Alheimurinn
Hubble geimsjónaukinn

Hubble geimsjónaukinn

  • Hubble, geimsjónauki, Hubblessjónaukinn
    Hubble geimsjónauki NASA og ESA

Þann 24. apríl 1990 hóf geimferjan Discovery sig á loft frá Canaveralhöfða í Flórída. Um borð í geimferjunni var Hubblesjónaukinn sem er eitt frægasta vísindatæki sem smíðað hefur verið. Sjónaukinn er samstarfsverkefni geimferðastofnunar Bandaríkjanna (NASA) og geimferðastofnunar Evrópu (ESA). Þótt Bandaríkjamenn hafa borið hitann og þungann af kostnaðinum hafa Evrópumenn lagt sitt af mörkum til að mynda við smíði mælitækja í sjónaukann. Segja má að Hubblesjónaukinn sé fyrirtaks dæmi um hvað alþjóðlegt samstarf vísindamanna getur fengið miklu áorkað til heilla fyrir allt mannkynið.

Helstu upplýsingar
Stofnanir: NASA og ESA
Skotið á loft:
24. apríl 1990
Eldflaug:
Geimferjan Discovery (STS-31)
Kenndur við:
Edwin Hubble
Massi:
11.100 kg (11,1 tonn)
Hæð yfir jörðinni:
568 km
Umferðartími: 96 mínútur
Brautarhraði:
7,5 m/s
Sjónaukategund:
Ritchey-Chrétien
Bylgjulengdir:
Sýnilegt, útfjólublátt, nær-innrautt
Þvermál safnspegils:
2,4 metrar
Vefsíða:
Spacetelescope.org
Hubblesite.org

Saga Hubblesjónaukans er í senn saga glæstra sigra og mikilla vonbrigða. Skömmu eftir að Hubblesjónaukinn fór út í geim kom í ljós að spegillinn í botni var ekki rétt slípaður sem þýddi að myndirnar frá honum voru óskýrar. Þrjú ár liðu þangað til geimfarar heimsóttu sjónaukann í fyrsta sinn og komu fyrir leiðréttingarbúnaði sem leysti vandamálið. Eftir þetta hafa geimfarar farið í fjóra viðhaldsleiðangra til Hubblesjónaukans og var haldið í síðasta viðhaldsleiðangurinn í maí 2009. Þá voru tvö ný mælitæki sett um borð í sjónaukann og gert við ýmiss konar búnað í sjónaukanum. Geimfararnir komu einnig fyrir búnaði sem mun geta stýrt sjónaukanum á hættulausan stað í úthöfunum þegar hann hefur runnið sitt skeið á enda í kringum árið 2014. Arftaki Hubblesjónaukans er í smíðum en hann nefnist James Webb geimsjónaukinn. Ef allt gengur að óskum mun hann verða sendur út í geim um svipað leyti og Hubble gefur upp öndina.

Hubblesjónaukinn skipar veglegan sess í huga stjörnufræðinga og áhugamanna um himingeiminn. Hann hefur gert stjörnufræðingum kleyft að rannsaka fjölmargt sem ekki hefur verið mögulegt að skoða í öðrum sjónaukum. Mikilvægi Hubblesjónaukans liggur ekki síður í því hvað hann hefur auðveldað kynningu á stjörnufræði. Myndir frá honum af stjörnuþokum, fjarlægum vetrarbrautum, hnöttum sólkerfisins og alls konar fyrirbærum hafa átt mikinn þátt í stórauknum áhuga almennings á himingeimnum.

1. Arnarsjón skýjum ofar

Hubblesjónaukinn er staðsettur í tæplega 600 km hæð í ystu loftlögum jarðarinnar þar sem lofthjúpurinn er svo þunnur að það hefur engin áhrif á útsýni út í himingeiminn. Hubble er spegilsjónauki og er þannig uppbyggður að ljós sem berst inn í sjónaukann fellur á aðalspegilinn innarlega í sjónaukanum og berst þaðan á svonefndan aukaspegil. Frá aukaspeglinum fara ljósgeislarnir í gegnum gat á aðalspeglinum inn í það mælitæki (myndavél eða litrófsrita) sem er í notkun hverju sinni.

