| 词条 | 哈勃太空望远镜 |
| 释义 | § 基本资料 哈勃太空望远镜 哈勃太空望远镜为纪念天文学家埃德温·哈勃(Edwin Powell Hubble)而得名。属于美国航空航天局(NASA)与欧洲航天局(ESA)的合作项目。是设置在地球轨道上的，通光口径2.4m的反射式天文望远镜，于1990年4月24日发射升空。用于从紫外到近红外(115—1010nm) 探测宇宙目标。其椭圆轨道高度为距离地面593公里，轨道平面倾斜度为28.5度，轨道周期96-97分钟。配备有光谱仪及高速光度计等多种附属设备。由高增益天线通过中继卫星与地面联系。由于没有大气湍流的干扰，它所获得的图像和光谱具有极高的稳定性和可重复性。预计在2014年开始，詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）将发射升空，并逐步接替哈勃的工作。 § 组成结构 哈勃太空望远镜是被送入轨道的口径最大的望远镜。它全长12.8米，镜筒直径4.27米，重11吨，由三大部分组成，第一部分是光学部分，第二部分是科学仪器，第三部分是辅助系统。哈勃太空望远镜 望远镜的光学部分是整个仪器的心脏。它采用卡塞格林式反射系统，由两个双曲面反射镜组成，一个是口径2.4米的主镜、另一个是装在主镜前约4.5米处的副镜，口径0.3米。投射到主镜上的光线首先反射到副镜上，然后再由副镜射向主镜的中心孔，穿过中心孔到达主镜的焦面上形成高质量的图像，供各种科学仪器进行精密处理，得出来的数据通过中继卫星系统发回地面。 除了光学部分，望远镜的另外一个主要部分就是装在主镜焦平面上的八台科学仪器，分别是：宽视场和行星照相机、暗弱天体照相机、暗弱天体摄谱仪、高分辨率摄谱仪、高速光度计和三台精密制导遥感器。 这些科学仪器是为望远镜在最初几年运转期间所配备的。为了使太空望远镜能够充分利用最新技术成果，焦平面上的这些仪器设计成可作各种不同组合和更换方式。在望远镜工作期间，可以通过航天飞机上的航天员进行维修更换，必要时，也可以用航天飞机将整个望远镜载回地面作大的修理，然后再送入轨道。辅助系统包括两个长11.8米，宽2.3米，能提供2.4千瓦功率的太阳电池帆板，两个与地面通讯用的抛物面天线。 哈勃望远镜镜筒的前部是光学部分，后部是一个环形舱，在这个舱里面，望远镜主镜的焦平面上安放着一组科学仪器；太阳电池帆板和天线从筒的中间部分伸出。[1] § 数据处理 数据接收 美国宇航局的科学家通过哈勃望远镜拍摄到“圣诞星云”，其外形结构非常类似美丽的“雪天使”，如同来自遥远宇宙中的圣诞节祝福。 哈勃太空望远镜得到的数据首先被储存在航天器中。在哈勃空间望远镜最开始发射时，储存数据设施是老式的卷带式录音机。但这些设备在之后的维修任务中得到了替换。每天哈勃太空望远镜大约分两次将数据传送至地球同步轨道跟踪与数据中继卫星系统，然后数据再被继续发送至位于新墨西哥的白沙测试设备，通过位于白沙测试设备的60英尺（18米）直径的高增益微波电线之一，信息最后被传送到戈达德太空飞行中心和太空望远镜科学研究所处存档。 数据处理 传送来的数据必须要经过一系列处理才能为天文学家所用。空间望远镜研究所开发了一套软件，能够自动地对数据进行校正。然后空间望远镜研究所将利用STSDAS (Space Telescope Science Data Analysis System) software来选取所需要的数据。 § 维护改进 宇航员在维修哈勃太空望远镜 第一次维护任务 在1990年4月哈勃空间望远镜发射升空的数星期后，研究人员发现从哈勃空间望远镜传回来的图片有严重的问题，获得的的最佳图像品质也远低于当初的期望：点源的影像被扩散成超过一弧秒半径的圆。 通过对图样缺陷的分析显示，问题来源于主镜的形状被磨错了。虽然这个差异小于光的1/20波长， 镜面与需要的位置只差了微不足道的2微米，但这个差别造成了灾难性的球面像差。这样来自镜面边缘的反射光不能聚集在与中央的反射光相同的焦点上。 1993年，奋进号执行了对哈勃空间望远镜的第一次维修，研究人员设计一个有相同的球面像差，但功效相反的光学系统来抵消错误，相当于配上一副能改正球面像差的眼镜。用来改正球面像差的仪器称为空间望远镜光轴补偿校正光学（COSTAR）。为了给COSTAR在望远镜内提供位置，必须移除其中一件仪器，天文学家的选择是牺牲高速光度计。 除此之外，广域和行星照相机被第二代广域和行星照相机以及内部的光学更新系统取代。另外，太阳能板和驱动的电子设备、四个用于望远镜定位的陀螺仪、二个控制盘、二个磁力计和其他的电子组件也被更换。 第二次维护任务 第二次维护任务由发现号在1997年2月的STS-82航次中执行，以太空望远镜影像摄谱仪（STIS）和近红外线照相机和多目标分光仪（NICMOS）替换掉戈达德高解析摄谱仪（GHRS）和暗天体摄谱仪（FOS）；以一台新的固态记录器替换工程与科学录音机，修护了绝热毯和再提升哈柏的轨道。