成本超百亿美元,它是美国宇航局史上最昂贵的单一科学任务

成本超百亿美元,它是美国宇航局史上最昂贵的单一科学任务,第1张

由于地面天文台和望远镜观测宇宙存在的不足,很早就有科学家提出建议将望远镜发射到地球轨道上。

1946年,美国天文学家斯皮策发表论文《地外天文台的天文学研究价值》,呼吁 在地球轨道上建造天文台 。但当时人类尚未进入航天时代,这一设想过于激进。

航天时代开始后的20世纪60年代,随着一系列小型天文卫星的发射,天文卫星的巨大价值被证实。

1970年,美国宇航局计划建造大型的太空望远镜,但 经费预算 受到国会的阻挠,宇航局公共预算的削减,使大型太空望远镜项目难以取得进展。

在美国科学界的多年游说之下,国会终于为太空望远镜项目批准了资金,但 规模只有预计的一半

宇航局只能将原计划的3米口径望远镜改为24米,对望远镜其他设备也予以简化,同时寻求与欧空局合作以分担费用。

在此情况下,美国国会于1978年批准了大型太空望远镜项目的投资 3600万美元

美国宇航局计划该望远镜能够在1983年由航天飞机发射,并以著名科学家爱德华·哈勃的名字进行命名—— 哈勃太空望远镜(HST)

HST的研制

由于种种原因,HST的研制并非一帆风顺,1986年,航天飞机挑战者号的失事更是使进度大大拖延。

进入90年代,宇航局陆续制定了多项天文卫星计划,其中包括 四大重器 ——HST、康普顿伽马射线天文台(1991-2000年)、钱德拉X射线天文台(1999年至今)和斯皮策太空望远镜(2003-2020年),它们的侧重点不同,其中HST主要以 可见光观测 为主,但发射入轨后经过多次维修,其观测光谱范围得到了很大的拓展。

HST研制采取 招标方式 望远镜主体 由防务供应商洛克希德公司研制和系统集成, 大型光学望远镜 由珀金·埃尔默公司研制。

宇航局马歇尔航天中心负责整个项目的 设计、招标与管理工作 ,哥达德航天中心负责 科学仪器 及望远镜 后期运行工作

HST整体呈柱形结构,安装了2个太阳电池板,展开后的最大宽度可达137米,望远镜主体长132米,直径427米,发射质量125吨,太阳能电池可提供 2800瓦的功率

为保持 姿态稳定 进行姿态调整 ,HST上安装了6台大型陀螺仪和种种推力器。陀螺仪是动部件,长期运行的失效率高,采用航天飞机进行维护维修,可极大地延长其使用寿命。HST能够正常使用达30年,与其 可维护性强 关系极大。

HST由 光学部件 科学仪器 保障系统 3大部件系统组成。

光学部件是一架 卡塞格伦式光学望远镜 ,采用 双曲面设计 的主副镜。入射光由3米宽的舱门进入,射到直径24米的主镜上,再反射到在它前面488米处的副镜上。副镜将光线聚焦后再返回到主镜,从主镜中央小孔穿过到达焦平面。双曲线反射镜在大视场下具有良好的 成像性能 ,但反射镜的形状难以制造和测试。

HST的反射镜和光学系统决定了最终的性能,必须 严格按照规格设计

光学望远镜的镜面通常经过精细抛光,精度约为 可见光波长的十分之一 (10纳米)。由于承包公司在光学部件特别是主副镜制作和抛光过程中,一再出现精度等问题,致使整个望远镜的交付日期多次推迟。

光学系统计划用于 从可见光到紫外线 (较短波长)的观测,并防止衍射干扰,以充分利用空间环境。

由于反射镜要通过加热器保持在15 的温度,而这个温度会对红外观测造成很大干扰,HST的 红外观测性能不高

安装光学系统和仪器的望远镜主体也是一个重大的工程挑战。它必须能够承受太阳直射到黑暗的地球阴影中的 频繁转换 ,由此会带来很大的 温度变化 。而且望远镜还必须 足够稳定 ,使其能够极其精确地进行指向。

