ดาราศาสตร์

กล้องโทรทรรศน์ฮับเบิลจับภาพการเปิดรับแสงนานได้อย่างไร

กล้องโทรทรรศน์ฮับเบิลจับภาพการเปิดรับแสงนานได้อย่างไร


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

ฉันเพิ่งเรียนรู้ (ถ้าฉันเข้าใจถูกต้อง) ว่าภาพถ่าย Ultra Deep Field ที่มีชื่อเสียงต้องการบางอย่าง เช่น การเปิดรับแสง 10 วันบนท้องฟ้าชิ้นเล็กๆ เพื่อให้บรรลุ สิ่งนี้จะเกิดขึ้นได้อย่างไรเมื่อกล้องโทรทรรศน์เคลื่อนที่ตลอดเวลาโดยหมุนรอบโลกที่ ~ 17,000 ไมล์ต่อชั่วโมง? โลกและ/หรือดวงจันทร์จะไม่เข้ามาขวางทางทุกๆ 90 นาทีหรืออย่างนั้นหรือ

ฉันคิดว่าคำถามของฉันใช้ได้กับทุกภาพที่ถ่ายเพราะมันจะไม่อยู่ในแนวเดียวกับเป้าหมายในเวลาน้อยกว่าหนึ่งวินาที


คำตอบคือภาพดังกล่าวไม่ได้ถ่ายต่อเนื่อง HST ไม่ได้ ไม่ จ้องมองที่ส่วนหนึ่งของท้องฟ้าเป็นเวลา 10 วันติดต่อกัน แต่มันจ้องไปที่ส่วนหนึ่งของท้องฟ้าในช่วงเวลาสั้น ๆ เป็นระยะเวลานานซึ่งเมื่อรวมกันแล้วจะเท่ากับ 10 วันของการสังเกต วิธีอ้างอิง Wikipedia เกี่ยวกับวิธีถ่ายภาพ Hubble Ultra Deep Field (HUDF):

การสังเกตทำในสองช่วงคือ ตั้งแต่วันที่ 23 กันยายน ถึง 28 ตุลาคม พ.ศ. 2546 และ 4 ธันวาคม พ.ศ. 2546 ถึงวันที่ 15 มกราคม พ.ศ. 2547 เวลาในการเปิดรับแสงทั้งหมดน้อยกว่า 1 ล้านวินาทีจากวงโคจร 400 รอบ โดยมีเวลาการเปิดรับแสงโดยทั่วไปเท่ากับ 1200 วินาที โดยรวมแล้ว มีการเปิดรับ ACS 800 ครั้งในช่วงเวลา 11.3 วัน 2 ครั้งทุกวงโคจร และ NICMOS ได้รับการสังเกตเป็นเวลา 4.5 วัน Anton Koekemoer ทุกภาพได้รับการประมวลผลและรวมเข้าด้วยกันเป็นภาพที่มีประโยชน์ทางวิทยาศาสตร์ชุดเดียว โดยแต่ละภาพมีเวลาในการเปิดรับแสงทั้งหมดตั้งแต่ 134,900 วินาที ถึง 347,100 วินาที ในการสังเกตท้องฟ้าทั้งท้องฟ้าให้มีความไวเท่ากัน HST จะต้องสังเกตอย่างต่อเนื่องเป็นเวลาล้านปี

ในข้างต้น ACS เป็นกล้องขั้นสูงสำหรับการสำรวจ และ NICMOS คือกล้องอินฟราเรดใกล้และสเปกโตรมิเตอร์แบบหลายวัตถุ

