-
### Hvernig Hubblessjónaukinn virkar
Hubblessjónaukinn (HST) hefur gjörbreytt skilningi okkar á alheiminum frá því að hann var skotið á loft árið 1990. Hubblessjónaukinn er staðsettur í um 547 kílómetra hæð yfir jörðinni, handan við aflögun lofthjúpsins, og veitir skýra og óhindraða sýn á fjarlægar stjörnur, vetrarbrautir og önnur himintungl. En hvernig virkar þetta nútímaverkfræðiundur nákvæmlega? Þessi grein kannar lykilþætti, meginreglur og virkni sem gera Hubblessjónaukann að einstöku tæki á sviði stjörnufræði.
#### Sögulegt samhengi og markmið verkefnisins
Hugmyndin að Hubblessjónaukanum á rætur að rekja til fimmta áratugarins, þó að það hafi ekki verið fyrr en á áttunda áratugnum að áætlanir fóru að taka á sig mynd fyrir það sem átti eftir að verða eitt farsælasta vísindaverkefni NASA. Sjónaukinn, sem er nefndur eftir stjörnufræðingnum Edwin Hubble, hefur það að markmiði að kanna uppbyggingu alheimsins, myndun vetrarbrauta og stjarna, eiginleika reikistjarna innan sólkerfisins okkar og almennt að svara grundvallarspurningum um stöðu okkar í alheiminum.
#### Íhlutir Hubblessjónaukans
Að skilja hvernig Hubble virkar byrjar með sundurliðun á helstu þáttum hans.
1. Samsetning sjónaukans (OTA):
– Aðalspegill: Hjarta Hubblessjónaukans, aðalspegillinn, er 2.4 metrar (7.9 fet) í þvermál. Hann safnar ljósi frá himintunglum og endurvarpar því á aukaspegilinn.
– Aukaspegill: Þessi minni spegill, sem er staðsettur fyrir ofan aðalspegilinn, endurkastar ljósi aftur og beinir því niður í aðalmælitækið.
2. Vísindatækin:
Hubble er búinn safni af nýjustu vísindatækjum, hvert sérhæft fyrir mismunandi gerðir athugana:
– Víðmyndavél 3 (WFC3): Þessi myndavél tekur myndir í hárri upplausn á þremur mismunandi sviðum rafsegulrófsins: útfjólubláu, sýnilegu og nær-innrauðu.
– Ítarleg myndavél fyrir landmælingar (ACS): Hún er fínstillt fyrir landmælingaathuganir og getur fangað stór svæði í geimnum í mikilli smáatriðum.
– Cosmic Origins Spectrograph (COS): Hannað til að rannsaka litróf útfjólublátt ljós frá himintunglum og afhjúpa upplýsingar um samsetningu þeirra, hitastig, eðlisþyngd og hreyfingu.
– Myndgreiningarlitrófsriti geimsjónaukans (STIS): Þessi sameinaða myndgreiningar- og litrófsgreiningargeta gerir kleift að rannsaka efnaferla og eðliseiginleika ítarlega.
– Nær-innrauða myndavél og fjölhlutarlitrófsmælir (NICMOS): Þótt NICMOS sé ekki lengur starfhæft var það mikilvægt fyrir innrauðar mælingar áður en WFC3 tók við þessu hlutverki.
3. Stuðningskerfin:
– Beinstýringarkerfi: Nákvæmni í geimnum er afar mikilvæg og nákvæmt beinstýringarkerfi Hubbles notar snúningsmæli og fínstýrða leiðsögunema til að viðhalda nákvæmri stefnu. Þetta kerfi gerir sjónaukanum kleift að festast á skotmark með nákvæmni upp á 0.007 bogasekúndur.
– Gagnavinnslukerfi: Hubble er búinn tölvukerfum sem stjórna athugunum, geyma gögn og senda þessar upplýsingar aftur til Jarðar. Gögnin eru send í gegnum mælingar- og gagnaflutningsgervihnattakerfið (TDRSS).
#### Meginreglurnar á bak við virkni Hubbles
Starfsemi Hubbles byggist á nokkrum grundvallarreglum eðlisfræði og verkfræði:
1. Endurspeglun og ljósbrot:
Eins og áður hefur komið fram notar Hubble aðal- og aukaspegla sína til að fanga og einbeita ljósi. Þessir speglar eru húðaðir með þunnu lagi af áli og síðan verndandi lagi af magnesíumflúoríði, sem eykur endurskinsgetu og dregur úr dreifingu.
2. Litrófsgreining:
Litrófsgreining er mikilvæg til að greina efnasamsetningu fyrirbæra sem við sjáum. Með því að skipta ljósi í liti sína (róf) geta tæki eins og COS og STIS borið kennsl á einstaka merki sem samsvara tilteknum frumefnum og sameindum.