多层隔热罩和轻质铝外壳使望远镜内的 温度保持稳定 ,探测仪器能够在适宜的环境工作。

在外壳内, 石墨环氧框架 使望远镜的各动部件牢固对齐。由于石墨复合材料具有吸湿性,在测试中发现,桁架吸收的水蒸气有可能在真空环境下释放出来,导致望远镜的仪器结冰。因此,在将望远镜发射到太空之前须利 用氮气进行净化 ,消除水汽。

望远镜本身的制造则由于 预算问题 使进度延误。

望远镜安装的5个主要仪器覆盖范围为 电磁光谱的紫外线、可见光和部分近红外区域

HST在地球大气畸变之外的轨道运行,能够在比地面望远镜低得多的背景光下拍摄 极高分辨率 的图像。 大口径望远镜 优良的观测环境 ,使它能够观测记录到最详细的可见光图像。

这5个仪器分别是: 广角行星照相机 暗弱天体照相机 暗弱天体摄谱仪 戈达德高分辨率摄谱仪 高速光度计

望远镜上还装有 精确制导敏感器 ,它可测出HST到目标天体的距离,测量精度是地面望远镜的 10倍

HST的观测能力大大超过了地面所有光学望远镜和已有的天基望远镜,估计能观测到27星等的恒星,比地面上5米口径望远镜观察到的星光暗50倍。

可以这样形象地比喻其分辨率之高:相当于从华盛顿看到15万千米外悉尼的1只萤火虫发出的光亮,或从地球上看到月球上1支手电筒发出的光。

它观测的距离可达140亿光年,几乎可以 看到宇宙诞生时的景象 。基于这些突出的优点,全世界的科学家都对HST寄予很大希望。

HST的发射与初期应用

1990年4月24日 ,航天飞机发现号在执行STS-31飞行任务时,将HST成功送入地球轨道。

它的轨道高度为5370 5409千米的近圆近地轨道,轨道倾角2847 ,运行周期9542分钟。

在HST发射时,美国宇航局在该项目上花费了大约47亿美元。如按2015年美元计算,累计成本估计约为 113亿美元 ,其中包括所有后续维护与维修成本。这使其成为 美国宇航局 历史 上最昂贵的单一科学任务

HST入轨后,地面观测和监视人员对它进行了 校准工作 ,在此过程中发现了问题。

6月14日,技术人员为了使HST的聚焦达到最佳状态,发出指令调整望远镜的副镜,但始终无法使聚焦达到最佳。

此后的两个星期内,技术人员全面检查HST的聚焦功能,发现主镜和副镜中可能有一个镜片存在着 球面像差 的质量问题。经过分析认为,这个故障是由于主镜在加工时边缘部分被多磨去了0002毫米,从而出现球面像差造成。

另外,望远镜上的太阳电池板金属支架也因反复进出地球阴影导致热胀冷缩而发生 周期震动 ;用于保持望远镜精确定向的6台陀螺仪传感器有3个 发生故障 ;望远镜上主计算机的6个存贮器有1个 失效 ,另1个部分失效。

主镜加工存在问题几乎是一个不可原谅的过失,此后两年多时间,宇航局一直在想办法修复HST存在的故障,并且千方百计利用它进行一些力所能及的观测活动。

尽管如此,HST投入天文观测后仍获得了一些重大发现。

它的最初目的是通过对中子星、脉冲星、类星体和黑洞的观测,深入研究宇宙的 起源、结构、组成和演化 等难题。

1991年,HST成功地观测到距离地球17万光年的大麦哲伦星云旗鱼座的第三个 轮形星云 ;拍摄了 超新星1987A 的清晰照片;重新量度了 大麦哲伦星云的距离 为169000 5%光年,精确度较以往大幅提高。

1992年初,美国天文学家托德·劳尔在亚特兰大的一次会议上根据HST发回的资料,公布了一项十分惊人的大发现:首次在银河系临近M87的星系中央, 确认存在一个巨大的黑洞 ,这是证明黑洞存在的 最直接证据

