哈勃望远镜的工作原理

你有没有盯着夜空，想知道宇宙近在咫尺?我们大多数人都被迫看星星只用我们的眼睛，寻找在茫茫黑夜光抽血。即使你很幸运能够使用地面望远镜，它的清晰度取决于大气因素，如云和天气，它仍然不能提供这些令人惊叹的天体应得的那种清晰度。

哈勃望远镜的工作原理

1946年，一位名叫Lyman Spitzer Jr.的天体物理学家提出，太空中的望远镜可以显示远比任何地面望远镜更清晰的遥远物体图像。这听起来合乎逻辑，对吧?但这是一个令人发指的想法，因为没有人甚至已经向外太空发射了火箭。

随着美国太空计划在20世纪60年代和70年代成熟，斯皮策游说美国宇航局和国会开发太空望远镜。1975年，欧洲航天局(ESA)和美国宇航局开始起草它的初步计划，并在1977年，国会批准了必要的资金。美国国家航空航天局命名为洛克希德导弹(现为洛克希德马丁公司)作为承包商，将建造望远镜及其支撑系统，以及组装和测试它。

着名的望远镜以美国天文学家埃德温·哈勃(Edwin Hubble)的名字命名，他对遥远星系中变星的观测证实宇宙正在扩张，并支持宇宙大爆炸理论。经过1986年挑战者灾难的长时间拖延，哈勃太空望远镜于1990年4月24日射入轨道，搭载探索号航天飞机。自推出以来，哈勃望远镜重新塑造了我们对太空的看法，科学家根据望远镜对宇宙时代，巨大黑洞或死亡阵痛中的星星形状等重要事物的清晰发现撰写了数千篇论文。在本文中，我们将讨论哈勃如何记录外太空以及允许它这样做的工具。我们还将讨论古老的望远镜/宇宙飞船在此过程中遇到的一些问题。

COSTAR拯救了这一天。

飞行前检查哈勃太空望远镜的主镜。天文学家在1990年部署后几乎立即发现了他们心爱的15亿美元，43.5英尺(13.3米)望远镜的问题。他们在天空中的新拖拉机拖车大小的眼睛无法正确聚焦。他们意识到望远镜的主镜被磨成了错误的尺寸。虽然镜子中的缺陷 - 大致相当于人类头发厚度的五十分之一 - 对于我们大多数人来说似乎是微不足道的，但它导致哈勃太空望远镜遭受球面像差并产生模糊图像。当然，天文学家并没有花费数年时间在望远镜上工作，只是对外层空间不起眼的快照感到满意。

科学家们想出了一种名为COSTAR(矫正光学空间望远镜轴向置换)的替代“接触”镜片来修复HST中的缺陷。COSTAR有几个小镜子组成，这些镜子可以拦截来自有缺陷的镜子的光束，修复缺陷并将校正的光束传递到镜子焦点处的科学仪器上。美国宇航局的 宇航员和工作人员花了11个月的时间为这场有史以来最具挑战性的太空任务做准备。最后，在1993年12月，奋进号航天飞机上的七名男子闯入太空，为HST的第一次服务任务。

机组人员需要一周的时间进行所有必要的维修，并且在维修任务完成后对望远镜进行测试后，图像得到了极大的改进。今天，放置在HST中的所有仪器都有内置的校正光学器件用于镜子的缺陷，不再需要COSTAR。不过，哈勃比COSTAR还要多，接下来我们将讨论其中的一些关键部分。

HST的剖析

哈勃太空望远镜在轨道上像任何望远镜一样，HST有一个长管，一端开口让光线通过。它有镜子收集并将光线带到其“眼睛”所在的焦点。该HST各种仪器仪表的形式有几种类型的“眼睛”。正如昆虫可以看到紫外线或我们人类可以看到可见光一样，哈勃也必须能够看到从天空下来的各种类型的光线。

具体来说，哈勃是卡塞格林反射望远镜。这只意味着光线通过开口进入设备，并从主镜反射到次镜。次镜反过来将光通过主镜中心的孔反射到主镜后面的焦点。如果你绘制了入射光的路径，它会想要字母“W”，除了有三个向下的驼峰而不是两个。

在焦点处，较小的半反射半透明反射镜将入射光分布到各种科学仪器上。(我们将在下一节中详细讨论这些乐器。)正如您可能已经猜到的那样，这些不仅仅是普通的镜子，您可能会注视欣赏您的反思。HST的镜子由玻璃制成，涂有纯铝(百万分之三英寸厚)和氟化镁(百万分之一英寸厚)，使它们反射可见光，红外线和紫外线。主镜的直径为7.9英尺(2.4米)，次镜的直径为1.0英尺(0.3米)。接下来我们将讨论哈勃望远镜撞到望远镜镜子后所做的一切。

哈勃望远镜的科学仪器：WFPC2，NICMOS和STIS

通过查看不同的波长，或光谱的光，一个天体，就可以看出它的许多特性。为此，HST配备了多种科学仪器。每种仪器都是用电荷耦合器件(CCD)而不是摄影胶片来捕捉光线。CCD检测到的光被转换成数字信号，存储在车载计算机上并传送到地球。然后将数字数据转换成令人惊叹的照片。让我们看看每种乐器如何为这些图像做出贡献。

在广域和行星照相机2(WFPC2)是哈勃的主要“眼睛”，或相机。它借助四个以“L”形排列的CCD芯片来捕捉光线 - 三个低分辨率，宽视场CCD芯片，以及一个高分辨率行星相机CCD芯片。所有四个芯片同时暴露于目标，并且目标图像以期望的CCD芯片为中心。这只眼睛可以看到可见光和紫外光，并可以通过各种滤镜拍摄图像，制作自然色彩的照片，例如鹰星云这个众所周知的图像。

通常，星际气体和尘埃会阻挡我们对来自各种天体的可见光的视觉。没问题：哈勃可以看到隐藏在灰尘和气体中的物体的红外线或热量。为了看到这种红外线，HST有三个敏感的摄像头组成近红外摄像机和多物体光谱仪。

除了照亮天体之外，从该物体发出的光也可以揭示它是由什么组成的。特定的颜色告诉我们存在哪些元素，每种颜色的强度告诉我们存在多少元素。在太空望远镜成像光谱仪(STIS)分离的光的颜色的传入多棱镜使一个彩虹。除了描述化学成分外，光谱还可以传达天体的温度，密度和运动。如果物体在移动，化学指纹可能会移向光谱的蓝色端(向我们移动)或红色端(离开我们)。不幸的是，STIS在2004年失去了力量，此后一直处于不活跃状态。继续阅读以了解哈勃有什么其他科学仪器的伸缩套筒。

免责声明：以上内容源自网络，版权归原作者所有，如有侵犯您的原创版权请告知，我们将尽快删除相关内容。