ljósgeisli, ljósferill, Hubblessjónaukinn
Leið ljósgeisla frá fjarlægum fyrirbærum í gegnum Hubblesjónaukans. Fyrst lenda geislarnir á aðalspeglinum en stærð hans (2,4 m þvermál) ræður því hvað Hubble getur „veitt“ mikið ljós. Aðalspegillinn beinir ljósinu að aukaspeglinum sem varpar því í gegnum gat í miðjum aðalspeglinum til mælitækjanna (myndavéla og litrófsrita). Það ræðst af því hvað er verið að rannsaka hvaða mælitæki vísindamennirnir nota í hverju tilfelli. Brennipunkturinn er sá staður í sjónaukanum þar sem geislarnir mynda skýra mynd (koma í fókus). Hubblesjónaukinn er fjarstýrður svo allt gerist þetta án þess að mannshöndin komi nærri í um 600 km hæð yfir jörðu. Mynd: NASA og Stjörnufræðivefurinn
Hubble, Subaru, sjónaukar,
Myndir af fjarlægum vetrarbrautum sem teknar voru með mjög fullkomnum sjónauka á jörðu niðri, japanska Subarusjónaukanum, og Hubblesjónaukanum. Hér sést greinilega hvaða áhrif lofthjúpurinn hefur á sýn okkar til himins. Tölurnar tákna þvermál speglanna. Mynd: NASA, Mauro Giavalisco, Lexi Moustakas, Peter Capak, Len Cowie og GOODS hópurinn

Lofthjúpur jarðar er á stöðugri hreyfingu sem veldur því að ljósgeislar frá fjarlægum fyrirbærum komast yfirleitt ekki beinustu leið í gegnum lofthjúpinn. Stjörnurnar tindra á himninum og hreyfast til og frá á þeim stað þar sem þær eiga að vera. Þær mynda því pínulitla diska á myndum sem teknar eru á jörðu niðri. Þar sem Hubblesjónaukinn svífur um geiminn í næstum því lofttæmi er ekkert sem truflar sýn út í geim. Myndirnar frá honum eru því hnífskarpar. Munurinn sést greinilega á myndinni hér til hliðar þar sem sjóngæði Hubblesjónaukans eru borin saman við sjóngæði japanska Subarusjónaukans á Hawaii sem þykir mjög fullkominn.

Atóm og sameindir lofthjúpsins koma einnig í veg fyrir að geislun af ýmsum bylgjulengdum nái í gegnum hann. Lofthjúpurinn verndar lífverur fyrir skaðlegri geislun utan úr geimnum en kemur um leið í veg fyrir að stjörnufræðingar geti skoðað stóran hluta rafsegulrófsins sem innheldur bæði skaðlega geislun af stuttum bylgjulengdum og meinlausa langbylgjugeislun. Þar sem Hubblesjónaukinn er geimsjónauki þá nær lofthjúpur jarðar ekki að stöðva geislun sem berst til hans. Því nær Hubble að skoða útbláa stuttbylgjugeislun sem ósonlag lofthjúpsins stöðvar að mestu leyti. Mælitækin eru einnig næm á hluta af innrauða sviði rafsegulrófsins sem gróðurhúsalofttegundir (þar á meðal vatnsgufa) stöðva á leið sinni til jarðar. Svo má ekki gleyma því að Hubble er næmur á sýnilegt ljós líkt og augu okkar og dæmigerðir sjónaukar á jörðu niðri.

Hubblesjónaukinn er staðsettur efst í lofthjúpnum þar sem þéttleiki hans er einungis brotabrot af því sem við eigum að venjast við yfirborð jarðar. Ófyrirséðar sveiflur í þéttleika lofthjúpsins vegna breytileika í hitastigi og fleiri atriða valda breytingum á sporbaug hans umhverfis jörðina. Á sex vikna tímabili getur skekkjan numið allt að 4.000 km sem er um 1/10 af braut sjónaukans umhverfis jörðina. Athuganir eru því vanalega aðeins skipulagðar fáeina daga fram í tímann. Þetta þýðir að þótt tillögur að athugunum séu samþykktar af nefndinni sem sér um að úthluta tíma á sjónaukanum þá er erfitt að áætla hvenær sjónaukanum verður beint að fyrirbærinu sem er til skoðunar. Nýlega hafa birst vísindagreinar um þátt gróðurhúsaáhrifanna í breytingum efst í lofthjúpnum. Þótt hlýni í neðri lögum lofthjúpsins þá kólnar í efri lögunum. Þegar það gerist þá lækkar þéttleikinn í hitahvolfinu sem minnkar hamlandi áhrif lofthjúpsins á Hubblesjónaukinn og Alþjóðlegu geimstöðina.