3. Rafsegulsvið:
Hubble rannsakaði vítt svið rafsegulsviðsins, allt frá útfjólubláu til nær-innrauða. Þessi möguleiki gerir honum kleift að greina fyrirbæri sem eru ósýnileg berum augum og jafnvel sumar stjörnustöðvar á jörðu niðri sem eru takmarkaðar af truflunum frá andrúmsloftinu.
#### Aðgerðirnar: Hvernig Hubble framkvæmir athuganir
1. Skipulagning verkefna og val á markmiðum:
Áður en Hubble getur framkvæmt mælingar verða vísindamenn á jörðinni að ákvarða markmið þeirra. Tillögur um mælingatíma koma frá stjörnufræðingum um allan heim og þessar tillögur eru vandlega yfirfarnar og tímasettar.
2. Bein og stöðugleiki:
Þegar skotmark hefur verið valið vinna nákvæmir snúningsmælir Hubbles og nákvæmir leiðsöguskynjarar saman að því að beina sjónaukanum í þá átt sem óskað er eftir. Hubble ferðast um jörðina á um 27,300 kílómetra hraða á klukkustund (17,000 mílur á klukkustund) og lýkur hringferð á um það bil 97 mínútna fresti. Þrátt fyrir þessa hraða hreyfingu gerir stefnukerfi hans honum kleift að einbeita sér stöðugt að fjarlægum fyrirbærum í langan tíma.
3. Gagnasöfnun:
Þegar ljós frá himintungli fer inn í sjónaukann og speglarnir einbeita því, er það beint að viðeigandi vísindatæki. Eftir því sem þarf að athuga gæti tækið tekið myndir, greint litróf eða jafnvel mælt skautanir.
4. Gagnaflutningur og vinnsla:
Söfnuðu gögnunum er sent til jarðar í gegnum TDRSS netið. Þessum upplýsingum er geymt, unnið úr þeim og kvarðað hjá Space Telescope Science Institute (STScI) í Baltimore, Maryland. Gögnin eru síðan gerð aðgengileg stjörnufræðingum og almenningi og stuðla að ótal vísindalegum uppgötvunum.
#### Afrek og framlag
Frá því að Hubble var sett á laggirnar hefur hann gjörbylta skilningi okkar á alheiminum. Meðal mikilvægustu framlaga hans eru:
– Aldur alheimsins: Með því að fylgjast með breytistjörnum í fjarlægum vetrarbrautum hjálpaði Hubbles til við að nákvæma aldur alheimsins niður í um það bil 13.8 milljarða ára.
– Myrkur orka: Athuganir Hubbles á fjarlægum sprengistjörnum veittu lykilvísbendingar um tilvist myrkrar orku, dularfulls afls sem knýr áfram hröðun útþenslu alheimsins.
– Lofthjúpar utan reikistjörnunnar: Hubblessjónaukinn hefur gegnt lykilhlutverki í að greina lofthjúpa reikistjarna sem ganga á braut um aðrar stjörnur, greina vatnsgufu, metan og aðrar sameindir.
– Djúpsviðsmyndir: Hubblessjónaukinn og arftakar hans (Ultra Deep Field, Extreme Deep Field) hafa leitt í ljós alheim sem iðar af vetrarbrautum, hver á mismunandi þróunarstigum, og aukið verulega þekkingu okkar á heimsfræði og myndun vetrarbrauta.
#### Áskoranir og viðhald
Ferðalag Hubbles hefur ekki verið alveg greið. Strax eftir að hann var geymdur á loft kom í ljós galli í sveigju aðalspegilsins sem olli óskýrum myndum. Þetta vandamál var leiðrétt árið 1993 með viðhaldsleiðangri þar sem sett var upp Corrective Optics Space Telescope Axial Replacement (COSTAR), sem gaf Hubble í raun „gleraugu“ og endurheimti skýrleika athugunar.
Fimm viðhaldsleiðangra geimfaranna um borð í geimskutlunni uppfærðu kerfi Hubbles, skiptu út gömlum mælitækjum fyrir ný og tryggðu áframhaldandi rekstur þess. Síðasta leiðangurinn fór fram árið 2009 og síðan þá hefur Hubble haldið áfram að framleiða stórkostlegar myndir og verðmæt vísindagögn.
### Horfum fram á við
Þótt arftaki Hubbles, James Webb geimsjónaukinn (JWST), sé tilbúinn til að taka forystu í stjarnvísindarannsóknum með háþróaðri getu sinni, mun arfleifð Hubbles haldast. Saman munu þessar stjörnustöðvar bjóða upp á samspilandi sjónarhorn, þar sem Hubble einbeitir sér að útfjólubláum og sýnilegum geislum.
