传感器如何助力哈勃望远镜观察星空

自1990年哈勃太空望远镜首次在发现号航天飞机上发射以来，它一直在扩展我们对宇宙的看法。尽管望远镜的使用寿命即将结束，但它仍在给地球上的人们以前所未有的眼光看待我们称之为家的宇宙。

它长43英尺，宽14英尺，重24，500磅，不是有史以来最大的望远镜，但它能够看到的比任何其他仪器都远。

哈勃的核心——光学望远镜组件

哈勃望远镜的主要功能是其光学望远镜组件（OTA）。OTA采用改进的Cassegrain望远镜设计进行配置，使用两个反射镜收集和聚焦光。当光线进入望远镜时，它将撞击主镜，然后被反射并聚焦到副镜上。

哈勃如何收集光。（图片由太空望远镜科学研究所提供。）

主镜是一个巨大的凹面，直径7.8英尺，重1，800磅。光从该反射镜反射到仅12英寸宽的辅助凸镜上。该光线通过主镜中的孔射到一组用于分析的仪器上。镜子还进行了双曲线弯曲，从而使它们比标准的Cassegrain抛物线形装置具有更深的弯曲度，这称为Ritchey-Chrétien设计。这样可以在更宽的视野范围内获得更清晰的图像。

两面镜子都涂有铝和氟化镁的微观薄层。铝使镜子反射，只有三分之三英寸厚。氟化镁层涂在顶部，可以保护铝免于氧化，并增强哈勃反射紫外线的能力。

由于其体积大，而且不受大气的扭曲影响，哈勃望远镜可以捕获的光要比肉眼多出40，000倍，这意味着如果将其停放在大西洋沿岸，它就能看到太平洋沿岸的城市之光。它还可以收集被大气阻挡的红外光。哈勃望远镜可以拾取直径为0.05弧秒或1/3600度的天文物体，其精度是地面观测站的10倍。

三种主要的光分析仪器

收集到光后，哈勃就使用三种仪器对其进行分析：相机，光谱仪和干涉仪。

哈勃望远镜的光学范围。（图片由太空望远镜科学研究所提供。）

哈勃的两个主要摄像机是广角摄像机3（WFC3）和高级测量摄像机（ACS）。WFC3是哈勃望远镜的“主力军”，可捕获紫外和红外光下的宽视野图像。WFC3负责这些年来用作桌面背景的标志性图像。ACS可以捕获可见波长的宽视场图像，还能够检测紫外线和近红外光-它基本上是对宇宙的勘测，是对WFC3的补充。

哈勃还部署了两个光谱仪，将其分解成各个组成部分，以确定图像中捕获的物体的温度，密度，化学成分和速度。宇宙起源光谱仪（COS）和太空望远镜成像光谱仪（STIS）是互补的仪器：COS将微弱的紫外线分解成更容易研究的成分，而STIS是一种擅长分析明亮物体的多功能仪器。

精细制导传感器是哈勃的干涉仪，具有两个功能：用作瞄准相机，帮助望远镜在遥远的星系中凝视，保持稳定的目标；以及测量恒星相对位置和彼此的亮度。

从“ Techno Turkey”到无与伦比的成功

哈勃的设计宗旨是在其生命周期内对其进行服务，维修和升级。已经执行了五次服务任务，航天飞机上的宇航员将在那里进行太空行走，到达卫星进行工作。实际上，当望远镜发射时，哈勃目前只有一种仪器，即精细制导传感器。其余的在天文台进入轨道后就安装好了。

事实证明，该设计功能可能拯救了哈勃。

最初投入使用后不久，研究人员发现主镜存在缺陷：“球差”。尽管镜子足够光滑，但曲率不正确。而且，尽管曲率太平了0.000004英寸（仅占人发宽度的一小部分），但足以创建散焦图像。该错误归因于用于在组装过程中确认镜子形状的校准工具上的微小油漆斑点。

哈勃望远镜仍然能够执行从行星表面不可能进行的其他科学观测，但是这一缺陷使望远镜成为了喜剧演员多年的饲料。

1993年的第一次维护任务是用一种称为矫正光学空间望远镜轴向替换（COSTAR）的设备替换望远镜的一种仪器，该设备旨在纠正反射镜的缺陷。COSTAR在机械臂上设有小镜子，可调节进入哈勃科学仪器的光束的路径。这是一次巨大的成功，使我们习惯了从哈勃望远镜看到的水晶般清晰的图像。

“你不能要求进行设计可维护性的价值更好地证明一点，” 说退役的美国航空航天局宇航员凯瑟琳？苏利文，一个谁在1990年“你有一个数十亿美元的旗舰使命的部署哈勃宇航员具有非凡的科学潜力，但就这一件事而言。如果您不能解决一件事，那么您将把整个事情记下来。而且，如果您能解决问题，那就别忙了。”

在随后的任务中，宇航员用升级后的功能更强大的仪器替换了仪器，同时还进行了例行维修工作。

哈勃的尽头

哈勃望远镜揭示了更准确的宇宙年龄，帮助发现了暗能量，表明宇宙的膨胀正在加速，发现了超大质量的黑洞和伽马射线爆发，并捕获了所有演化阶段的星系图像。

但是望远镜只能看到很远的地方-受其镜面尺寸和仪器精度的限制。美国宇航局已经在研究哈勃望远镜的替代品，后者是更大，更强大的詹姆斯？韦伯太空望远镜。

随着时间的流逝，哈勃望远镜将退役，并将其送入海洋，但直到那时候，人们才期望望远镜继续扩大人类对宇宙的了解。
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