Hubble'o kosminis teleskopas – apžvalga, istorija ir techninės savybės

Hubble'o kosminis teleskopas: išsami apžvalga, istorija ir techninės savybės — nuo paleidimo 1990 m. iki orbitinių stebėjimų, pagrindinio veidrodžio ir remonto įvykių.

Hubble'o kosminis teleskopas (HST) yra pirmasis didelis optinis kosminės observatorijos teleskopas. Būdamas virš atmosferos, jis mato dangų aiškiau nei bet kuris ant žemės esantis optinis teleskopas, nes atmosfera mažina vaizdo ryškumą ir sklaidą, slopina ultravioletinę spinduliuotę ir sukelia „žvaigždžių žvygždesį“. Atmosfera užtemdo žvaigždžių šviesą, kol ji pasiekia Žemę. Pavadintas astronomo Edvino Hubble'o vardu, HST geba fiksuoti itin smulkias detales ir, priklausomai nuo stebėjimo sąlygų, gali stebėti objektus beveik be pertraukos – praktiškai 24 valandas per parą. Pagrindinis veidrodis yra 94,5 colio (2,4 metro) skersmens; dėl šio dydžio ir aukštos kokybės optikos Hubble'o vaizdai suteikė astronomams precedento neturinčią erdvės raišką ir jautrumą, leidžiantį stebėti tolimiausias galaktikas ir smulkiausias struktūras žvaigždžių vystyme.

Jį kartu sukūrė NASA ir EKA. Jis yra 600 km aukštyje ir buvo paleistas 1990 m. balandžio 24 d. misija STS-31 erdvėlaiviu „Discovery“. HST skrenda žemoje Žemės orbitoje (vidutinis aukštis apie 540–600 km), viena pilna orbita aplink Žemę užtrunka maždaug 95 minutes, taigi per parą jis apskrieja mūsų planetą apie 15 kartų. Orbitalinis greitis yra apie 7–8 km/s (maždaug 5 mylios arba ~17 000 mylių per valandą), todėl planuojant stebėjimus reikia tiksliai koordinuoti orientaciją ir laiką, kad būtų išvengta saulės, Žemės šviesos ar kitų kliūčių. Pavyzdžiui, jei tokiu greičiu skriestumėte Žemėje, iš Niujorko į San Franciską nuvažiuotumėte per maždaug 10 minučių.

Pats „Hubble“ yra apie mokyklinio autobuso dydžio, maždaug 13 m ilgio, bet pakankamai kompaktiškas, kad tilptų erdvėlaivio krovinių skyriuje (erdvėlaivio). Paleidimo metu ir dėl ankstyvų nuokrypių HST susidūrė su optikos problema – pagrindinio veidrodžio sferiniu aberacija, kurią 1993 m. pirmojoje aptarnavimo misijoje (SM1) iš esmės ištaisė įdiegus korekcinę kamerą (WFPC2) ir papildomą optiką. Nuo tada Hubble nuolat atnaujintas per keliolika aptarnavimo misijų, iš kurių svarbiausios buvo 1993, 1997, 1999, 2002 ir 2009 m. misijos. Aptarnavimo misijos papildė ir pakeitė instrumentus, pakeitė energijos tiekimo ir orientacijos sistemas ir pratęsė teleskopo tarnavimo laiką.

Instrumentai ir darbo sritys

• Spektrinė aprėptis: HST veikia ultravioletinėje, matomoje ir arti infraraudonoje spektro dalyse, todėl jis suteikia unikalią informaciją apie žvaigždžių temperatūras, cheminę sudėtį, plazmos judėjimą ir daug kitų parametrų.
• Pagrindiniai instrumentai (per laiką): WFPC2 (pakeitė originalią kamerą 1993 m.), STIS, NICMOS, ACS, COS ir WFC3 — kiekvienas iš jų skirtas specifinėms užduotims: aukštos raiškos vaizdavimui, plataus lauko stebėjimams, infraraudonajai detekcijai ar itin jautriems ultravioletiniams spektriniams tyrimams.
• Raiška ir jautrumas: dėl orbitinio išdėstymo Hubble pasiekia apie 0,05″ kampinę raišką optiniame diapazone, todėl gali atskirti labai smulkias struktūras krūvose galaktikų, protoplanetariniuose diskuose ir žvaigždžių junginiuose.