ฉันคิดว่านั่นเป็นคำตอบพื้นฐานสำหรับคำถามของคุณ แต่มีประเด็นที่น่าสนใจและเกี่ยวข้องสองสามข้อที่ฉันอยากจะชี้ให้เห็น ประการแรก ภาพ HUDF ประกอบด้วยภาพเดี่ยวจำนวนมาก แทนที่จะเป็นภาพที่เปิดรับแสง 10 วันเพียงภาพเดียว (ตามที่ระบุไว้ในใบเสนอราคา) สิ่งนี้จำเป็นต้องเป็นอย่างนั้น แม้ว่าฮับเบิลจะสามารถจ้องมองพื้นที่ HUDF ของท้องฟ้าเป็นเวลา 10 วันโดยไม่หยุดชะงัก กล้องทำงานโดยใช้แสง Charge-Coupled Device (CCD) ซึ่งรวบรวมแสงจริง ๆ (และแปลงเป็นประจุไฟฟ้า) สามารถเก็บประจุได้มากก่อนที่จะอิ่มตัว เมื่อถึงจุดหนึ่ง คุณต้อง "หยุดการบันทึก" และอ่าน CCD ซึ่งจะล้างค่าใช้จ่ายสะสม ด้วยวิธีนี้ คุณจะกลับมาเล่นต่อได้อีกครั้งด้วยกระดานชนวนใหม่ การเปิดรับแสงต่อเนื่อง 10 วันจะทำให้ CCD ของฮับเบิลอิ่มตัวได้ง่าย ดังนั้นแม้ว่าฮับเบิลจะใช้เวลา 10 วันอย่างต่อเนื่องในการสังเกตท้องฟ้าผืนนี้ มันก็จะแตกออกเป็นภาพเล็กๆ จำนวนมาก ซึ่งหมายความว่าแม้ว่าดวงจันทร์จะเข้ามาขวางทางในช่วงที่มีการเปิดรับแสง 10 วันดังกล่าว แต่พวกเขาก็อาจไม่ได้สังเกตการณ์ในช่วงเวลานั้น

ข้อเท็จจริงที่เกี่ยวข้องอื่น ๆ ที่ฉันต้องการจะชี้ให้เห็นคือฮับเบิลมีสิ่งที่เรียกว่าโซนการดูต่อเนื่อง (CVZ) นี่คือพื้นที่ของท้องฟ้าที่ไม่เคยถูกบดบังโดยโลก ดวงจันทร์ ดวงอาทิตย์ ฯลฯ ในขณะที่ฮับเบิลโคจร ตามชื่อของมัน มันทำให้สามารถรับชมได้อย่างต่อเนื่องไม่มีสะดุด ฟิลด์ลึกของฮับเบิล (HDF) (บรรพบุรุษของ HUDF) ถูกพบในภูมิภาคนี้ อย่างไรก็ตาม มีเหตุผลหลายประการที่คุณไม่ต้องการสังเกตในภูมิภาคนี้ เช่น ถูก "Earthshine" ปนเปื้อน


HST โคจรรอบโลกอย่างคร่าวๆ ในระนาบ นอกจากนี้ ดวงจันทร์โคจรรอบโลกอย่างคร่าว ๆ ในระนาบ และโลกโคจรรอบดวงอาทิตย์ในระนาบประมาณหนึ่งระนาบ และระนาบทั้งสามนี้อยู่ห่างจากกันไม่เกิน 30° ที่จริงแล้วมีท้องฟ้าที่ค่อนข้างใหญ่ (หรือสองส่วนในทิศทางตรงกันข้าม หากคุณต้องการ) ซึ่งไม่มีการรบกวนการรับชมเป็นประจำ ยิ่งไปกว่านั้น โดยไม่ทราบการออกแบบที่แน่นอนของกล้องโทรทรรศน์ กระนั้นก็ตาม ฉันคิดว่ามันสามารถผ่านชัตเตอร์หรือวิธีการอื่นๆ ที่ขัดขวางตัวเองในช่วงเวลาที่การหยุดชะงักที่ทราบจะบดบังภาพที่ตั้งใจไว้ ไม่มีเหตุผลใดเป็นพิเศษที่กล้องโทรทรรศน์จะเปิดรับแสงต่อเนื่องเพียงครั้งเดียว

เท่าที่ความกังวลของคุณเกี่ยวกับเป้าหมายจะ "ไม่อยู่ในแนวเดียวกัน" โปรดจำไว้ว่า HST ได้รับการออกแบบมาให้มีความละเอียดอ่อนมากสำหรับการถ่ายภาพวัตถุที่อยู่ห่างไกลมาก (ที่มีความสว่างต่ำ) ซึ่งหมายความว่าหนึ่งในสองสิ่งขึ้นอยู่กับว่าคุณกำลังพิจารณาถึงช่วงท้ายของสเปกตรัมระยะทางใด:

