-
### Hur Hubbleteleskopet fungerar
Hubbleteleskopet (HST) har i grunden förändrat vår förståelse av universum sedan det sköts upp 1990. Beläget cirka 547 kilometer ovanför jorden, bortom atmosfärens förvrängning, ger Hubble en tydlig och obehindrad bild av avlägsna stjärnor, galaxer och andra himlafenomen. Men hur fungerar detta moderna ingenjörskonstverk egentligen? Den här artikeln dyker in i de viktigaste komponenterna, principerna och funktionerna som gör HST till ett oöverträffat instrument inom astronomin.
#### Historisk kontext och uppdragsmål
Idén till rymdteleskopet Hubble gick tillbaka till 1940-talet, men det var inte förrän på 1970-talet som planerna började ta form för vad som skulle bli ett av NASAs mest framgångsrika vetenskapliga projekt. Teleskopet, som är uppkallat efter astronomen Edwin Hubble, har som huvudmål att utforska universums struktur, bildandet av galaxer och stjärnor, planeternas egenskaper i vårt solsystem och mer generellt att besvara grundläggande frågor om vår plats i kosmos.
#### Komponenter i Hubbleteleskopet
Att förstå hur Hubble fungerar börjar med en uppdelning av dess huvudkomponenter.
1. Optisk teleskopenhet (OTA):
– Primärspegel: Hubbleteleskopets hjärta, primärspegeln, har en diameter på 2.4 meter. Den samlar in ljus från himlakroppar och reflekterar det på sekundärspegeln.
– Sekundärspegel: Denna mindre spegel, placerad ovanför primärspegeln, reflekterar ljus igen och riktar det ned i huvudinstrumentet.
2. De vetenskapliga instrumenten:
Hubble är utrustad med en uppsättning banbrytande vetenskapliga instrument, alla specialiserade för olika typer av observationer:
– Wide Field Camera 3 (WFC3): Den här kameran tar högupplösta bilder över tre olika områden av det elektromagnetiska spektrumet: ultraviolett, synligt och nära infrarött.
– Avancerad kamera för undersökningar (ACS): Optimerad för observationer i undersökningsstil kan den fånga stora områden i rymden med stor detalj.
– Cosmic Origins Spectrograph (COS): Utformad för att studera spektra av ultraviolett ljus från himmelska källor och avslöja information om deras sammansättning, temperatur, densitet och rörelse.
– Rymdteleskopets avbildningsspektrograf (STIS): Dessa kombinerade avbildnings- och spektroskopifunktioner möjliggör en detaljerad undersökning av kemiska processer och fysikaliska egenskaper.
– Nära infraröd kamera och multiobjektspektrometer (NICMOS): Även om den inte längre är i drift var NICMOS avgörande för infraröda observationer innan WFC3 tog över denna roll.
3. Stödsystemen:
– Pekkontrollsystem: Noggrannhet i rymden är av största vikt, och Hubbles precisionspeksystem använder gyroskop och finstyrningssensorer för att bibehålla en exakt orientering. Detta system gör att teleskopet kan låsa sig på ett mål med en noggrannhet på 0.007 bågsekunder.
– Datahanteringssystem: Hubble är utrustad med datorsystem som styr observationer, lagrar data och överför denna information tillbaka till jorden. Informationen vidarebefordras via Tracking and Data Relay Satellite System (TDRSS).
#### Principerna bakom Hubbles funktion
Hubbles funktion bygger på flera grundläggande principer inom fysik och ingenjörskonst:
1. Reflektion och refraktion:
Som tidigare nämnts använder Hubble sina primär- och sekundärspeglar för att fånga och fokusera ljus. Dessa speglar är belagda med ett tunt lager aluminium, följt av ett skyddande lager magnesiumfluorid, vilket ökar reflektionsförmågan och minskar spridning.
2. Spektroskopi:
Spektroskopi är avgörande för att identifiera den kemiska sammansättningen av observerade objekt. Genom att dela upp ljus i dess beståndsdelar (spektrum) kan instrument som COS och STIS identifiera unika signaturer som motsvarar specifika element och molekyler.
