-
### Как работи телескопът Хъбъл
Космическият телескоп Хъбъл (HST) коренно промени разбирането ни за Вселената от изстрелването си през 1990 г. Разположен на около 547 километра (340 мили) над Земята, отвъд изкривяването на атмосферата, Хъбъл предоставя ясна и безпрепятствена гледка към далечни звезди, галактики и други небесни явления. Но как точно работи това чудо на съвременното инженерство? Тази статия се задълбочава в ключовите компоненти, принципи и операции, които правят HST несравним инструмент в областта на астрономията.
#### Исторически контекст и цели на мисията
Идеята за космическия телескоп Хъбъл датира от 1940-те години на миналия век, въпреки че едва през 1970-те години на миналия век започват да се оформят плановете за това, което ще се превърне в едно от най-успешните научни начинания на НАСА. Кръстен на астронома Едуин Хъбъл, телескопът има за основна цел да изследва структурата на Вселената, формирането на галактики и звезди, свойствата на планетите в нашата Слънчева система и по-общо казано, да отговори на фундаментални въпроси за нашето място в Космоса.
#### Компоненти на космическия телескоп Хъбъл
Разбирането на това как работи Хъбъл започва с разбивка на основните му компоненти.
1. Оптичният телескопен възел (OTA):
– Първично огледало: Сърцето на Хъбъл, първичното огледало, е с диаметър 2.4 метра (7.9 фута). То събира светлина от небесни обекти и я отразява върху вторичното огледало.
– Вторично огледало: Това по-малко огледало, разположено над основното огледало, отразява отново светлината, насочвайки я надолу към основния инструмент.
2. Научните инструменти:
Хъбъл е оборудван с набор от най-съвременни научни инструменти, всеки от които е специализиран за различни видове наблюдения:
– Широкоъгълна камера 3 (WFC3): Тази камера заснема изображения с висока резолюция в три различни диапазона на електромагнитния спектър: ултравиолетов, видим и близък инфрачервен.
– Усъвършенствана камера за геодезически проучвания (ACS): Оптимизирана за наблюдения в стил геодезически проучвания, тя може да заснема големи области от пространството с големи детайли.
– Спектрограф за космически произход (COS): Проектиран да изучава спектрите на ултравиолетова светлина от небесни източници, разкривайки информация за техния състав, температура, плътност и движение.
– Спектрограф за изображения на космически телескоп (STIS): Тези комбинирани възможности за изображения и спектроскопия позволяват подробно изследване на химичните процеси и физичните свойства.
– Камера за близка инфрачервена област и многообективен спектрометър (NICMOS): Въпреки че вече не работи, NICMOS беше от решаващо значение за инфрачервените наблюдения, преди WFC3 да поеме тази роля.
3. Системите за поддръжка:
– Система за контрол на насочването: Точността в пространството е от първостепенно значение, а прецизната система за насочване на Хъбъл използва жироскопи и сензори за фино насочване, за да поддържа точна ориентация. Тази система позволява на телескопа да се насочва към цел с точност от 0.007 дъгови секунди.
– Системи за обработка на данни: Хъбъл е оборудван с компютърни системи, които контролират наблюденията, съхраняват данни и предават тази информация обратно на Земята. Данните се предават чрез сателитната система за проследяване и предаване на данни (TDRSS).
#### Принципите на функционирането на Хъбъл
Работата на Хъбъл се основава на няколко фундаментални принципа на физиката и инженерството:
1. Отражение и пречупване:
Както бе споменато по-рано, Хъбъл разчита на своите първични и вторични огледала, за да улавя и фокусира светлината. Тези огледала са покрити с тънък слой алуминий, последван от защитен слой магнезиев флуорид, който увеличава отражателната способност и намалява разсейването.
2. Спектроскопия:
Спектроскопията е от решаващо значение за идентифициране на химичния състав на наблюдаваните обекти. Чрез разделяне на светлината на съставните ѝ цветове (спектър), инструменти като COS и STIS могат да идентифицират уникални сигнатури, съответстващи на специфични елементи и молекули.
