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哈勃空间望远镜获取方法介绍_哈勃太空望远镜

发布时间: 编辑:konglu 阅读量:4次

  一、哈勃空间望远镜组成部分

光学系统

哈勃的光学部分是核心,采用卡塞格林式反射系统,由主镜(口径2.4米)和副镜(口径0.3米,位于主镜前约4.5米处)组成。光线先投射到主镜,反射到副镜,再射向主镜中心孔,到达主镜焦面形成高质量图像,供科学仪器处理,数据经中继卫星系统发回地面。

广域和行星照相机(WF/PC)

原计划用于光学观测的高分辨率照相机,由NASA喷射推进实验室制造,有48片光学滤镜筛选特殊波段用于天体物理学观察。

整套仪器用8片CCD做了两架照相机,每架4片CCD。广域照相机(WFC)视野广但解像力有损失,可对微弱光度天体全景观测;行星照相机(PC)每个像素解析力为0.043弧秒,焦距长、放大率高,二者互补用于高分辨率观测。

1993年12月STS 61维修任务中,第一代WF/PC被WFPC 2替换。WFPC2由4架相机(3架WF和1架PC1)组成,除PC1外各相机图像占照片四分之一,PC1拍摄局域放大影像,最终图像要将PC1拍摄图像缩小,导致照片缺角。WFPC2视场约1600×1600像素,相当于250万像素数码相机,图像非真彩色但比彩色胶卷更接近肉眼所见。WFPC 2将在1997年开始研发的WFC 3替换。

戈达德高解析摄谱仪(GHRS)

用于紫外线波段摄谱仪,由戈达德太空中心制造,光谱分辨率达90,000,为其他仪器选择适宜观测目标,舍弃CCD,用数位光子计数器检测。1997年2月被太空望远镜影像摄谱仪(STIS)取代。

高速光度计(HSP)

能快速测量天体光度变化和偏极性,每10微秒在紫外线、可见光和近红外线波段测量一次光度,用于观测变星,精确度至少2%。因主镜光学问题升空后未成功使用,1993年12月被太空望远镜光轴补偿校正光学(COSTAR)替换。

暗天体照相机

观测波段在115至650纳米,2002年被先进巡天照相机(ACS)取代。

暗天体摄谱仪

观测波长在1150至8500埃的摄谱仪,1997年第二次哈勃维护任务中被STIS取代。

其他仪器

由威斯康辛麦迪逊大学设计制造的HSP,用于观测可见光和紫外光波段变星等天体亮度变化,光度计每秒侦测100,000次,精确度至少2%。

哈勃的导引系统,三个精细导星传感器(FGS)主要用于保持望远镜指向准确性,也能进行天体测量,精确度达0.0003弧秒。

  二、哈勃太空望远镜相关情况

发展历程

起源:1946年普林斯顿天文学家莱曼·斯皮策建议美国研制太空望远镜,1977年国会批准后计划受进度推迟、经费超支等困扰。1981年主透镜完成时资金超出预算300万美元,1986年“挑战者”号失事后航天飞机停飞3年,直到1990年4月24日才发射。

组成结构:总长12.8米,镜筒直径4.28米,主镜直径2.4米,连外壳孔径3米,全重约11.5吨。由光学部分、科学仪器、辅助系统(包括太阳能电池帆板和抛物面天线)组成。

科学仪器(初始配备)

宽视场行星照相机:灵敏度高,观测波段从紫外到红外,可观测太阳系行星、银河系和河外星系,照片清晰度高。

哈勃空间望远镜获取方法介绍_哈勃太空望远镜

暗弱天体照相机:两个既独立又相似的完整天体和探测系统,可探测到暗至23 29等的星体。

暗弱天体摄谱仪:可对紫外到近红外波段辐射进行光谱分析并测算偏震。

高分辨率摄谱仪:能对紫外波段分光观测,观察更暗弱、更遥远天体。

高速光度计:可在可见光和紫外波段对天体精确测量,确定恒星光度标准,识别天体情况。

精密制导遥感器:共3台,用于望远镜定向系统和天体位置精密测量定位。这些仪器可组合更换,必要时可由航天飞机维修或带回地面修理。

早期问题与维修

早期观测距离不够远(原预计140亿光年,实际只能观测40亿光年),原因是主透镜边缘多磨掉0.25毫米,且太阳能电池板每90分钟折曲一次导致图像跳动。

1993年耗资2.5亿美元、为期11天的大修,安装矫正光学部件和不易弯曲的太阳能电池板,中止图像跳动并安装改进的摄像机。

1997年2月耗资3.5亿美元的第二次维修,安装2台新仪器(近红外摄像机和多天体摄谱仪、太空望远镜成像摄谱仪),提高数据搜集能力9倍,扩展到红外线范围,还安装固态型磁带数据记录器。

科学贡献

帮助解决长期困扰天文学家的问题,更准确测量造父变星距离,使哈勃常数数值范围更准确,让宇宙扩张速率和年龄认知更正确(哈勃常数误差从50%降到10%)。

改善宇宙年龄估计,发现宇宙膨胀可能在加速(被“哈勃”和其他地基望远镜观测证实,加速原因尚不清楚)。

证实星系核中存在黑洞的学说,未来将着重研究星系核心黑洞质量和星系本质的紧密关联。

现状与未来

已到“晚年”,在太空经历4次大修(1993年、1997年、1999年、2001年),尽管每次大修后有改善,但仍处于“带病坚持工作”状态。

美国航空航天局将讨论其“寿终正寝”时间和方式,目前正在筹划新一代太空望远镜,主镜口径达7.5米,重量3000千克(哈勃重10000千克),观察范围比哈勃大4 6倍,清晰度不亚于哈勃,将填补哈勃在宇宙形成初期1 10亿年的探测空白,用红外线深入探索宇宙,将稳定占据地球与太阳之间、月球以外约150万千米的轨道制造望远镜阵,最终空间分辨率优于哈勃近千倍,原计划2011年发射,后因哈勃修补等延命措施改期为2013年。

  三、哈勃太空望远镜原理

基本情况

哈勃空间望远镜(Hubble Space Telescope,HST)是人类第一座太空望远镜,总长度超过13米,质量11吨多,运行在地球大气层外缘离地面约600公里的轨道上,每100分钟环绕地球一周,由美国国家航空航天局和欧洲航天局合作于1990年发射入轨,以天文学家爱德文·哈勃的名字命名,原计划2009年被詹姆斯韦伯太空望远镜取代,角分辨率小于0.1秒,每天获取3 5G字节数据。

运行优势

运行在外层空间,获得的图像不受大气层扰动折射影响,能获得通常被大气层吸收的红外光谱图像,数据由太空望远镜研究所(属于美国马里兰州巴尔第摩市的约翰霍普金斯大学)的天文学家和科学家分析处理。

发展历程中的事件

构想可追溯到1946年,1970年代设计,建造及发射共耗资20亿美元。NASA马歇尔空间飞行中心负责设计、开发和建造,NASA高达德空间飞行中心负责科学设备和地面控制,珀金埃尔默负责制造镜片,洛克希德负责建造望远镜镜体。1990年4月24日随发现号航天飞机发射升空(原定于1986年升空,因挑战者号爆炸事件押后),首批传回影像因镜片厚度有误有球差、比较蒙眬,之后经过多次维护任务改善。

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