1992年4月,HST发现了一颗 最亮的恒星 ,其温度比太阳高33倍。1992年5月,它发现宇宙中最古老的星系有 新星形成

HST的五次维修

为使HST“看得更清”,宇航局制定了详细的 修复方案 ,设计了专用工具,宇航员也进行了地面模拟维修训练。

1993年12月2日,奋进号航天飞机肩负着修复HST的重任发射升空,7名经验丰富的宇航员随机带去了280多件专门设计的工具。

1993年12月4日,宇航员 *** 纵15米长的机械臂捕获了HST,并将其放入载荷舱内。

12月5 9日,宇航员外分两组出舱活动,对望远镜进行修复。他们完成的 主要工作 有:更换了3台速率陀螺仪,安装了陀螺仪电子控制装置和8个保险丝,拆除两块太阳电池板并更换了新的太阳电池板;更换了望远镜上的宽视场行星相机;更换了两台磁场计。

其中12月8日的修理工作最为关键。宇航员为哈勃望远镜安装了球面象差光学校正系统—— 太空望远镜光学矫正替换箱 ,它内部装有5个钱币大小的透镜,用于矫正望远镜的视线,使其精确聚焦。

9日,将新安装的太阳电池板展开,更换了电池板的电子装置。10日,宇航员用机械臂将修理一新的望远镜送回轨道,还将望远镜的轨道提高了几千米,至此修复工作全部完成。

12月13日,宇航员乘航天飞机返回地面。

修复后HST取得了明显的效果,甚至“超过了预期的目标”,包括了几方面的重大改进:清晰度 提高了50% 、可看到 更暗的天体 、可显示 更大的明暗对比 、科学家可对拍摄到的图像进行 定量分析

宇航局曾公布了两张HST拍摄的距地球5000万光年的M-100星系的照片,一张是1993年11月27日未修复时拍摄的,一张是12月31日修复后拍摄的, 清晰度和分辨率 大为提高。

这次修复工作耗资惊人,估计费用达629亿美元,其中更换部件及有关活动的费用251亿美元;航天飞机飞行费378亿美元。

从完成任务之重要和难度之大两方面看,这次HST的修理工作是自阿波罗计划以来, 最复杂、最困难 的航天活动。

1997年2月11 21日,航天飞机发现号在执行STS-82任务时,宇航员对HST进行了第二次维修。

此次维修利用机械手臂把HST捕获后,停放在被之为飞行支持系统的 *** 作平台上,使发现号和HST之间建立一个脐带式连接方式,以便为望远镜提供电力和数据服务。

第一次出舱活动 ,宇航员把戈达德高分辨率光谱仪和微弱目标光谱仪拆下放入轨道器的有效载荷舱内,然后把扫描分光仪、近红外照相机及多目标分光仪安装在HST上。接着,地面控制人员发送指令要求检查上述设备的状况。

第二次出舱活动 ,宇航员用升级的备份传感器更换了退化的精密导航传感器,更换了一个数据记录器,安装了一个优化控制的电子增强型工具来提高精密导航传感器的性能。然后宇航员和地面控制人员对HST隔热层的几个被损坏的部分进行评价测定。地面控制人员和宇航员对破损的严重程度以及可能的维修方式进行了估价。

第三次出舱活动 ,宇航员拆卸并更换了一个数据接口单元,用一台新式的固态记录器取代了老式的转轮记录器,以便以数字方式存储数据,并且可以同步记录和回访数据。在此期间,发现号轨控推力器重新点火,以稍微提高HST的运行轨道。然后宇航员更换了望远镜上的一个反作用轮装置。

第四次出舱活动 ,宇航员更换了一个太阳能电池驱动的电子仪器盒,安放在HST的磁力计(用于确定HST在地磁场中的位置)上方。宇航员还维修了破损的隔热层,在两处破损的隔热层上放置了由多层隔热材料组成绝热层。

