还有些不确定。最后一次维修任务定于2008年10月10日进行。然而,美国国家航空航天局由于休斯敦任务控制中心被迫撤离，损失了一周的准备时间飓风艾克横扫德克萨斯州。

然后,航天飞机亚特兰蒂斯号计划于2008年10月14日发射，搭载7名机组人员宇航员完成这项任务需要11天的时间望远镜的至少到2013年。

然而，2008年9月29日，由于严重故障，NASA将最后一次任务推迟到2009年初的某个时候。哈勃的指令和数据处理设备出现了故障，它只是停止了捕捉和发送产生我们所熟知和喜爱的深空图像所需的数据。

当亚特兰蒂斯号最终发射时，NASA可能会为失败的部件送去一个替换部件。然而，在这之前，NASA必须测试替换部分，并培训宇航员如何安装它。与此同时，该机构还试图激活指挥和数据处理系统的备份通道，以便望远镜可以恢复传输数据。

哈勃之后的生活计划是什么?

哈勃的继任者詹姆斯·韦伯太空望远镜(JWST)，以美国宇航局前局长詹姆斯·韦伯的名字命名，将研究宇宙历史的每一个阶段。距其轨道约100万英里(160万公里)地球在美国，这台望远镜将揭示关于宇宙诞生的信息星星、其他太阳系和星系，以及我们太阳系的演化。

为了实现这些迷人的发现，JWST将主要依靠四种科学仪器:近红外(IR)相机、近红外多目标光谱仪、中红外仪器和可调谐滤光成像仪。

JWST的前身是“下一代太空望远镜”，计划于2013年发射，是美国宇航局、欧洲航天局和加拿大航天局的国际合作项目。

但在我们继续谈论JWST并忘记哈勃之前，也许这台努力工作的望远镜值得我们花点时间。多亏了哈勃望远镜无与伦比的发现，地球大气层之外的迷人图像已经可供每个人欣赏。从两个螺旋星系之间罕见的对齐到星系团之间强大的碰撞，哈勃望远镜把一小片天空带到了离家更近的地方。

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