-
### Kuidas Hubble'i teleskoop töötab
Hubble'i kosmoseteleskoop (HST) on pärast selle starti 1990. aastal põhjalikult muutnud meie arusaama universumist. Asudes umbes 547 kilomeetri (340 miili) kõrgusel Maast, atmosfääri moonutuste taga, pakub Hubble selget ja takistamatut vaadet kaugetele tähtedele, galaktikatele ja teistele taevakehade nähtustele. Aga kuidas see tänapäevase inseneritöö ime täpselt töötab? See artikkel süveneb peamistesse komponentidesse, põhimõtetesse ja toimimisviisidesse, mis teevad HST-st astronoomia valdkonnas võrratu instrumendi.
#### Ajalooline kontekst ja missiooni eesmärgid
Hubble'i kosmoseteleskoobi idee pärineb 1940. aastatest, kuigi alles 1970. aastatel hakkasid plaanid kujunema NASA üheks edukamaks teadusprojektiks. Astronoomi Edwin Hubble'i järgi nime saanud teleskoobi peamised eesmärgid on uurida universumi struktuuri, galaktikate ja tähtede teket, meie päikesesüsteemi planeetide omadusi ja üldisemalt vastata põhiküsimustele meie koha kohta kosmoses.
#### Hubble'i kosmoseteleskoobi komponendid
Hubble'i toimimise mõistmine algab selle põhikomponentide jaotusest.
1. Optilise teleskoobi assamblee (OTA):
– Primaarpeegel: Hubble'i südame, primaarpeegli, läbimõõt on 2.4 meetrit (7.9 jalga). See kogub taevakehade valgust ja peegeldab seda sekundaarpeeglile.
– Teisene peegel: see väiksem peegel, mis asub põhipeegli kohal, peegeldab valgust tagasi, suunates selle põhiinstrumendile.
2. Teaduslikud instrumendid:
Hubble on varustatud tipptasemel teadusinstrumentide komplektiga, millest igaüks on spetsialiseerunud erinevat tüüpi vaatlustele:
– Lainurkkaamera 3 (WFC3): see kaamera jäädvustab kõrglahutusega pilte kolmes erinevas elektromagnetilise spektri vahemikus: ultraviolett, nähtav ja lähiinfrapuna.
– Täiustatud kaamera mõõdistusteks (ACS): optimeeritud mõõdistusstiilis vaatlusteks, see suudab jäädvustada suuri kosmosealasid väga detailselt.
– Kosmilise Päritolu Spektrograaf (COS): loodud taevaallikate ultraviolettvalguse spektrite uurimiseks, andes teavet nende koostise, temperatuuri, tiheduse ja liikumise kohta.
– Kosmoseteleskoobi pildistav spektrograaf (STIS): need kombineeritud pildistamis- ja spektroskoopiavõimalused võimaldavad keemilisi protsesse ja füüsikalisi omadusi üksikasjalikult uurida.
– Lähiinfrapunakaamera ja mitme objektiga spektromeeter (NICMOS): Kuigi see enam ei tööta, oli NICMOS infrapunavaatluste jaoks kriitilise tähtsusega enne, kui WFC3 selle rolli üle võttis.
3. Tugisüsteemid:
– Suunamisjuhtimissüsteem: Täpsus kosmoses on ülimalt oluline ja Hubble'i täppissuunamissüsteem kasutab täpse orientatsiooni säilitamiseks güroskoope ja peenjuhtimisandureid. See süsteem võimaldab teleskoobil lukustuda sihtmärgile täpsusega 0.007 kaaresekundit.
– Andmetöötlussüsteemid: Hubble on varustatud arvutisüsteemidega, mis juhivad vaatlusi, salvestavad andmeid ja edastavad seda teavet Maale. Andmeid edastatakse jälgimis- ja andmeedastussatelliitsüsteemi (TDRSS) kaudu.
#### Hubble'i toimimise põhimõtted
Hubble'i töö põhineb mitmel füüsika ja inseneriteaduse põhiprintsiibil:
1. Peegeldus ja murdumine:
Nagu varem mainitud, tugineb Hubble valguse püüdmiseks ja fokuseerimiseks oma primaar- ja sekundaarpeeglitele. Need peeglid on kaetud õhukese alumiiniumkihiga, millele järgneb kaitsev magneesiumfluoriidi kiht, mis suurendab peegelduvust ja vähendab hajumist.
2. Spektroskoopia:
Spektroskoopia on ülioluline vaadeldavate objektide keemilise koostise tuvastamiseks. Valguse jagamisega selle koostisosadeks (spektriks) saavad sellised instrumendid nagu COS ja STIS tuvastada unikaalseid signatuure, mis vastavad konkreetsetele elementidele ja molekulidele.
