Sådan fungerer Hubble-rumteleskopet

Ved at se på de forskellige bølgelængder, eller lysspektret, af et himmellegeme, kan du skelne mange af dets egenskaber. For at gøre dette er HST udstyret med flere videnskabelige instrumenter. Hvert instrument bruger ladningskoblede enheder (CCD'er) i stedet for fotografisk film til at fange lyset. Lyset, der detekteres af CCD'erne, omdannes til digitale signaler, som lagres i indbyggede computere og videresendes til Jorden. De digitale data omdannes derefter til fantastiske billeder. Lad os se på, hvordan hvert instrument bidrager til disse billeder.

Wide Field Camera 3 (WFC3)

Wide Field Camera 3 (WFC3) er et af Hubbles primære billedbehandlingsinstrumenter. Med to kanaler fanger WFC3 både ultraviolet og infrarødt lys, hvilket udvider Hubbles observationsrækkevidde. Den bruger to distinkte rektangulære chips til sine ultraviolette/synlige og infrarøde kanaler. Sammen med et omfattende udvalg af filtre giver WFC3 astronomer mulighed for at indsamle indviklede detaljer om himmellegemer, hvilket gør det til en afgørende opgradering fra Wide Field and Planetary Camera 2 (WFPC2) i Hubbles mangeårige mission.

Nær-infrarødt kamera og multiobjektspektrometer (NICMOS)

Ofte kan interstellar gas og støv blokere vores syn på det synlige lys fra forskellige himmellegemer. Intet problem:Hubble kan se det infrarøde lys, eller varmen, fra de genstande, der er gemt i støvet og gassen. For at se dette infrarøde lys har HST tre følsomme kameraer, der udgør det nære infrarøde kamera og Multi-Object Spectrometer (NICMOS).

Space Telescope Imaging Spectrograph (STIS)

Udover at belyse et himmelobjekt, kan lyset, der udgår fra det objekt, også afsløre, hvad det er lavet af. De specifikke farver fortæller os, hvilke elementer der er til stede, og intensiteten af ​​hver farve fortæller os, hvor meget af det element der er til stede. Space Telescope Imaging Spectrograph (STIS) adskiller de indkommende farver af lys, ligesom et prisme laver en regnbue.

Ud over at beskrive den kemiske sammensætning kan spektret formidle temperaturen, tætheden og bevægelsen af ​​et himmellegeme. Hvis objektet bevæger sig, kan det kemiske fingeraftryk flytte sig mod den blå ende (bevæger sig mod os) eller den røde ende (bevæger sig væk fra os) af spektret. Desværre mistede STIS strøm i 2004. Den blev repareret i 2009.

Avanceret kamera til undersøgelser (ACS)

Under en servicemission i februar 2002 tilføjede astronauter Advanced Camera for Surveys (ACS), hvilket fordoblede Hubbles synsfelt og erstattede Faint Object Camera, som fungerede som HST's teleobjektiv.

ACS, som ser synligt lys, blev installeret for at hjælpe med at kortlægge distributionen af ​​mørkt stof, opdage universets fjerneste objekter, søge efter massive planeter og undersøge udviklingen af ​​galaksehobe. Forskere vurderede, at det ville vare i fem år, og lige på spidsen, deaktiverede en elektrisk mangel to af dets tre kameraer i januar 2007.

Fine Guidance Sensors (FGS'er)

Det sidste instrument ombord på HST er dets Fine Guidance Sensors (FGS'er), som peger på teleskopet og præcist måler stjerners positioner og diametre samt adskillelsen af ​​binære stjerner. Hubble har tre af disse sensorer samlet; to til at pege teleskopet og holde det fast på sit mål og lede efter "guide" stjerner i HST-feltet nær målet. Når hver FGS finder en ledestjerne, låser den sig fast på den og sender information tilbage til HST-styresystemet for at holde denne ledestjerne i sit felt. Mens to sensorer styrer teleskopet, er den ene fri til at foretage astrometriske målinger (stjernepositioner). Astrometriske målinger er vigtige for at detektere planeter, fordi kredsende planeter får forældrestjernerne til at vakle, når de bevæger sig hen over himlen.

Nu ved du, hvordan Hubble tager alle de billeder. Vi lærer om Hubbles andet liv som rumfartøj.

Hubbles rumfartøjssystemer:Generering af strøm og tale med jordkontrol

Hubble er ikke kun et teleskop med højt specialiserede videnskabelige instrumenter. Det er også et rumfartøj. Som sådan skal den have magt, kommunikere med jorden og være i stand til at ændre sin holdning (orientering).