第五次出舱活动 主要是维修破损的绝热层,在三处破损的绝热层上加绝热材料。

至此,HST的第二次维修工作结束。宇航员利用轨道器的机械臂,把HST移动到轨道器的有效载荷舱外。在HST和机械臂仍连在一起时,地面控制人员发送指令,要求打开望远镜的快门。最后,HST释放到一个 较高的运行轨道 上。

1999年12月19~27日,航天飞机发现号执行STS-103飞行任务时完成第三次维修,此次维修规模较小。

宇航员在 三次舱外活动 期间,为HST安装了3个用来瞄准星体的导航传感器、1个新的无线电收发机、1个数据记录器和1个用来保护免受太阳热力伤害的护罩。

宇航员还在舱外为望远镜更换了所有6个陀螺仪,安装了1台486计算机,新系统的速度快了20倍,贮存器增加6倍,可大大提高HST 追踪移动目标 的能力和瞄准能力。

第四次维修是在2002年3月1~12日,由哥伦比亚号航天飞机在执行STS-109飞行任务时完成。

宇航员在3月4日进行 第一次舱外活动 ,更换了HST上的一块太阳能电池板。受温度极端变化和太空辐射的影响,原有太阳能电池板的供电效率下降了近40%,而且还出现了一些结构和电路方面的问题。新安装的太阳能电池板长7米,宽约27米,尺寸只有原来的三分之二,但产生的电能却多出20%以上,而且在飞行中所受的阻力相对较小,可以减少对望远镜运行轨道高度的影响。

3月6日,宇航员在 第二次舱外活动 期间,为HST更换了一个新的电源控制设备,并为望远镜装上了一个新的观测仪——先进测绘照相机,换下了原有的暗弱天体照相机。先进测绘照相机可使哈勃望远镜看得更深、更远、更清晰,其天文观测能力预计将提高10倍以上。

而随着暗弱天体照相机的拆除,HST原有的观测仪器已被 全部更换

3月8日,宇航员进行最后一次太空行走,此次为望远镜安装了一套新的冷却系统,使一架失灵的近红外照相机和多目标分光计能重新投入工作。

测试表明,HST新换的所有设备都“运行良好”,维修后望远镜的 观测能力上升了一个数量级

宇航局原计划在2005年2月为HST提供第五次维修,但2003年的哥伦比亚号航天飞机事故对宇航局维修计划和其他任务产生了很大影响。

之后经过多次讨论,最终决定由亚特兰蒂斯号航天飞机在2008年10月完成为期11天的维修任务。但由于种种原因,维修任务又推迟到下一年度。

2009年5月11~24日,航天飞机亚特兰蒂斯号执行STS-125任务,对HST进行了第五次维修。

此次维修,宇航员共进行了 5次舱外活动 ,安装了一个航天器捕捉装置,以便在望远镜寿命结束时脱离轨道。

宇航员还更换了科学仪器管理设备和数据处理单元;安装了新的观测仪器——宽视角摄像机3(WFC3)和宇宙起源频谱仪(COS);维修了高级巡天相机(ACS)和成像光谱仪(STIS);安装了改进的镍氢电池;更换了包括所有六个陀螺仪在内的其他部件。

除了无法维修已经失效的高级巡天相机的高分辨率通道,第五次维修任务期间完成所有工作, 使HST功能全面恢复

由于结构限制,除光学望远镜外,HST可容纳5台科学仪器和精密制导传感器。这些传感器主要用于望远镜精确对准,偶尔也用于天体科学测量。

在航天飞机五次维修任务中,早期安装的5台仪器已经 完全被更先进的仪器所取代

在2009年维修任务后,5台科学仪器分别是 高级巡天相机 (ACS)、 宽视角相机3 (WFC3)、 宇宙起源频谱仪 (COS)、 成像光谱仪 (STIS)和 近红外相机及多目标分光计 (NICMOS)。这些更换后的仪器表明,HST以后的任务更加重视 宇宙起源、早期星系形成与演化 方面的 探索 与研究。