  1. เป้าหมายส่วนใหญ่สำหรับ HST นั้นอยู่ไกลมาก - กาแลคซี่ Deep Field อยู่ห่างออกไปหลายหมื่นล้านปีแสง การกระจัดโดยรวมของ HST ในช่วงหลายวันนั้นน้อยมากจนไม่เกี่ยวข้องในระยะทางดังกล่าว ไม่ทำให้เกิดความแตกต่างที่เห็นได้ชัดเจนในการจัดแนวภาพ
  2. วัตถุที่อยู่ใกล้กว่าที่ถ่ายโดย HST โดยทั่วไปจะมีความสว่างที่เด่นชัดสูงกว่ามาก ตัวอย่างเช่น เมื่อมองจากโลก แม้แต่ดาราจักรที่สว่างที่สุดก็ยังมืดกว่าดาวพฤหัสบดีมาก ซึ่ง HST ได้ถ่ายภาพไว้เช่นกัน ความสว่างที่มากขึ้นหมายถึงการเปิดรับแสงที่สั้นลงเพื่อให้เซ็นเซอร์รับแสงในปริมาณเท่ากัน นอกจากนี้ วัตถุที่อยู่ใกล้เคียงยังมีการเคลื่อนไหวสัมพัทธ์ที่รู้จักกันดีซึ่งสามารถแก้ไขได้หากจำเป็น

เมื่อฮับเบิลจ้องที่ไม่มีอะไรเป็นเวลา 100 ชั่วโมง

ในปี 1995 Bob Williams นักดาราศาสตร์ต้องการชี้กล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลไปยังท้องฟ้าที่เต็มไปด้วยสิ่งที่น่าทึ่ง เป็นเวลา 100 ชั่วโมง

มันเป็นความคิดที่แย่มาก เพื่อนร่วมงานของเขาบอกเขา และเสียเวลาอันมีค่าของกล้องโทรทรรศน์ ผู้คนจะฆ่าในช่วงเวลานั้นด้วยเครื่องมือที่แหลมคมที่สุดในโรงเก็บของ และยิ่งไปกว่านั้น กาแลคซี่ที่ห่างไกลที่วิลเลียมส์หวังว่าจะมองเห็นได้สว่างพอที่ฮับเบิลจะตรวจจับได้

นอกจากนี้ ความล้มเหลวของฮับเบิลอีกประการหนึ่งอาจเป็นฝันร้ายของการประชาสัมพันธ์ การรับรู้ของโครงการซึ่งใช้เงินไปแล้วหลายพันล้านเหรียญสหรัฐนั้นค่อนข้างน่าหดหู่ เมื่อไม่นานมานี้ นักบินอวกาศได้ลากฮับเบิลเข้าไปในช่องเก็บสัมภาระของกระสวยอวกาศเอนเดฟเวอร์ และแก้ไขจุดบกพร่องที่ร้ายแรงในการมองเห็นของกล้องโทรทรรศน์ล้ำค่า หลังจากแก้ไขแล้ว ในที่สุดคนที่เคยตาบอดบนท้องฟ้าก็มองเห็นดวงดาวเป็นมากกว่าจุดแสงพร่ามัว และในที่สุด ก็ได้เวลาเริ่มขจัดความผิดหวังในช่วงปีแรกๆ ของฮับเบิล

ยกเว้นแต่ว่าการเพ่งดูสิ่งใดๆ และว่างเปล่า ดูเหมือนจะไม่ใช่วิธีที่ดีที่สุดในการทำเช่นนั้น

แต่วิลเลียมส์ก็ไม่มีใครขัดขวาง และตามจริงแล้ว ไม่สำคัญหรอกว่าเพื่อนร่วมงานของเขาจะประท้วงมากแค่ไหน ในฐานะผู้อำนวยการสถาบันวิทยาศาสตร์กล้องโทรทรรศน์อวกาศ เขามีเวลาพอสมควรสำหรับฮับเบิลในการกำจัดส่วนตน "คณะกรรมการจัดสรรกล้องโทรทรรศน์จะไม่มีวันอนุมัติโครงการที่มีความเสี่ยงและยาวนานเช่นนี้" เขาอธิบาย “แต่ในฐานะผู้กำกับ ฉันมีเวลา 10 เปอร์เซ็นต์ของกล้องโทรทรรศน์ และฉันสามารถทำสิ่งที่ฉันต้องการได้”

วิลเลี่ยมส์สงสัยว่าการเพ่งมองนับพันล้านปีแสงอาจจับภาพวิวัฒนาการทางช้างเผือกหลายชั่วอายุคนในเฟรมเดียว และค้นพบกาแล็กซีที่จางที่สุดและไกลที่สุดเท่าที่เคยเห็นมา และสำหรับเขา การสังเกตที่เป็นไปได้นั้นมีความสำคัญและเป็นพื้นฐานสำหรับการทำความเข้าใจว่าจักรวาลวิวัฒนาการมาอย่างไร โดยที่การทดลองไม่ต้องคิดมาก ผลที่ตามมาจะถูกสาปแช่ง

