什么是哈勃望远镜

什么是哈勃望远镜
什么是哈勃望远镜

什么是哈勃望远镜
哈勃空间望远镜（Hubble Space Telescope,缩写为HST）,是以天文学家爱德温·哈勃（Edwin Powell Hubble）为名,在轨道上环绕着地球的望远镜.它的位置在地球的大气层之上,因此获得了地基望远镜所没有的好处-影像不会受到大气湍流的扰动,视相度绝佳又没有大气散射造成的背景光,还能观测会被臭氧层吸收的紫外线.于1990年发射之后,已经成为天文史上最重要的仪器.它已经填补了地面观测的缺口,帮助天文学家解决了许多根本上的问题,对天文物理有更多的认识.哈勃的哈勃超深空视场是天文学家曾获得的最深入（最敏锐的）的光学影像.
从它于1946年的原始构想开始,直到发射为止,建造空间望远镜的计划不断的被延迟和受到预算问题的困扰.在它发射之后,立即发现主镜有球面像差,严重的降低了望远镜的观测能力.幸好在1993年的维修任务之后,望远镜恢复了计划中的品质,并且成为天文学研究和推展公共关系最重要的工具.哈勃空间望远镜和康普顿γ射线天文台、钱卓X光天文台、斯必泽空间望远镜都是美国宇航局大型轨道天文台计划的一部分[1] .哈勃空间望远镜由NASA和ESO合作共同管理.
哈勃的未来依靠后续的维修任务是否成功,维持稳定的几个陀螺仪已经损坏,目前（2007年）,连备用的也已经耗尽,而且另一架用于指向的望远镜功能也在衰减中.陀螺仪必须要以人工进行维修,在2007年1月30日,主要的先进巡天照相机（ACS）也停止工作,在执行人工维修之前,只有超紫外线的频道能够使用.另一方面,如果没有再提升来增加轨道高度,阻力会迫使望远镜在2010年重返大气层.自从2003年航天飞机哥伦比亚不幸事件之后,由于国际太空站和哈勃不在相同的高度上,使得太空人在紧急状况下缺乏安全的避难场所,因而NASA认为以载人太空任务去维修哈勃望远镜是不合情理的危险任务.NASA在从新检讨之后,执行长麦克格里芬在2006年10月31日决定以亚特兰大进行最后一次的哈勃维修任务,任务的时间安排在2008年9月11日, [2] 基于安全上的考量,届时将会让发现号在LC-39B发射台上待命,以便在紧急情况时能提供救援.计划中的维修将能让哈勃空间望远镜持续工作至2013年.如果成功了,后继的詹姆斯·韦伯空间望远镜（JWST）应该已经发射升空,可以衔接得上任务了.韦伯空间望远镜在许多研究计划上的功能都远超过哈勃,但将只观测红外线,因此在光谱的可见光和紫外线领域内无法取代哈勃的功能
哈勃空间望远镜的历史可以追溯至1946年天文学家莱曼·斯必泽（Lyman Spitzer, Jr.）所提出的论文：《在地球之外的天文观测优势》.在文中,他指出在太空中的天文台有两项优于地面天文台的性能.首先,角分辨率（物体能被清楚分辨的最小分离角度）的极限将只受限于衍射,而不是由造成星光闪烁、动荡不安的大气所造成的视象度.在当时,以地面为基地的望远镜解析力只有0.5-1.0弧秒,相较下,只要口径2.5米的望远镜就能达到理论上衍射的极限值0.1弧秒.其次,在太空中的望远镜可以观测被大气层吸收殆尽的红外线和紫外线.
斯必泽以空间望远镜为事业,致力于空间望远镜的推展.在1962年,美国国家科学院在一份报告中推荐空间望远镜做为发展太空计划的一部分,在1965年,斯必泽被任命为一个科学委员会的主任委员,该委员会的目的就是建造一架空间望远镜.
在第二次世界大战时,科学家利用发展火箭技术的同时,曾经小规模的尝试过以太空为基地的天文学.在1946年,首度观察到了太阳的紫外线光谱.英国在1962年发射了太阳望远镜放置在轨道上,做为亚利安太空计划的一部分.1966年NASA进行了第一个轨道天文台（OAO）任务,但第一个OAO的电池在三天后就失效,中止了这项任务了.第二个OAO在1968至1972年对恒星和星系进行了紫外线的观测,比原先的计划多工作了一年的时间.
轨道天文台任务展示了以太空为基地的天文台在天文学上扮演的重要角色,因此在1968年NASA确定了在太空中建造直径3米反射望远镜的计划,当时暂时的名称是大型轨道望远镜或大型空间望远镜（LST）,预计在1979年发射.这个计划强调须要有人进入太空进行维护,才能确保这个所费不贷的计划能够延续够长的工作时间；并且同步发展可以重复使用的航天飞机技术,才能使前项计划成为可行的计划.[3]
[编辑] 对资金的需求
轨道天文台计划的成功,鼓舞了越来越强的公众与论支持大型空间望远镜应该是天文学领域内重要的目标.在1970年NASA设立了两个委员会,一个规划空间望远镜的工程,另一个研究空间望远镜任务的科学目标.在这之后,NASA下一个需要排除的障碍就是资金的问题,因为这比任何一个地面上的天文台所耗费的资金都要庞大许多倍.美国的国会对空间望远镜的预算需求提出了许多的质疑,为了与裁军所需要的预算对抗,当时就详细的列出了望远镜的硬件需求以及后续发展所需要的仪器.在1974年,在裁减政府开支的鼓动下,杰拉尔德福特剔除了所有进行空间望远镜的预算.
为回应此,天文学家协调了全国性的游说努力.许多天文学家亲自前往拜会众议员和参议员,并且进行了大规模的信件和文字宣传.国家科学院出版的报告也强调空间望远镜的重要性,最后参议院决议恢复原先被国会删除的一半预算.
资金的缩减导致目标项目的减少,镜片的口径也由3米缩为2.4米,以降低成本和更有效与紧密的配置望远镜的硬件.原先计划做为先期测试,放置在卫星上的1.5米空间望远镜也被取消了,对预算表示关切的欧洲航天局也成为共同合作的伙伴.欧洲航天局同意提供经费和一些望远镜上需要的仪器,像是做为动力来源的太阳能电池,回馈的是欧洲的天文学家可以使用不少于15%的望远镜观测时间.在1978年,美国国会拨付了36,000,000C元美金,让大型空间望远镜开始设计,并计划在1983年发射升空.在1980年初,望远镜被命为哈勃,以纪念在20世纪初期发现宇宙膨胀的天文学家艾德温·哈勃.
[编辑] 结构和工程