3. Електромагнитен спектър:
Хъбъл е наблюдавал широк диапазон от електромагнитния спектър, от ултравиолетова до близка инфрачервена област. Тази способност му позволява да открива явления, невидими с просто око, и дори някои наземни обсерватории, които са ограничени от атмосферни смущения.
#### Операциите: Как Хъбъл провежда наблюдения
1. Планиране на мисията и избор на цели:
Преди Хъбъл да може да проведе наблюдение, учените на Земята трябва да определят неговите цели. Предложенията за време за наблюдение идват от астрономи от цял свят и тези предложения се проверяват и планират стриктно.
2. Насочване и стабилност:
След като целта бъде избрана, високопрецизните жироскопи и сензорите за фино насочване на Хъбъл работят заедно, за да насочат телескопа в желаната посока. Хъбъл обикаля около Земята с около 27 300 километра в час (17 000 мили в час), като прави една обиколка приблизително на всеки 97 минути. Въпреки това бързо движение, системата му за насочване му позволява да се фокусира стабилно върху отдалечени обекти за продължителни периоди.
3. Събиране на данни:
Когато светлината от небесен обект навлезе в телескопа и се фокусира от огледалата, тя се насочва към съответния научен инструмент. В зависимост от изискванията на наблюдението, инструментът може да заснема изображения, да анализира спектри или дори да измерва поляризации.
4. Предаване и обработка на данни:
Събраните данни се изпращат на Земята чрез мрежата TDRSS. Тази информация се съхранява, обработва и калибрира в Научния институт за космически телескопи (STScI) в Балтимор, Мериленд. Обработените данни след това се предоставят на астрономите и обществеността, допринасяйки за безброй научни открития.
#### Постижения и приноси
От изстрелването си Хъбъл революционизира нашето разбиране за Вселената. Някои от най-значимите му приноси включват:
– Възрастта на Вселената: Чрез наблюдение на променливи звезди в далечни галактики, Хъбъл помогна за прецизиране на възрастта на Вселената до приблизително 13.8 милиарда години.
– Тъмна енергия: Наблюденията на далечни свръхнови от Хъбъл предоставиха ключови доказателства за съществуването на тъмна енергия, мистериозна сила, движеща ускорението на разширяването на Вселената.
– Атмосфери на екзопланети: Хъбъл е изиграл важна роля в характеризирането на атмосферите на планети, обикалящи около други звезди, като е засичал водни пари, метан и други молекули.
– Изображения от дълбокото поле: Дълбокото поле на Хъбъл и неговите наследници (Ултра дълбоко поле, Екстремно дълбоко поле) разкриха вселена, изпълнена с галактики, всяка на различен етап от еволюцията, значително разширявайки познанията ни за космологията и формирането на галактиките.
#### Предизвикателства и поддръжка
Пътешествието на Хъбъл не е било съвсем гладко. Веднага след изстрелването му е открит дефект в кривината на основното огледало, който е причинявал размазани изображения. Този проблем е бил коригиран през 1993 г. от сервизна мисия, която е инсталирала Коригиращата оптика на космическия телескоп (COSTAR), като по този начин на практика е дала на Хъбъл „очила“ и е възстановила яснотата на наблюдението му.
Пет сервизни мисии, извършени от астронавти на борда на космическата совалка, обновиха системите на Хъбъл, замениха старите инструменти с нови и осигуриха непрекъснатата му работа. Последната от тези мисии се проведе през 2009 г. и оттогава Хъбъл продължава да произвежда зашеметяващи изображения и ценни научни данни.
### Поглед напред
Докато наследникът на Хъбъл, космическият телескоп Джеймс Уеб (JWST), е готов да заеме водеща позиция в астрономическите изследвания със своите усъвършенствани възможности, наследството на Хъбъл ще се запази. Заедно тези обсерватории ще предлагат допълващи се гледни точки, като Хъбъл ще се фокусира върху ултравиолетова и видима област.