Moksliniai pasiekimai

• Hubble Deep Field (HDF) ir Ultra Deep Field (HUDF): gilios lauko ekspozicijos parodė tūkstančius silpnų, tolimų galaktikų ir suteikė naują vaizdą apie Visatos evoliuciją nuo ankstyvųjų laikų.
• Kosminės pleišės ir Hubble Key Project: HST padėjo tiksliau nustatyti Hubble konstantą (Visatos plėtimosi greitį) ir kartu su kitais stebėjimais prisidėjo prie tamsiosios energijos egzistavimo supratimo.
• Egzoplanetų atmosfera ir tranzitų stebėjimai: Hubble pirmasis aptiko atominius ir molekulinius požymius kelių egzoplanetų atmosferose, stebėjo tranzitus ir atmosferos filtraciją.
• Žvaigždžių ir planetų formavimasis: per HST buvo detaliai tiriami protoplanetiniai diskai, „proplydai“ ir masyvių žvaigždžių formavimo regionai, suteikdami svarbių duomenų planetų susidarymo scenarijams.
• Juodosios skylės ir galaktikų branduoliai: Hubble pateikė įrodymų apie supermasyvių juodųjų skylių egzistavimą daugelyje galaktikų, matuojant žvaigždžių ir dujų judėjimą jų vicininkėse zonose.

Aptarnavimas ir ateitis

Aptarnavimo misijos, vykdytos Atlantis, Discovery ir kitais erdvėlaiviais, suteikė Hubble naujų instrumentų, pakeitė gedusius komponentus ir pratęsė jo gyvavimo laiką. Paskutinė aptarnavimo misija SM4 2009 m. ženkliai pagerino HST galimybes ir patikimumą. Nors nuo aptarnavimo misijų, vykusių astronautų pagalba, atsirado ribojimų (rutuliuotis erdvėlaiviais į Hubble aptarnavimą planuojama retai), HST toliau dirba ir tiekiami duomenys visame pasaulyje naudojami tiek profesionalių astronomų, tiek visuomenės vizualiniams ir švietimo tikslams.

HST vis dar yra viena iš svarbiausių astronominių observatorijų ir dažnai veikia kartu su kitais teleskopais (pvz., radijo, infraraudonųjų spindulių ir naujesnio kartos kosminiais teleskopais), kad būtų gauti platesni daugiaspektriniai duomenys. Nors naujieji teleskopai (pvz., James Webb Space Telescope) suteikia papildomas galimybes, Hubble išlieka nepakeičiamu dėl savo unikalios UV/optinės aprėpties ir ilgametės duomenų archyvo.

Pastaba: čia pateiktos techninės detalės yra apibendrintos — tikslūs skaičiai (pvz., orbitinis aukštis, masė ar įrenginių konfigūracija) gali kisti priklausomai nuo instrumentų konfigūracijos ir orbitinių parametrų pokyčių.

Pasiekimai

• 1994 m. pradžioje "Hubble" dešimt dienų stebėjo, kaip manoma, tuščią kosmoso sritį. Jis nustatė, kad iš tikrųjų ten buvo daugybė galaktikų, tačiau labai silpnų ir labai toli. Joks kitas teleskopas to nebūtų galėjęs pastebėti.
• 2004 m. "Hubble" teleskopas "Hubble Ultra Deep Field" apžvelgė kelis milijardus metų atgal, kad pamatytų pirmąsias galaktikas.
• Jis padėjo nustatyti, kad Visatos amžius yra apie 13,7 mlrd. metų. Iki "Hubble" mokslininkai žinojo tik 10-20 mlrd. metų senumo visatą.
• Juo pirmą kartą nufotografuota planeta, esanti už mūsų Saulės sistemos ribų, ir pavyko nustatyti, kokio tipo atmosferą gali turėti kitos planetos.

Sombrero galaktika infraraudonojoje šviesoje (Hubble'o kosminis teleskopas ir Spitzerio kosminis teleskopas)

Klausimai ir atsakymai

K: Kas yra Hubble'o kosminis teleskopas?

K: Kokio dydžio yra pagrindinis HST veidrodis?

K.: Kas leidžia HST matyti daiktus iš toli?

K: Kada "Hubble" buvo paleistas į kosmosą?

K: Kokiu greičiu "Hubble" skrieja žemoje Žemės orbitoje?

K: Kokio dydžio yra "Hubble", palyginti su kitais objektais?

Paieška pagal raidę