这个具体要看对线期还是后期了,说实话蛮王这英雄真的就是受到武器大师的天克,前期还好一点,后期你是真心打不过。本人是一名蛮王的死忠粉,从S3接触这个游戏就一直使用蛮王上分,但是不得不承认的是武器大师在后期是真的凶。要说蛮王后期打武器除非有一个大件的优势,不然一定打不过,下面我说一下蛮王对线期打武器的一些技巧和经验吧。

召唤师技能还是一样选择疾跑加点火,毕竟后期的蛮王实在太依赖疾跑了。符文里一定要选择强攻,不要选择致命节奏或者是征服者,前期的战斗力严重不足。强攻才是最好的选择。一级点E上线后A兵攒怒气,武器应该也会A兵攒出他的被动层数,如果武器来找我们刚就原地站撸,对方开E你就往回撤,如果不用E也不会被控到那么对方E结束后直接E回去开打,武器没E没被动随便碾压。

其次武器三级的时候会攒出被动后利用Q技能跳脸上跟你刚,这时候不要怕,对方Q过来你就A,对方开E你就走甚至你可以朝着武器防御塔的方向E等着他E结束后再叫鸡找他刚。武器前期没有攻速装备和E技能的加持站撸许多英雄都可以碾压他,蛮王更是不怕,如果出暴击可能一血就出来了。

六级后武器的换血方式还是很难处理的,许多新手蛮王就卡在六级不知道该怎么打了,因为六级后武器会利用普攻两次攒出大招的被动Q上来打你一拳后再开W给一拳开E走,耗血非常恶心,我给的应对办法就是对方Q过来你就A,对方开E你就开疾跑扭一下,对方后撤就叫鸡,对方闪现你就跟E基本上可以拿下人头。

1铂的含量是不同的。Pt999的铂金含量为999‰,所以也被称为千足铂金,是铂金含量最高最纯净的。所以也很软,不容易被当做禁欲支架。pt950的含量不低于950‰。
2制造出来的首饰上的标识不一样,pt999铂金首饰的标识是“千足铂金”或“pt999”;Pt950是“白金950”或“Pt950”的标志。
3主要用途不同。pt999太纯了,所以很软。它不适合用作环固定器。只用于铂金首饰,如项链、戒指;而pt950因为含有较多的贵金属,所以比较坚硬,所以常被用作戒指托,镶嵌其他珠宝,如钻石、玛瑙、翡翠等。
尊严的象征
铂金极其稀有,通常被视为高贵的象征。xyk、借记卡和部分会员卡的白金卡服务水平普遍高于金卡。对于唱片来说,“白金奖”是第二高的荣誉,低于钻石,高于金、银、铜。
比如在美国,销量超过一百万张的唱片会被称为“白金唱片”,销量超过一千万张的唱片会被称为“钻石唱片”。其他商品如果表面是银白色的,也会被称为“白金”。伊丽莎白女王的皇冠是专门为乔治六世加冕而制作的,它的框架是由铂金制成的。这是第一个使用铂金的英国皇冠。
铂金PT950和铂金PT999哪个好,一克318贵吗
还有PT990。PT999是一千英尺白金。保值的时候和PT990,PT950,PT999差不多。因为铂金比较软,市面上很少用999。价格只有大概。不一定权威。。90的350元/克,990的400元/克,999的430元/克,去店里买。国内买的铂金戒指一般内圈都有PT的字样,你可以放心。PT950受欢迎。。这么说吧。。

哈勃空间望远镜的历史可以追溯至1946年天文学家莱曼·斯皮策(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05-10弧秒,相较下,只要口径25米的望远镜就能达到理论上衍射的极限值01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。

斯皮策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,斯皮策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]

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]

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

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,还要极端地稳定并能长时间的将望远镜精确地对准目标。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。

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 *** 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48千米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 *** 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。

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是由欧洲空间局制造,FOS则由马丁·玛丽埃塔公司制造。

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00003弧秒。

在望远镜发射数星期之后,传回来的显示在光学系统上有严重的问题。虽然,第一张图像看起来比地基望远镜的明锐,但望远镜显然没有达到最佳的聚焦状态,获得的最佳图像品质也远低于当初的期望。点源的影像被扩散成超过一弧秒半径的圆,而不是在设计准则中的标准:集中在直径01 弧秒之内,有同心圆的点弥漫函数图像[10]。