"การค้นพบทางวิทยาศาสตร์ต้องการความเสี่ยง" วิลเลียมส์กล่าว “และฉันก็ถึงจุดหนึ่งในอาชีพการงานที่พูดว่า “ถ้ามันแย่ขนาดนั้น ฉันจะลาออก ฉันจะล้มลงบนดาบของฉัน'”

ดังนั้น ด้วยงานของเขาที่อาจอยู่ในสายงาน วิลเลียมส์จึงออกไป รวบรวมทีมหลังเอกสารเล็กๆ ไว้ด้วยกัน และทำตามที่เขาวางแผนไว้ เป็นเวลา 100 ชั่วโมงระหว่างวันที่ 18 ถึง 28 ธันวาคม ฮับเบิลจ้องมองที่ท้องฟ้าใกล้กับที่จับของ Big Dipper ซึ่งกว้างประมาณ 1/30 ของพระจันทร์เต็มดวงเท่านั้น โดยรวมแล้ว กล้องโทรทรรศน์ได้ถ่ายภาพพื้นที่ทั้งหมด 342 ภาพ โดยแต่ละภาพถูกเปิดทิ้งไว้ระหว่าง 25 ถึง 45 นาที รูปภาพได้รับการประมวลผลและรวมเข้าด้วยกัน จากนั้นจึงลงสี และ 17 วันต่อมาก็เผยแพร่สู่สาธารณะ

ปรากฎว่า "ไม่มีอะไร" จริงๆ แล้วเต็มไปด้วยกาแล็กซี มีมากกว่า 3,000 ตัวที่ทะลักออกมา ซึ่งมีอายุประมาณ 12 พันล้านปี เกลียว วงรี ไม่สม่ำเสมอ – แดง ขาว น้ำเงิน และเหลือง – รอยเปื้อนของแสงที่กระโจนจากภาพซ้อนสุดท้ายได้ทำให้จักรวาลแตกออกเป็นเสี่ยง ๆ ในแบบที่นักวิทยาศาสตร์ไม่เคยคาดคิดมาก่อน


วิทยาศาสตร์ / ดาราศาสตร์ : ภาพถ่ายกาแล็กซี่ของฮับเบิลแสดงจักรวาลใน Flux

นักวิทยาศาสตร์นำโดยนักดาราศาสตร์ชาวแพซาดีนากล่าวเมื่อวันอังคารว่าพวกเขาได้ใช้การเปิดรับแสงนานเป็นพิเศษจากกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลเพื่อสร้างภาพที่คมชัดของกระจุกดาราจักรอายุ 4 พันล้านปีที่ยืนยันทฤษฎีที่ว่าจักรวาลกำลังพัฒนา --" อัตราเร็ว”

ในเวลาเดียวกัน ในพื้นหลังของภาพเหล่านั้น นักดาราศาสตร์บังเอิญสะดุดกับสิ่งที่ดูเหมือนจะเป็นกระจุกดาราจักรอายุ 10 พันล้านปีที่ไม่เคยรู้จักมาก่อน เมื่อศึกษาเพิ่มเติม กระจุกดาวนั้นอาจตอบคำถามพื้นฐานว่าดาราจักรก่อตัวอย่างไรและทำไม

นอกจากการค้นพบล่าสุดอื่นๆ แล้ว รูปภาพเหล่านี้จะช่วยฟื้นฟูชื่อเสียงของฮับเบิลได้บางส่วน กล้องโทรทรรศน์อวกาศมูลค่า 1.5 พันล้านดอลลาร์ถูกตัดออกเนื่องจาก "ตาบอดอย่างแท้จริง" หลังจากที่สำนักงานการบินและอวกาศแห่งชาติพบข้อบกพร่องพื้นฐานในกระจกถ่ายภาพหลักหลังจากเปิดตัวในปี 2533

Alan Dressler จาก Pasadena นักดาราศาสตร์สถาบันคาร์เนกีผู้ประกาศ ผลการสืบค้นเมื่อวันอังคาร