Alle instrumenter og computere om bord på HST kræver elektrisk strøm. To store solpaneler opfylder dette ansvar. Hvert vingelignende panel kan omdanne solens energi til 2.800 watt elektricitet. Når HST er i jordens skygge, kan energi, der er blevet lagret i indbyggede batterier, holde teleskopet i 7,5 timer.

Ud over at generere strøm skal HST'en være i stand til at tale med controllere på jorden for at videresende data og modtage kommandoer til sine næste mål. Til at kommunikere bruger HST en række relæsatellitter kaldet Tracking and Data Relay Satellite (TDRS) systemet. I øjeblikket er der fem TDRS-satellitter forskellige steder på himlen.

Hubbles kommunikationsproces er også hjulpet af de to hovedcomputere, der passer rundt om teleskopets rør over de videnskabelige instrumentbåse. Én computer taler til jorden for at sende data og modtage kommandoer. Den anden computer er ansvarlig for at styre HST og diverse husholdningsfunktioner. Hubble har også backup-computere i tilfælde af en nødsituation.

Men hvad bruges til at hente data? Og hvad sker der med den information, efter at den er blevet indsamlet? Fire antenner placeret på teleskopet sender og modtager information mellem Hubble og Flight Operations Team på Goddard Space Flight Center i Greenbelt, MD. Efter at have modtaget informationen sender Goddard den til Space Telescope Science Institute (STScI) i Maryland, hvor den er oversat til videnskabelige enheder såsom bølgelængde eller lysstyrke.

Lær, hvordan Hubble navigerer herefter.

Hubbles rumfartøjssystemer:Styring og fokusering af øjet i himlen

Hubble zoomer rundt om Jorden hvert 97. minut, så det kan være svært at fokusere på et mål. Tre indbyggede systemer gør det muligt for teleskopet at forblive fikseret på et objekt:Gyroskoper, Fine Guidance Sensors, som vi talte om i det foregående afsnit, og reaktionshjul.

Gyroskoperne holder styr på Hubbles grove bevægelser. Som kompasser fornemmer de dens bevægelse og fortæller flycomputeren, at Hubble har bevæget sig væk fra målet. Flyvecomputeren beregner derefter, hvor meget og i hvilken retning Hubble skal bevæge sig for at forblive på målet. Flyvecomputeren dirigerer derefter reaktionshjulene til at flytte teleskopet.

Hubbles Fine Guidance-sensorer hjælper med at holde teleskopet fast på sit mål ved at se på ledestjerner. To af de tre sensorer finder ledestjerner omkring målet inden for deres respektive synsfelter. Når de er fundet, låser de sig fast på guidestjernerne og sender information til flycomputeren for at holde guidestjernerne inden for deres synsfelt. Sensorerne er mere følsomme end gyroskoperne, men kombinationen af ​​gyroskoper og sensorerne kan holde HST fast på et mål i timevis, på trods af teleskopets orbitale bevægelse.

HST kan ikke bruge raketmotorer eller gaspropelmotorer til at styre, som de fleste satellitter gør, fordi udstødningsgasserne ville svæve nær teleskopet og skygge det omgivende synsfelt. I stedet har HST reaktionshjul orienteret i de tre bevægelsesretninger (x/y/z eller pitch/roll/yaw). Reaktionshjulene er svinghjul, som dem der findes i en kobling. Når HST'en skal bevæge sig, fortæller flycomputeren et eller flere svinghjul, hvilken retning de skal dreje i og hvor hurtigt, hvilket giver aktionskraften. I overensstemmelse med Newtons tredje bevægelseslov (for hver handling er der en lige og modsat reaktion), drejer HST i den modsatte retning af svinghjulene, indtil den når sit mål.

Er der noget, Hubble ikke kan?

Hubbles begrænsninger

Selvom HST er ansvarlig for utallige utrolige billeder og opdagelser, har den et par begrænsninger.

En af disse begrænsninger er, at HST ikke kan observere solen, fordi det intense lys og varme ville stege dens følsomme instrumenter. Af denne grund er HST altid peget væk fra solen. Det betyder også, at Hubble heller ikke kan observere Merkur, Venus og visse stjerner, der er tæt på solen.

Ud over objekternes lysstyrke begrænser Hubbles bane også, hvad der kan ses. Nogle gange bliver mål, som astronomer gerne vil have Hubble til at observere, blokeret af Jorden selv, når Hubble kredser. Dette kan begrænse den tid, der bruges på at observere et givet objekt.

Til sidst passerer HST gennem en sektion af Van Allens strålingsbælter, hvor ladede partikler fra solvindene fanges af Jordens magnetfelt. Disse møder forårsager høj baggrundsstråling, som interfererer med instrumenternes detektorer. Det er umuligt for teleskopet at foretage observationer i disse perioder.