1979年5月,在康涅狄格州丹柏立的Perkin-Elmer公司抛光中的哈勃主镜.出现在图中的是服务于珀金埃尔默工程师是马丁椰林博士.空间望远镜的计划一经批准,计划就被分割成许多子计划分送各机关执行. 马歇尔太空飞行中心（MSFC）负责设计、发展和建造望远镜,金石太空飞行中心（GSFC）负责科学仪器的整体控制和地面的任务控制中心.马歇尔太空飞行中心委托珀金埃尔默设计和制造空间望远镜的光学组件,还有精密定位传感器（FGS）,洛克希德被委托建造安装望远镜的太空船.[4]
[编辑] 光学望远镜的组合（OTA）
望远镜的镜子和光学系统是最关键的部分,因此在设计上有很严格的规范.一般的望远镜,镜子在抛光之后的准确性大约是可见光波长的十分之一,但是因为空间望远镜观测的范围是从紫外线到近红外线,所以需要比以前的望远镜更高十倍的解析力,它的镜子在抛光后的准确性达到可见光波长的廿分之一,也就是大约30 纳米.
珀金埃尔默刻意使用极端复杂的电脑控制抛光机研磨镜子,但却在最尖端的技术上出了问题；柯达被委托使用传统的抛光技术制做一个备用的镜子（柯达的这面镜子现在永久保存在史密松宁学会）.[5]).1979年,珀金埃尔默开始磨制镜片,使用的是超低膨胀玻璃,为了将镜子的重量降至最低,采用蜂窝格子,只有表面和底面各一吋是厚实的玻璃.
镜子的抛光从1979年开始持续到1981年5月,抛光的进度已经落后并且超过了预算,这时NASA的报告才开始对珀金埃尔默的管理结构质疑.为了节约经费,NASA停止支援镜片的制作,并且将发射日期延后至1984年10月.镜片在1981年底全部完成,并且镀上了75 nm厚的铝增强反射,和25 nm厚的镁氟保护层.
因为在光学望远镜组合上的预算持续膨胀,进度也落后的情况下,对珀金埃尔默能否胜任后续工作的质疑继续存在.为了回应被描述成"未定案和善变的日报表", NASA将发射的日期再延至1985年的4月.但是,珀金埃尔默的进度持续的每季增加一个月的速率恶化中,时间上的延迟也达到每个工作天都在持续落后中.NASA被迫延后发射日期,先延至1986年3月,然后又延至1986年9月.这时整个计划的总花费已经高达美金11亿7500万.[4]
[编辑] 太空船的系统