Með tíð og tíma lækkar Hubble flugið á sporbraut sinni umhverfis jörðina. Þegar sjónaukinn var sendur á loft með geimferjunni Discovery árið 1990 var ætlunin að ein af geimferjunum mundi einnig ná í hann þegar hann yrði ónothæfur og koma með hann aftur til jarðar. Fimmti viðhaldsleiðangurinn til Hubble var hins vegar sá síðasti því til stendur að leggja á geimferjunni árið 2010 (grein skrifuð sumarið 2009). Verkfræðingar og vísindamenn hafa því upphugsað búnað til þess að auðvelda tengingu Hubblesjónaukans við geimför framtíðarinnar (mönnuð eða fjarstýrð). Mjúkgripsbúnaðurinn svonefndi (Soft Capture Mechanism-SCM) er málmhringur með tæplega tveggja metra þvermál sem smellt var undir botn sjónaukans í 5. viðhaldsleiðangrinum árið 2009. Þegar Hubble lýkur ævi sinni ætlar NASA að senda geimfar sem mun tengjast Hubble og stýra honum inn í lofthjúpinn þannig að hann rati rétta leið og skapi ekki hættu fyrir önnur geimför.

2. Hvar er Hubblessjónaukinn núna?

Hubble er á næstum því hringlaga braut umhverfis jörðina í um 570 km hæð. Sjónaukinn ferðast umhverfis jörðina á um það bil 28.000 kílómetra hraða á klukkustund og tekur hringferðin 96 mínútur en þar af er hann 48 mínútur í skugga jarðar. Það reynir á þol sjónaukans gagnvart hitasveiflum. Sjónaukinn er búinn rafhlöðum sem safna í sig orku yfir daghlið jarðarinnar en gefa frá sér orku þegar hann þeysist í gegnum náttmyrkrið. Braut Hubblesjónaukans er um 28,5 gráður á skjön við miðbaug. Það stemmir við þá staðreynd að hann var sendur á loft með Discovery geimferjunni frá Canaveralhöfða í Flórída sem er á 28,5° norðlægrar breiddar.

Hubblesjónaukinn sést ekki frá Íslandi en ef ferðast er sunnar á hnöttinn þá er hægt að sjá hann silast yfir himininn frá vestri til austurs eins og hvern annan gervihnött. Hægt er að afla sér upplýsinga um hvenær hann sést á vefsíðunni Heavens-above.com. Á vef Hubblesjónaukans er vefsíða þar sem hægt er að sjá hvar sjónaukinn er staddur á braut sinni í augnablikinu.

3. Helstu mælitæki

Hubble er búinn ýmsum tækjum sem gera stjarneðlisfræðingum kleift að taka myndir og afla sér upplýsinga um fyrirbærin sem verið er að skoða. Mælitækjunum má skipta í tvo flokka: myndavélar og litrófsrita. Þessar tvær gerðir bæta hvor aðra upp. Myndavélarnar taka hnífskarpar myndir af fyrirbærunum en litrófsritar skoða geislun frá þeim sem gefur upplýsingar um fjarlægð, efnasamsetningu, hraða miðað við jörðina og margt fleira.

Þar sem plássið fyrir mælitæki um borð í Hubble er takmarkað þá var gert ráð fyrir því við hönnun hans að gömlum mælitækjum yrði reglulega skipt út fyrir ný í viðhaldsleiðöngrunum. Tækninni fleygir stöðugt fram og myndavélarnar sem nú eru um borð í Hubble eru margfalt fullkomnari en upprunalegu myndavélarnar sem fóru með honum út í geim árið 1990. Sama má segja um litrófsritana sem hafa þróast mjög hratt síðustu áratugina. Eftir síðasta viðhaldsleiðangurinn í maí 2009 er fimm mælitæki að finna um borð í sjónaukanum:

  • Víðsviðsmyndavél 3 (Widefield Camera 3-WFC3) - Vinnur á breiðu sviði rafsegulrófsins (allt frá útfjólubláu ljósi yfir í nær-innrautt ljós). Dregur nafn sitt af því að hún getur tekið myndir í mikilli upplausn af stórum svæðum á himninum. Hún er bæði með meiri upplausn og víðara sjónsvið en forveri hennar sem nefndist víðsviðs-reikistjörnumyndavél 2.