3. Elektromagnetiskt spektrum:
Hubble observerade ett brett område av det elektromagnetiska spektrumet, från ultraviolett till nära infrarött. Denna förmåga gör det möjligt att upptäcka fenomen som är osynliga för blotta ögat och till och med vissa markbaserade observatorier som begränsas av atmosfärisk störning.
#### Operationerna: Hur Hubble utför observationer
1. Uppdragsplanering och målval:
Innan Hubble kan utföra en observation måste forskare på jorden bestämma dess mål. Förslag på observationstid kommer från astronomer över hela världen, och dessa förslag granskas och schemaläggs noggrant.
2. Pekning och stabilitet:
När ett mål har valts ut samarbetar Hubbles högprecisionsgyroskop och finstyrningssensorer för att rikta teleskopet i önskad riktning. Hubble kretsar runt jorden med en hastighet av cirka 27,300 17,000 kilometer i timmen och fullbordar ett varv ungefär var 97:e minut. Trots denna snabba rörelse gör dess peksystem att teleskopet kan fokusera stadigt på avlägsna objekt under längre perioder.
3. Datainsamling:
När ljus från ett himmelsobjekt kommer in i teleskopet och fokuseras av speglarna, riktas det mot lämpligt vetenskapligt instrument. Beroende på observationens krav kan instrumentet ta bilder, analysera spektra eller till och med mäta polarisationer.
4. Dataöverföring och -behandling:
Den insamlade datan skickas till jorden via TDRSS-nätverket. Informationen lagras, bearbetas och kalibreras vid Space Telescope Science Institute (STScI) i Baltimore, Maryland. Den bearbetade datan görs sedan tillgänglig för astronomer och allmänheten, vilket bidrar till otaliga vetenskapliga upptäckter.
#### Prestationer och bidrag
Sedan lanseringen har Hubble revolutionerat vår förståelse av universum. Några av dess viktigaste bidrag inkluderar:
– Universums ålder: Genom att observera variabla stjärnor i avlägsna galaxer hjälpte Hubble till att förfina universums ålder till cirka 13.8 miljarder år.
– Mörk energi: Hubbles observationer av avlägsna supernovor gav viktiga bevis för existensen av mörk energi, en mystisk kraft som driver accelerationen av universums expansion.
– Exoplanetatmosfärer: Hubble har varit avgörande för att karakterisera atmosfärerna hos planeter som kretsar kring andra stjärnor, och för att upptäcka vattenånga, metan och andra molekyler.
– Deep Field-bilder: Hubble Deep Field och dess efterföljare (Ultra Deep Field, Extreme Deep Field) har avslöjat ett universum som vimlar av galaxer, alla i olika utvecklingsstadier, vilket avsevärt utökar vår kunskap om kosmologi och galaxbildning.
#### Utmaningar och underhåll
Hubbles resa har inte varit helt smidig. Omedelbart efter uppskjutningen upptäcktes en defekt i primärspegelns krökning, vilket orsakade suddiga bilder. Detta problem korrigerades berömt 1993 genom ett serviceuppdrag som installerade Corrective Optics Space Telescope Axial Replacement (COSTAR), vilket effektivt gav Hubble "glasögon" och återställde dess observationsskärpa.
Fem serviceuppdrag utförda av astronauter ombord på rymdfärjan hade uppgraderat Hubbles system, ersatt gamla instrument med nya och säkerställt dess fortsatta drift. Det sista av dessa uppdrag ägde rum 2009, och sedan dess har Hubble fortsatt att producera fantastiska bilder och värdefulla vetenskapliga data.
### Ser fram emot
Medan Hubbles efterträdare, James Webb Space Telescope (JWST), är redo att ta frontlinjen inom astronomisk forskning med sina avancerade funktioner, kommer Hubbles arv att bestå. Tillsammans kommer dessa observatorier att erbjuda kompletterande vyer, med Hubble som fokuserar på ultraviolett och synligt ljus.