对图样缺陷的分析显示,问题的根源在主镜的形状被磨错了。镜面边缘太平了一些,与需要的位置差了约22微米,但这个差别造成的是灾难性的、严重的球面像差。来自镜面边缘的反射光,不能聚集在与中央的反射光相同的焦点上。

镜子的瑕疵造成的作用是在科学观察的核心观测上,核心像差的PSF要足够的明锐到足以进行高解析的分辨,但对明亮的天体和光谱分析是不受影响的。虽然,在外围损失大片的光因为不能汇聚在焦点上而造成晕像,严重的减损了望远镜观察暗天体或高反差影像的能力。这意味着几乎所有对宇宙学的研究计划都不能执行,因为它们都是非常暗弱的观测对象。美国国家航空航天局和哈勃空间望远镜成为许多笑话的箭靶,并且被认为是大白象(花费大而无用的东西)。

从点源的图像往回追溯,天文学家确定镜面的圆锥常数是−101324,而不是原先期望的− 100230。[11]通过分析珀金埃尔默的零校正器(精确测量抛光曲面的仪器)和分析在地面测试镜子的干涉图影像,也获得了相同的数值。

由喷射推进实验室主任,亚伦领导的委员会,确定了错误是如何发生的。亚伦委员会发现珀金埃尔默使用的零校正器在装配上发生了错误,它的向场透镜位置偏差了 13 毫米[12]。

在抛光镜子的期间,珀金埃尔默使用另外二架零校正器,两者都(正确的)显示镜子有球面像差。这些测试都是为确实消除球面像差而设计的,不顾品管文件的指导,公司认为这二架零校正器的精确度不如主要的设备,而忽略了测试的结果。

委员会指出失败的主因是珀金埃尔默。由于进度表频繁更动造成的损耗和望远镜制造费用的超支,造成了在美国航空暨太空总署和光学公司之间的关系极度的紧张。美国航空暨太空总署发现珀金埃尔默并不认为镜子的制做在他们的业务中是关键性的困难工作,而美国航空暨太空总署也未能在抛光之前善尽本身的职责。在委员会沉痛的批评珀金埃尔默在管理上的不当与缺失的同时,美国航空暨太空总署也被非议未善尽品管的责任,与不该只依赖唯一一架仪器的测试结果。

在望远镜的设计中原本就规画了维修的任务,所以天文学家立刻就开始寻找可以在1993年,预定进行第一次维修任务时解决问题的方案。让柯达再为哈勃制作备用镜在轨道上进行更换太昂贵且耗费时间,临时将望远镜带回地面上修理也不可能。相反,镜片错误的形状已经被精确的测量出来,因此可以设计一个有相同的球面像差,但功效相反的光学系统来抵消错误。也就是在第一次的维修任务中为哈勃配上一副能改正球面像差的眼镜。

由于原本仪器的设计方式,必须要两套不同的校正仪器。广域和行星照相机的设计包括转动的镜片和直接进入两架照相机的8片独立CCD芯片的光线,可以用一个反球面像差的镜片完全的消除掉它们表面上的主要变形。[14]修正镜被固定在替换的第二代广域和行星照相机内(由于进度和预算的压力,只修正4片CCD而不是8片)。但是,其他的仪器就缺乏任何可以安置的中间表面,因此必须要一个外加的修正装置。

设计用来改正球面像差的仪器称为"空间望远镜光轴补偿校正光学(COSTAR)",基本上包含两个在光路上的镜子,其中一个将球面像差校正过来,光线被聚焦给暗天体照相机、暗天体光谱仪和高达德高解析摄谱仪。[15]为了提供COSTAR在望远镜内所需要的位置,必须移除其中一件仪器,天文学家的选择是牺牲高速光度计。