    Víðsviðsmyndavél 3 er annað af tveimur nýjustu tækjunum um borð í Hubble. Hún var sett upp í 5. viðhaldsleiðangrinum árið 2009.

  • Litrófsriti fyrir heimsfræði (Cosmic Origins Spectrograph-COS) - Skoðar uppbyggingu alheimsins og þróun vetrarbrauta, stjarna og reikistjarna. Einnig á litrófsritinn að skoða myndun frumefna svo sem kolefnis sem er mikilvægt fyrir lífverur. Með því að skoða ólíkar bylgjulengdir í ljósi frá fjarlægu fyrirbæri má afla upplýsinga um hitastig þess, þéttleika, efnasamsetningu og hraða miðað við okkur.

    Litrófsriti fyrir heimsfræði er annað af tveimur nýjustu tækjunum um borð í Hubble. Hann var settur upp í 5. viðhaldsleiðangrinum árið 2009.

  • Þróuð myndavél fyrir mælingar (Advanced Camera for Surveys-ACS) - Dregur nafn sitt af því að hún getur tekið myndir í mikilli upplausn af stórum svæðum á himninum. Vinnur á breiðu sviði rafsegulrófsins (allt frá útfjólubláu ljósi yfir í nær-innrautt ljós). Hefur því nýst mjög vel, til að mynda við töku Hubble Ultra Deep Field veturinn 2003 til 2004.

    Þróaða víðsviðsmyndavélin var sett var upp í 4. viðhaldsleiðangrinum árið 2002. Hún bilaði fjórum árum síðar en geimförum tókst að gera við hana í 5. viðhaldsleiðangrinum árið 2009.

  • Myndlitrófsriti geimsjónaukans (Space Telescope Imaging Spectrograph-STIS) - Myndlitrófsritinn er einstakur að því leyti að hann sameinar litrófsrita og myndavél í einu tæki. Hann getur því bæði tekið myndir og aflað upplýsinga um fyrirbærin á myndinni svo sem hitastig, efnasamsetningu o.fl.

    Myndlitrófsriti geimsjónaukans var settur var upp í 2. viðhaldsleiðangrinum árið 1997. Hann bilaði árið 2004 en geimförum tókst að gera við hann í 5. viðhaldsleiðangrinum árið 2009.

  • Nær-innrauð myndavél og fjölgreina litrófsriti (Near Infrared Camera and Multi-Object Spectrometer-NICMOS) - Það mælitæki um borð sem gat skoðað lengstu bylgjulengdirnar. Gat því séð innrauða geislun sem berst í gegnum rykský sem stöðva sýnilegt ljós. Dæmi um gagnsemi tækisins voru athuganir á stjörnum í Vetrarbrautinni okkar. Við erum stödd inni í disknum og þegar við horfum í kringum okkur byrgja rykskýin í disknum okkur sýn. Myndavélin gat hins vegar skoðað innrauða geislun frá stjörnum sem berst í gegnum skýin. Tækið átti sinn þátt í gerð Hubble Ultra Deep Field ásamt þróuðu myndavélinni fyrir mælingar (ACS) veturinn 2003 til 2004.

    Nærinnrauða myndavélin var sett upp í 2. viðhaldsleiðangrinum árið 1997 en kælivökvinn sem heldur henni kaldri kláraðist 1999. Nauðsynlegt er að myndavélin sé vel kæld til þess að hún geti mælt innrauða geislun. Geimfarar settu upp rafdrifið kælikerfi í 4. viðhaldsleiðangrinum árið 2002. Nærinnrauða myndavélin bilaði aftur haustið 2008 og hefur ekki nýst til rannsókna eftir það. Víðsviðsmyndavél 3 getur unnið á svipuðum bylgjulengdum og tekur því að miklu leyti við hlutverki nærinnrauðu myndavélarinnar.