1980年,建造中的哈勃望远镜.安置望远镜和仪器的太空船是主要工程上的另一个挑战.它必须能胜任与抵挡在阳光与地球的阴影之间频繁进出所造成的温度变化,还要极端的稳定并能长间的将望远镜精确的对准目标.以多层绝缘材料制成的遮蔽物能使望远镜内部的温度保持稳定,并且以轻质的铝壳包围住望远镜和仪器的支架.在外壳之内,石墨环氧的框架将校准好的工作仪器牢固的固定住.
有一段时间用于安置仪器和望远镜的太空船在建造上比光学望远镜的组合来得顺利,但洛克希德仍然经历了预算不足和进度的落后,在1985年的夏天之前,太空船的进度落后了个月,而预算超出了30%.马歇尔太空飞行中心的报告认为洛克希德在太空船的建造上没有采取主动,而且过度依赖NASA的指导.[4]
[编辑] 地面的支援
在1983年,空间望远镜科学协会（STScI）在经历NASA与科学界之间的权力争夺后成立.空间望远镜科学协会隶属于美国大学天文研究联盟 （AURA）,这是由32个美国大学和7个国际会员组成的单位,总部坐落在马里兰州巴尔地摩的约翰·霍普金斯大学校园内.
空间望远镜科学协会负责空间望远镜的操作和将数据交付给天文学家.美国国家航空航天局(NASA)想将之做为内部的组织,但是科学家依据科学界的做法将之规划创立成研究单位,由NASA位在马里兰州绿堤,空间望远镜科学协会南方48公里,的哥达德太空飞行中心和承包厂商提供工程上的支援.哈勃望远镜每天24小时不间断的运作,由四个工作团队轮流负责操作.
空间望远镜欧洲协调机构于1984年设立在德国邻近慕尼黑的Garching bei München,为欧洲的天文学家提供相似的支援.
[编辑] 挑战者号的事故
早在1986年,就已经计划在当年10月份发射哈勃空间望远镜.但是挑战者号的事故使美国的太空计划停滞不前,航天飞机的暂停升空,迫使哈勃空间望远镜的发射延迟了数年.望远镜和所有的附件都必须分门别类的储藏在无尘室内,直到能够排出发射的日期,这也使得已经超支的总成本更为高涨.
最后,随着航天飞机在1988年再度开始升空,望远镜也预定在1990年发射.在发射前的最后准备,用氮气喷射镜面以除去可能累积的灰尘,并且对所有的系统进行广泛的测试.终于,在1990年4月24日由发现号航天飞机,于STS-31航次将望远镜成功的送入计划中的轨道.
从它原始的总预算,大约4亿美金,到现在的花费超过25亿美金,哈伯的成本依然在不断的累积与增高.美国政府估计的开销将高达45至60亿美金,欧洲所挹注的资金也高达6亿欧元（1999年的估计）.[6]
[编辑] 仪器