Lær derefter, hvad fremtiden bringer for det store observatorium på himlen.

Planer for Hubble

Som med enhver teknologi er der stadig spørgsmål om Hubbles fremtidige levedygtighed og rolle i rumforskning. Oprindeligt beregnet til en 15-årig mission, har den overgået forventningerne, delvist takket være adskillige servicemissioner fra NASA-astronauter. Disse missioner har ikke kun repareret og erstattet aldrende udstyr, men også opgraderet dets instrumenter, hvilket gør det muligt for Hubble at forblive på forkant med astronomisk forskning.

NASA har ikke fastsat en endelig pensionsdato for Hubble. I stedet forventes det at fortsætte med at fungere, så længe dets instrumenter forbliver funktionelle og giver værdifulde data. Dets fortsatte bidrag, selv midt i usikkerhed, står som et vidnesbyrd om den vedvarende virkning af veldesignede rummissioner og den menneskelige ånds modstandskraft til at udforske og forstå vores univers.

Hubbles efterfølger:James Webb Space Telescope (JWST)

James Webb Space Telescope (JWST), opkaldt efter den tidligere NASA-administrator James Webb, studerer alle faser i universets historie. Fra sit kredsløb omkring 1 million miles (1,6 millioner km) fra Jorden afslører teleskopet information om fødslen af ​​stjerner, andre solsystemer og galakser og udviklingen af ​​vores eget solsystem.

For at gøre disse fascinerende opdagelser er JWST primært afhængig af fire videnskabelige instrumenter:et nær-infrarødt (IR) kamera, en nær-IR multi-objektspektrograf, et mid-IR instrument og en justerbar filter imager.

Men før vi går videre til JWST og glemmer Hubble, fortjener det hårdtarbejdende teleskop måske et øjeblik. Takket være Hubbles enestående opdagelser er fængslende billeder af, hvad der ligger uden for Jordens atmosfære, gjort tilgængelige for alle at nyde. Fra en sjælden justering mellem to spiralgalakser til en kraftig kollision mellem galaksehobe har Hubble bragt et lille stykke af himlen tættere på hjemmet.

Denne artikel blev opdateret i forbindelse med AI-teknologi, og derefter faktatjekket og redigeret af en HowStuffWorks-redaktør.

Mange flere oplysninger

Relaterede HowStuffWorks-artikler

• Sådan fungerer Lunar Liquid Mirror-teleskoper
• Sådan fungerer det at fikse Hubble-rumfartøjet
• Sådan fungerer rumfærger
• Sådan fungerer NASA
• Vandt NASA rumkapløbet?
• NASAs 10 største præstationer
• Sådan fungerer teleskoper
• Sådan fungerer rumstationer
• Sådan fungerer raketmotorer

Flere gode links

• Hubbles opdagelser
• NASA's Hubble-side
• James Webb-rumteleskopet
• Den Europæiske Rumorganisations Hubble-side

Kilder

• "På tværs af nationen." Detroit Free Press. 25. september 2008. (29. september 2008) http://www.freep.com/apps/pbcs.dll/article?AID=/20080925/ NEWS07/809250403/1009/NEWS07
• Dunn, Marcia. "NASA forsinker Hubble-missionen med 5 dage, fik Ike skylden." Associeret presse. 25. september 2008. (29. september 2008) http://ap.google.com/article/ALeqM5jICfbuGENr5-2mQGNAnAEVCla8yQD93DKUN80
• Den europæiske hjemmeside for NASA/ESA Hubble-rumteleskopet. (29. september 2008) http://www.spacetelescope.org/
• Evans, Ben. BBC Sky om natten. BBC Sky om natten. 22. april 2020. (20. oktober 2023). https://www.skyatnightmagazine.com/space-missions/why-did-astronauts-service-hubble-space-telescope
• HubbleSite. (29. september 2008) http://hubblesite.org/
• NASA. "Ofte stillede spørgsmål." (20. oktober 2023) https://science.nasa.gov/mission/hubble/overview/faqs/
• NASA. "Hubble-rumteleskopet." 24. september 2008. (29. september 2008) http://hubble.nasa.gov/
• NASA. "Hubble-rumteleskopet inspirerer til undren:Uddannelsesressourceside." (29. september 2008) http://www.nasa.gov/audience/foreducators/hubble-index.html
• NASA. "James Webb-rumteleskopet." (29. september 2008) http://www.jwst.nasa.gov/
• Space Telescope Science Institute. (29. september 2008) http://www.stsci.edu/resources/