在哈勃任务的前三年期间,在光学系统被修正到合适之前,望远镜依然执行了大量的观测。光谱的观测未受到球面像差的影响,但是许多暗弱天体的观测因为望远镜的表现不佳而被取消或延后。尽管受到了挫折,乐观的天文学家在这三年内熟练的运用影像处理技术,例如反折绩(影像重叠)得到许多科学上的进展。

在设计上,哈勃空间望远镜必须定期的进行维护,但是在镜子的问题明朗化之后,第一次的维护就变得非常重要,因为太空人必须全面性的进行望远镜光学系统安装和校正的工作。被选择执行任务的七位太空人,接受近百种被专门设计的工具使用的密集训练。由奋进号在1993年12月的STS-61航次中,于10天之中重新安装了几件仪器和其他的设备。

最重要的是以COSTAR修正光学组件取代了高速光度计,和广域和行星照相机由第二代广域和行星照相机与内部的光学更新系统取代。另外,太阳能板和驱动的电子设备、四个用于望远镜定位的陀螺仪、二个控制盘、二个磁力计和其他的电子组件也被更换。望远镜上携带的计算机也被更新升级,由于高层稀薄的大气仍有阻力,在三年内逐渐衰减的轨道也被提高了。

1994年1月13日,美国国家航空航天局宣布任务获得完全的成功,并显示出许多新的 [16]。这次承担的任务非常复杂,共进行了五次航天飞机船舱外的活动,它的回响除了对美国国家航空航天局给予极高的评价外,也带给天文学家一架可以充分胜任太空任务的望远镜。

后续的维修任务没有如此的戏剧化,但每一次都给哈勃空间望远镜带来了新的能力。

勃帮助解决了一些长期困扰天文学家的问题,而且导出了新的整体理论来解释这些结果。哈勃的众多主要任务之一是要比以前更准确的的测量出造父变星的距离,这可以让我们更加准确的定出哈勃常数的数值范围,这样才能对宇宙的扩张速率和年龄有更正确的认知。在哈勃升空之前,哈勃常数在统计上的误差估计是50%,但在哈勃重新测量出室女座星系团和其他遥远星系团内的造父变星距离后,提供的测量值准确率可以在10%之内。这与哈勃发射之后以其他更可靠的技术测量出来的结果是一致的。[21]

哈勃也被用来改善宇宙年龄的估计,宇宙的未来也是被质疑的问题之一。来自高红移超新星搜寻小组和超新星宇宙论计划的天文学家使用望远镜观察遥远距离外的超新星,发现宇宙的膨胀也许实际上是在加速中。这个加速已经被哈勃和其他地基望远镜的观测证实,但加速的原因目前还很难以理解。经由哈勃空间望远镜的观测资料,宇宙的年龄是137亿年。[22]

由哈勃提供的高解析光谱和影像很明确的证实了盛行的黑洞存在于星系核中的学说。在60年代初期,黑洞将在某些星系的核心被发现还只是一种假说,在80年代才鉴定出一些星系核心可能是黑洞候选者的工作,哈勃的工作却使得星系的核心是黑洞成为一种普遍和共同的认知。哈勃的计划在未来将着重于星系核心黑洞质量和星系本质的紧密关联上,哈勃对星系中黑洞的研究将在星系的发展和中心黑洞的关连上产生深刻与长远的影响。

休梅克-李维9号彗星在1994年撞击木星对天文学家是一件很意外的事,幸运的是这次撞击发生在哈勃完成第一次维护修好光学系统之后的几个月。因此,哈勃所获得的影像是自从1979年航海家二号飞掠木星之后最为清晰的影像,并且很幸运的对估计数个世纪才会发生一次的彗星碰撞木星的动力学事件,提供了关键性的学习机会。它也被用来研究太阳系外围的天体,包括矮行星冥王星和阋神星。


欢迎分享,转载请注明来源:内存溢出

原文地址: http://outofmemory.cn/zz/10734933.html

(0)
打赏 微信扫一扫 微信扫一扫 支付宝扫一扫 支付宝扫一扫
上一篇 2023-05-10
下一篇 2023-05-10

发表评论

登录后才能评论

评论列表(0条)

保存