携带哈伯空间望远镜进入轨道的STS-31任务航天飞机升空.在发射时,哈勃空间望远镜携带的仪器如下：
广域和行星照相机（WF/PC）
戈达德高解析摄谱仪（GHRS）
高速光度计（HSP）)
暗天体照相机（FOC）
暗天体摄谱仪（FOS）
WF/PC原先计划是光学观测使用的高分辨率照相机.由NASA的喷射推进实验室制造,附有一套由48片光学滤镜组成,可以筛选特殊的波段进行天体物理学的观察.整套仪器使用8片CCD,做出了两架照相机,每一架使用4片CCD."广域照相机"（WFC）因为视野较广,在解像力上有所损失,而"行星照相机"（PC）以比WFC长的焦距成像,所以有较高的放大率.
GHRS是被设计在紫外线波段使用的摄谱仪,由哥达德太空中心制造,可以达到90,000的光谱分辨率[7],同时也为FOC和FOS选择适宜观测的目标.FOC和FOS都是哈勃空间望远镜上分辨率最高的仪器.这三个仪器都舍弃了CCD,使用数位光子计数器做为检测装置.FOC是由欧洲航天局制造, FOS 则由Martin Marietta公司制造.
最后一件仪器是由威斯康辛麦迪逊大学设计制造的HSP,它用于在可见光和紫外光的波段上观测变星,和其他被筛选出的天体在亮度上的变化.它的光度计每秒钟可以侦测100,000次,精确度至少可以达到2%[8].
哈勃空间望远镜的导引系统也可以做为科学仪器,它的三个精细导星传感器（FGS）在观测期间主要用于保持望远镜指向的准确性, 但也能用于进行非常准确的天体测量,测量的精确度达到 0.0003弧秒
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/3/32/Hubble_01.jpg
发现号航天飞机在STS-82维修任务中拍摄的哈勃空间望远镜
机构: NASA/ESA
波段: 光学、紫外线、近红外线
NSSDC ID: 1990-037B
位置: 低地球轨道
轨道: 椭圆
高度: 589 公里,366 英里
周期: 96-97 分钟
速度: 7,500 米/秒 (16,800 英里/时)
重力加速度: 8.169米/秒2
发射
日期: 1990年4月24日
除役: 大约2020年
质量: 11,000 公斤 (24,250 磅)
类型: RC 反射镜
口径: 2.4 米 (94 英吋)
集光面积: 约4.3 平方米 (46 平方英呎)
焦距: 57.6 m (189 ft)
NICMOS: 红外相机/光谱仪
ACS: 光学巡天相机
WFPC2: 广角相机（光学）
STIS: 光学光谱仪/相机（失败）
FGS: 三个精细导星传感器
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/b/b2/Eagle_nebula_pillars.jpg
哈勃最著名的影像之一：在老鹰星云内诞生恒星的
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/5/5d/Hubbleshots.jpg
哈勃望远镜拍摄的图片
哈勃空间望远镜拍摄的图片: 从左上角起顺时针方向、"Tadpole"星系、"锥形星云"、两个碰撞的螺旋星系,欧米加星云中新星的诞生

是以天文学家哈勃为名，在轨道上环绕著地球的望远镜。他的位置在地球的大气层之上，因此获得了地基望远镜所没有的好处——影像不会受到大气湍流的扰动，视宁度绝佳又没有大气散射造成的背景光，还能观测会被臭氧层吸收的紫外线。于1990年发射之后，已经成为天文史上最重要的仪器。他已经填补了地面观测的缺口，帮助天文学家解决了许多根本上的问题，对天文物理有更多的认识。哈勃的哈勃超深空视场是天文学家曾获得的最深入（最...

