哈勃空间望远镜获取方法介绍_哈勃太空望远镜

　　一、哈勃空间望远镜组成部分

光学系统

哈勃的光学部分是核心，采用卡塞格林式反射系统，由主镜（口径2.4米）和副镜（口径0.3米，位于主镜前约4.5米处）组成。光线先投射到主镜，反射到副镜，再射向主镜中心孔，到达主镜焦面形成高质量图像，供科学仪器处理，数据经中继卫星系统发回地面。

广域和行星照相机（WF/PC）

原计划用于光学观测的高分辨率照相机，由NASA喷射推进实验室制造，有48片光学滤镜筛选特殊波段用于天体物理学观察。

整套仪器用8片CCD做了两架照相机，每架4片CCD。广域照相机（WFC）视野广但解像力有损失，可对微弱光度天体全景观测；行星照相机（PC）每个像素解析力为0.043弧秒，焦距长、放大率高，二者互补用于高分辨率观测。

1993年12月STS 61维修任务中，第一代WF/PC被WFPC 2替换。WFPC2由4架相机（3架WF和1架PC1）组成，除PC1外各相机图像占照片四分之一，PC1拍摄局域放大影像，最终图像要将PC1拍摄图像缩小，导致照片缺角。WFPC2视场约1600×1600像素，相当于250万像素数码相机，图像非真彩色但比彩色胶卷更接近肉眼所见。WFPC 2将在1997年开始研发的WFC 3替换。

戈达德高解析摄谱仪（GHRS）

用于紫外线波段摄谱仪，由戈达德太空中心制造，光谱分辨率达90,000，为其他仪器选择适宜观测目标，舍弃CCD，用数位光子计数器检测。1997年2月被太空望远镜影像摄谱仪（STIS）取代。

高速光度计（HSP）

能快速测量天体光度变化和偏极性，每10微秒在紫外线、可见光和近红外线波段测量一次光度，用于观测变星，精确度至少2%。因主镜光学问题升空后未成功使用，1993年12月被太空望远镜光轴补偿校正光学（COSTAR）替换。

暗天体照相机

观测波段在115至650纳米，2002年被先进巡天照相机（ACS）取代。

暗天体摄谱仪

观测波长在1150至8500埃的摄谱仪，1997年第二次哈勃维护任务中被STIS取代。

其他仪器

由威斯康辛麦迪逊大学设计制造的HSP，用于观测可见光和紫外光波段变星等天体亮度变化，光度计每秒侦测100,000次，精确度至少2%。

哈勃的导引系统，三个精细导星传感器（FGS）主要用于保持望远镜指向准确性，也能进行天体测量，精确度达0.0003弧秒。

　　二、哈勃太空望远镜相关情况

发展历程

起源：1946年普林斯顿天文学家莱曼·斯皮策建议美国研制太空望远镜，1977年国会批准后计划受进度推迟、经费超支等困扰。1981年主透镜完成时资金超出预算300万美元，1986年“挑战者”号失事后航天飞机停飞3年，直到1990年4月24日才发射。

组成结构：总长12.8米，镜筒直径4.28米，主镜直径2.4米，连外壳孔径3米，全重约11.5吨。由光学部分、科学仪器、辅助系统（包括太阳能电池帆板和抛物面天线）组成。

科学仪器（初始配备）

宽视场行星照相机：灵敏度高，观测波段从紫外到红外，可观测太阳系行星、银河系和河外星系，照片清晰度高。

暗弱天体照相机：两个既独立又相似的完整天体和探测系统，可探测到暗至23 29等的星体。

暗弱天体摄谱仪：可对紫外到近红外波段辐射进行光谱分析并测算偏震。

高分辨率摄谱仪：能对紫外波段分光观测，观察更暗弱、更遥远天体。

高速光度计：可在可见光和紫外波段对天体精确测量，确定恒星光度标准，识别天体情况。

精密制导遥感器：共3台，用于望远镜定向系统和天体位置精密测量定位。这些仪器可组合更换，必要时可由航天飞机维修或带回地面修理。

早期问题与维修

早期观测距离不够远（原预计140亿光年，实际只能观测40亿光年），原因是主透镜边缘多磨掉0.25毫米，且太阳能电池板每90分钟折曲一次导致图像跳动。

1993年耗资2.5亿美元、为期11天的大修，安装矫正光学部件和不易弯曲的太阳能电池板，中止图像跳动并安装改进的摄像机。

1997年2月耗资3.5亿美元的第二次维修，安装2台新仪器（近红外摄像机和多天体摄谱仪、太空望远镜成像摄谱仪），提高数据搜集能力9倍，扩展到红外线范围，还安装固态型磁带数据记录器。

科学贡献

帮助解决长期困扰天文学家的问题，更准确测量造父变星距离，使哈勃常数数值范围更准确，让宇宙扩张速率和年龄认知更正确（哈勃常数误差从50%降到10%）。

改善宇宙年龄估计，发现宇宙膨胀可能在加速（被“哈勃”和其他地基望远镜观测证实，加速原因尚不清楚）。

证实星系核中存在黑洞的学说，未来将着重研究星系核心黑洞质量和星系本质的紧密关联。

现状与未来

已到“晚年”，在太空经历4次大修（1993年、1997年、1999年、2001年），尽管每次大修后有改善，但仍处于“带病坚持工作”状态。

美国航空航天局将讨论其“寿终正寝”时间和方式，目前正在筹划新一代太空望远镜，主镜口径达7.5米，重量3000千克（哈勃重10000千克），观察范围比哈勃大4 6倍，清晰度不亚于哈勃，将填补哈勃在宇宙形成初期1 10亿年的探测空白，用红外线深入探索宇宙，将稳定占据地球与太阳之间、月球以外约150万千米的轨道制造望远镜阵，最终空间分辨率优于哈勃近千倍，原计划2011年发射，后因哈勃修补等延命措施改期为2013年。

　　三、哈勃太空望远镜原理

基本情况

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11吨多，运行在地球大气层外缘离地面约600公里的轨道上，每100分钟环绕地球一周，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，以天文学家爱德文·哈勃的名字命名，原计划2009年被詹姆斯韦伯太空望远镜取代，角分辨率小于0.1秒，每天获取3 5G字节数据。

运行优势

运行在外层空间，获得的图像不受大气层扰动折射影响，能获得通常被大气层吸收的红外光谱图像，数据由太空望远镜研究所（属于美国马里兰州巴尔第摩市的约翰霍普金斯大学）的天文学家和科学家分析处理。

发展历程中的事件

构想可追溯到1946年，1970年代设计，建造及发射共耗资20亿美元。NASA马歇尔空间飞行中心负责设计、开发和建造，NASA高达德空间飞行中心负责科学设备和地面控制，珀金埃尔默负责制造镜片，洛克希德负责建造望远镜镜体。1990年4月24日随发现号航天飞机发射升空（原定于1986年升空，因挑战者号爆炸事件押后），首批传回影像因镜片厚度有误有球差、比较蒙眬，之后经过多次维护任务改善。