3.1. Eldri mælitæki

Meðal eldri tækja sem hafa verið fjarlægð úr sjónaukanum til þess að rýma fyrir nýjum er að minnsta kosti eitt sem á tvímælalaust heima í þessari samantekt:

  • Víðsviðs-reikistjörnumyndavél (Wide-Field Planetary Camera 2 - WFPC2) - Víðsviðs-reikistjörnumyndavélin er það tæki sem skilað hefur flestum Hubblemyndum og margar af frægustu myndunum voru teknar með henni. Myndirnar eru sérkennilegar í laginu því það er eins og það vanti hluta af myndinni í hægra horninu. Skýringin á þessu er að myndavélin er í raun samsett úr fjórum myndavélum. Upplausnin í hægra horninu er tvöfalt meiri en á öðrum hlutum myndarinnar en myndflagan samt jafnstór. Það þýðir að þessi hluti myndarinnar er helmingi minni bæði á breidd og hæð en hinir hlutarnir. Þetta er allt saman betur útskýrt í kafla um vinnslu mynda frá Hubblesjónaukanum.

    Víðsviðs-reikistjörnumyndavélin vann á breiðu sviði rafsegulrófsins (allt frá útfjólubláu ljósi yfir í nær-innrautt ljós) og innihélt 48 ljóssíur. Dæmi um gagnsemi þeirra er til dæmis við samanburð á ólíkum svæðum í vetrarbrautum. Heitar stjörnur senda frá sér mikið af ljósi á útbláa sviðinu. Með því að taka mynd í gegnum útbláa síu má sjá hvaða svæði innihalda heitar og nýmyndaðar stjörnur. Þannig má á einfaldan hátt sjá hvar stjörnur eru að myndast í útjaðri þyrilvetrarbrauta (Vetrarbrautin okkar er dæmi um þyrilvetrarbraut).

    Víðsviðs-reikistjörnumyndavél 2 var sett upp í 1. viðhaldsleiðangrinum árið 1993 en var skipt út fyrir víðsviðsmyndavél 3 í 5. viðhaldsleiðangrinum árið 2009.

4. Myndir frá Hubblessjónaukanum



Á þessari síðu er víða vísað til „vefsíðu Hubblesjónaukans“. Þar er í raun ekki um eitt vefsvæði að ræða heldur tvö aðskilin vefsvæði sem bæði eru helguð Hubblesjónaukanum. Annað er undir Bandarísku geimferðastofnuninni (NASA) en hitt undir Evrópsku geimferðastofnununinni (ESA).

Tengt efni

Heimildir

  1. Solid Rocket Booster Jettison eftir Doug Jackson á vefsíðunni Aerospaceweb.
  2. Hubble Space Telescope á vefsíðunni Wikipedia.
  3. Space Shuttle External Tank á vefsíðunni Students for Exploration and Development of Space.
  4. Hubblesite.org. Fjöldi greina af vefsíðu Hubblesjónaukans hjá Geimferðastofnun Bandaríkjanna (NASA).
  5. Spacetelescope.org. Fjöldi greina af vefsíðu Hubblesjónaukans hjá Evrópsku geimferðastofnuninni (ESA).
  6. Lyman Spitzer, Jr. Grein á vefsíðu Spitzer geimsjónaukans.
  7. Lyman Spitzer and the Space Telescope. Útdráttur úr bókinni Cosmic Horizons: Astronomy at the Cutting Edge sem var ritstýrð af Steven Soter og Neil deGrasse Tyson.

Hvernig vitna skal í þessa grein

  • Sverrir Guðmundsson (2010). Hubble geimsjónaukinn. Stjörnufræðivefurinn. http://www.stjornuskodun.is/alheimurinn/rannsoknir/hubble-geimsjonaukinn (sótt: DAGSETNING).



Leita á vefnum


 

Vinir okkar

  • Hugsmiðjan
  • Sjónaukar.is
  • Portal To The Universe
  • Stjörnuskoðunarfélag Seltjarnarness
  • Vísindavefurinn
  • Hubble spacetelescope
  • European Southern Observatory - ESO



Póstlisti


Fleygar setningar

- Timothy Ferris

"Við búum í síbreytilegum alheimi og fátt breytist hraðar en skilningur okkar á honum."
 




Þetta vefsvæði byggir á Eplica