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是以天文学家哈勃为名，在轨道上环绕著地球的望远镜。他的位置在地球的大气层之上，因此获得了地基望远镜所没有的好处——影像不会受到大气湍流的扰动，视宁度绝佳又没有大气散射造成的背景光，还能观测会被臭氧层吸收的紫外线。于1990年发射之后，已经成为天文史上最重要的仪器。他已经填补了地面观测的缺口，帮助天文学家解决了许多根本上的问题，对天文物理有更多的认识。哈勃的哈勃超深空视场是天文学家曾获得的最深入（最敏锐的）的光学影像。
从他于1946年的原始构想开始，直到发射为止，建造太空望远镜的计划不断的被延迟和受到预算问题的困扰。在他发射之后，立即发现主镜有球面像差，严重的降低了望远镜的观测能力。幸好在1993年的维修任务之后，望远镜恢复了计划中的品质，并且成为天文学研究和推展公共关系最重要的工具。哈勃空间望远镜和康普顿伽玛射线天文台、钱德拉X射线天文台、斯必泽空间望远镜都是美国宇航局大型轨道天文台计划的一部分 。哈勃空间望远镜由NASA和ESO合作共同管理。
哈勃的未来依靠后续的维修任务是否成功，维持稳定的几个陀螺仪已经损坏，2007年，连备用的也已经耗尽，而且另一架用于指向的望远镜功能也在衰减中。陀螺仪必须要以人工进行维修，在2007年1月30日，主要的先进巡天照相机（ACS）也停止工作，在执行人工维修之前，只有超紫外线的频道能够使用。另一方面，如果没有再提升来增加轨道高度，阻力会迫使望远镜在2010年 重返大气层。自从2003年航天飞机哥伦比亚不幸事件之后，由于国际太空站和哈勃不在相同的高度上，使得太空人在紧急状况下缺乏安全的避难场所，因而NASA认为以载人太空任务去维修哈勃望远镜是不合情理的危险任务。NASA在从新检讨之后，执行长麦克格里芬在2006年10月31日决定以亚特兰大进行最后一次的哈勃维修任务，任务的时间安排在2008年9月11日，基于安全上的考量，届时将会让发现号在LC-39B发射台上待命，以便在紧急情况时能提供救援。计划中的维修将能让哈勃空间望远镜持续工作至2013年。如果成功了，后继的詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）应该已经发射升空，可以衔接得上任务了。韦伯太空望远镜在许多研究计划上的功能都远超过哈勃，但将只观测红外线，因此在光谱的可见光和紫外线领域内无法取代哈勃的功能。

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哈勃空间望远镜（Hubble Space Telescope，HST），是人类第一座太空望远镜，总长度超过13米，质量为11吨多，运行在地球大气层外缘离地面约600公里的轨道上。它大约每100分钟环绕地球一周。哈勃望远镜是由美国国家航空航天局和欧洲航天局合作，于1990年发射入轨的。哈勃望远镜是以天文学家爱德文·哈勃的名字命名的。按计划，它将在2009年被詹姆斯韦伯太空望远镜所取代。哈勃望远镜的角...

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哈勃空间望远镜（Hubble Space Telescope，HST），是人类第一座太空望远镜，总长度超过13米，质量为11吨多，运行在地球大气层外缘离地面约600公里的轨道上。它大约每100分钟环绕地球一周。哈勃望远镜是由美国国家航空航天局和欧洲航天局合作，于1990年发射入轨的。哈勃望远镜是以天文学家爱德文·哈勃的名字命名的。按计划，它将在2009年被詹姆斯韦伯太空望远镜所取代。哈勃望远镜的角分辨率达到小于 0.1秒，每天可以获取3到5G字节的数据。
由于运行在外层空间，哈勃望远镜获得的图像不受大气层扰动折射的影响，并且可以获得通常被大气层吸收的红外光谱的图像。
哈勃望远镜的数据由太空望远镜研究所的天文学家和科学家分析处理。该研究所属于位于美国马里兰州巴尔第摩市的约翰霍普金斯大学。

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