3. Elektromagnetiline spekter:
Hubble'i teleskoop jälgis laia elektromagnetilise spektri ulatust ultraviolettkiirgusest lähiinfrapunakiirguseni. See võimekus võimaldab tal tuvastada nähtusi, mis on palja silmaga nähtamatud, ja isegi mõnede maapealsete observatooriumide abil, mille tegevust piiravad atmosfäärihäired.
#### Toimingud: kuidas Hubble vaatlusi läbi viib
1. Missiooni planeerimine ja sihtmärgi valik:
Enne kui Hubble saab vaatlust teha, peavad Maa teadlased kindlaks määrama selle sihtmärgid. Vaatlusaja ettepanekud tulevad astronoomidelt üle kogu maailma ning neid ettepanekuid kontrollitakse ja planeeritakse rangelt.
2. Osutamine ja stabiilsus:
Kui sihtmärk on valitud, töötavad Hubble'i ülitäpsed güroskoobid ja täpsed juhtimissensorid koos, et suunata teleskoop soovitud suunas. Hubble tiirleb ümber Maa kiirusega umbes 27 300 kilomeetrit tunnis (17 000 miili tunnis), tehes ühe tiiru umbes iga 97 minuti järel. Vaatamata kiirele liikumisele võimaldab selle suunamissüsteem pikka aega stabiilselt kaugetele objektidele fokuseerida.
3. Andmete kogumine:
Kui taevakeha valgus siseneb teleskoopi ja peeglid seda fokuseerivad, suunatakse see sobivasse teadusinstrumendisse. Sõltuvalt vaatluse nõuetest võib instrument jäädvustada pilte, analüüsida spektreid või isegi mõõta polarisatsioone.
4. Andmete edastamine ja töötlemine:
Kogutud andmed saadetakse Maale TDRSS-võrgu kaudu. Seda teavet salvestatakse, töödeldakse ja kalibreeritakse Baltimore'is Marylandis asuvas Kosmoseteleskoobi Teadusinstituudis (STScI). Töödeldud andmed tehakse seejärel kättesaadavaks astronoomidele ja avalikkusele, aidates kaasa lugematutele teadusavastustele.
#### Saavutused ja panused
Pärast starti on Hubble muutnud meie arusaama universumist revolutsiooniliselt. Mõned selle olulisemad panused on järgmised:
– Universumi vanus: Kaugete galaktikate muutlike tähtede vaatlemisega aitas Hubble täpsustada universumi vanust ligikaudu 13.8 miljardi aastani.
– Tumeenergia: Hubble'i kaugete supernoovade vaatlused andsid olulisi tõendeid tumeenergia olemasolu kohta, mis on salapärane jõud, mis kiirendab universumi paisumist.
– Eksoplaneetide atmosfäärid: Hubble on olnud oluline teiste tähtede ümber tiirlevate planeetide atmosfääride iseloomustamisel, veeauru, metaani ja muude molekulide tuvastamisel.
– Süvavälja pildid: Hubble'i süvavälja teleskoop ja selle järglased (ülidevaese välja teleskoop, äärmiselt deep field teleskoop) on paljastanud universumi, mis kubiseb galaktikatest, millest igaüks on evolutsiooni eri etappides, laiendades märkimisväärselt meie teadmisi kosmoloogiast ja galaktikate tekkest.
#### Väljakutsed ja hooldus
Hubble'i teekond pole olnud täiesti sujuv. Vahetult pärast selle starti avastati primaarpeegli kõveruses viga, mis põhjustas uduseid pilte. See probleem parandati kuulsalt 1993. aastal hooldusmissiooniga, mille käigus paigaldati korrigeeriva optikaga kosmoseteleskoobi aksiaalne asendus (COSTAR), mis andis Hubble'ile sisuliselt "prillid" ja taastas vaatlusliku selguse.
Kosmosesüstiku pardal astronaudid viisid läbi viis hooldusmissiooni, mille käigus täiustati Hubble'i süsteeme, asendati vanad instrumendid uutega ja tagati selle jätkuv töö. Viimane neist missioonidest toimus 2009. aastal ja sellest ajast alates on Hubble jätkanud vapustavate piltide ja väärtuslike teadusandmete tootmist.
### Ootan
Kuigi Hubble'i järeltulija, James Webbi kosmoseteleskoop (JWST), on oma täiustatud võimalustega valmis astronoomiliste uuringute esirinda haarama, jääb Hubble'i pärand kestma. Koos pakuvad need observatooriumid üksteist täiendavaid vaateid, kusjuures Hubble keskendub ultraviolett- ja nähtavale valgusele.