近红外线照相机和多目标分光仪包含由固态氮做成的吸热器以减少来自仪器的热噪声，但在安装之后，部分来自吸热器的热扩散却意料之外的进入光学挡板，这额外增加的热量导致仪器的寿命由原先期望的4.5年缩短为2年。 第三次维护任务(3A) 在六台陀螺仪中的三台故障之后（第4台在任务之前几个星期故障，使望远镜不能胜任执行科学观察），第三次维护任务仍然由发现号在1999年12月的STS-103航次中执行。在这次维护中更换了全部的六台陀螺仪，也更换了一个精细导星传感器和计算机，安装一套组装好的电压/温度改善工具（VIK）以防止电池的过热，并且更换绝热的毯子。新的计算器是能在低温辐射下运作的英特尔486，可以执行一些过去必须在地面处理的与太空船有关的计算工作。 第四次维护任务(3B) 第四次维护任务由哥伦比亚号在2002年3月的STS-109航次中执行，以先进巡天照相机（ACS）替换了暗天体照相机（FOC），并且查看了冷却剂已经在1999年耗尽的近红外线照相机和多目标分光仪（NICMOS）。更换了新的冷却系统之后，虽然还不能达到原先设计时预期的低温，但已经冷到足以继续工作了。 在这次任务中再度更换了太阳能板。新的太阳能板是为铱卫星发展出来的，大小只有原来的三分之二，除了可以有效的减少稀薄大气层带来的阻力，还能多供应30%的动力。这多出来的动力使得哈勃空间望远镜上所有的仪器可以同时运作，并且因为较为柔软，还消除了老旧的太阳能板因为进出阳光照射区域会产生震动的问题。为了改正继电器迟滞的问题，哈柏的配电系统也被更新了。这是哈勃空间望远镜升空之后，首度能完全的应用所获得的电力。其中影响最大的两架仪器，先进巡天照相机和近红外线照相机和多目标分光仪，在2003至2004年间共同完成了哈勃超深空视场。 最后的维护任务(SM4) 最近一次的哈勃维修任务原本安排在2008年8月，由于哈勃空间望远镜上的数据处理系统出现严重故障，原定的维修任务推迟至2009年5月11日。在此次维修中，机上的７名宇航员通过５次太空行走对哈勃太空望远镜进行了最后一次维护，为其更换了大量设备和辅助仪器，进行了脱胎换骨的维护更新。这些更新主要包括：以新的第三代广域照相机(WFC3)取代WFPC2；安装新的宇宙起源频谱仪（COS）、取回该处的COSTAR光学矫正系统；修复损坏的先进巡天照相机（ACS）；修复损坏的空间望远镜影像摄谱仪（STIS）；替换损坏的2#精细导星传感器（FGS）；更换科学仪器指令和数据处理系统（SIC&DH）；更换全部的电池模组；更换所有的6个陀螺仪和3组定位传感器（RSU）；更换对接环、安装全新的绝热毯（NBOL）、补充制冷剂等等。 这次维护不但全方位提高了哈勃望远镜的观测性能，而且可望使其服役期最少延长至2014年。 § 科学成就 发现猫眼星云 宇宙年龄 哈勃太空望远镜对造父变星的观测为哈勃常数的精确测量提供了保证。哈勃的精细导星传感器对造父变星进行了直接的视差测量，大大削减了用造父变星周光关系推算距离的不确定性。在哈勃空间望远镜之前，观测得到的哈勃常数有1-2倍的差异，但是在有了新的造父变星观测之后宇宙距离尺度的不确定性猛然下降到了大约只有10%，从而对宇宙的扩张速率和年龄有更正确的认知。 恒星形成 哈勃太空望远镜还有助于研究诸如猎户星云之类的恒星形成区。通过哈勃空间望远镜对猎户星云的早期观测发现，其中聚集了许多被浓密气体和尘埃盘包裹的年轻恒星。尽管已经从理论上和甚大天线阵的观测中推测出来了这些盘的存在，但是直到哈勃所拍摄的高分辨率照片才第一次直接揭示出了这些盘的结构和物理性质。 恒星死亡 哈勃的观测还在超新星爆发和γ射线暴之间建立起了联系。通过哈勃对γ射线暴余辉的观测，研究人员把这些暴发锁定在了河外星系中的大质量恒星形成区。由此哈勃望远镜也令人信服地证明了这些剧烈的爆发和大质量恒星死亡的直接联系。 黑洞 哈勃太空望远镜最早的核心计划之一就是要建立起由黑洞驱动的类星体和星系之间的关系。之后，通过它们对周围恒星的引力作用，针对“哈勃”所获得的近距星系光谱的动力学模型证实了黑洞的存在。这些研究也导致了对十几个星系中央黑洞质量的可靠测量，揭示出了黑洞质量和星系核球质量之间极为紧密的联系。 宇宙学 由于宇宙学的研究对象主要来自天文观测，而这也是唯一能在宇宙演化和结构的基础上测量宇宙距离和年龄的办法。哈勃太空望远镜能够通过对造父变星距离的测量来测定哈勃常数，而这与宇宙在今天的膨胀速度有关。此外，通过对超新星的测定，可以帮助研究人员来限制超新星的亮度，从而进一步限制宇宙早期膨胀的属性，从而为暗能量模型提供一个强有力的限制。[2] |
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