ตัวอย่างเช่น ทีมงานของ Dressler ได้เก็บกล้องโทรทรรศน์อวกาศไว้ที่จุดเดียวเป็นเวลาหกชั่วโมงโดยแผ่กระจายไปทั่ว 10 โคจรรอบโลกเพียงเพื่อรวบรวมแสงเพียงพอที่จะมองเห็นกระจุกกาแลคซีได้อย่างชัดเจน ถึงกระนั้น ภาพเหล่านั้นก็ยังต้องได้รับการปรับปรุงด้วยคอมพิวเตอร์เพื่อเผยแพร่ภาพถ่ายที่เผยแพร่ต่อสาธารณะในวันอังคารที่กรุงวอชิงตัน

แดเนียล วีดแมน ศาสตราจารย์ด้านดาราศาสตร์แห่งมหาวิทยาลัยแห่งรัฐเพนซิลวาเนีย ยกย่องความพยายามเบื้องหลังการค้นพบนี้ว่า “เกือบจะเป็นวีรบุรุษ”

ภาพใหม่เหล่านี้ซึ่งผลิตโดย Dressler, Augustus Oemler จาก Yale University, James E. Gunn จาก Princeton University และ Harvey Butcher จากมูลนิธิเนเธอร์แลนด์เพื่อการวิจัยทางดาราศาสตร์ แสดงให้เห็นว่ากาแลคซีบางแห่งชนกันและแยกออกจากกันอย่างรุนแรง ปรากฏการณ์นี้ซึ่งนักดาราศาสตร์เรียกว่า "คอสมิก Cuisinart" สามารถอธิบายได้ว่ากาแลคซีบางแห่งมีวิวัฒนาการอย่างไร

“เราได้เห็นกาแล็กซีเปลี่ยนแปลงไปตามกาลเวลาจริงๆ นั่นสำคัญมากในการพิสูจน์ทฤษฎีบิ๊กแบง” เดรสเลอร์ ผู้บุกเบิกในการศึกษาสัณฐานวิทยาหรือโครงสร้างของดาราจักรกล่าว “จักรวาลเป็นสถานที่ที่แตกต่างกันมากเมื่อ 4 พันล้านปีก่อนกว่าที่เป็นอยู่ในปัจจุบัน . . . จักรวาลกำลังพัฒนาและในอัตราที่ค่อนข้างเร็ว”

นักดาราศาสตร์คนอื่นๆ ก็กระตือรือร้นไม่แพ้กันเกี่ยวกับภาพของดาราจักรที่อยู่ห่างไกลออกไป ซึ่งแสงจากพวกมันใช้เวลาถึง 4 พันล้านปีกว่าจะไปถึงโลก และด้วยเหตุนี้เอง จึงเปิดโอกาสให้นักวิทยาศาสตร์ได้เห็นว่าดาราจักรเหล่านั้นปรากฏอย่างไรในช่วงเวลาของเรา กาแล็กซีทางช้างเผือกของตัวเองถูกสร้างขึ้น

“มันเหมือนกับว่าเราอยู่ในไทม์แมชชีนด้วยกล้องโทรทรรศน์ฮับเบิลอย่างแท้จริง” วีดแมนกล่าว

บรูซ มาร์กอน ประธานภาควิชาดาราศาสตร์ของมหาวิทยาลัยวอชิงตัน กล่าวว่า เป็นครั้งแรกที่เราสามารถเห็นภาพ "ก่อน" และ "หลัง" “สิ่งที่ผู้คนคาดเดากันมาตลอด 20 หรือ 30 ปี - ที่นี่ด้วยภาพเดียว ฮับเบิลพิสูจน์แล้วว่าเป็นความจริง”

Dressler กล่าวว่าเกือบ 30% ของกาแลคซีอายุ 4 พันล้านปีที่ถ่ายโดยฮับเบิลนั้นมีรูปร่างเป็นเกลียว นั่นคือหกเท่าของเปอร์เซ็นต์ที่พบในกาแลคซีในปัจจุบัน Dressler กล่าว

การค้นพบนี้โดยอาศัยหลักฐานภาพถ่ายโดยตรงที่เป็นไปได้ด้วยกล้องโทรทรรศน์อวกาศ ยืนยันสมมติฐานครั้งแรกโดยบุตเชอร์และออมเลอร์ในปี 1978 ในเวลานั้น พวกเขาตั้งข้อสังเกตว่ากระจุกที่ห่างไกลดูเหมือนจะมีเปอร์เซ็นต์ของกาแล็กซี "สีน้ำเงิน" ร้อนสูงกว่า มักเกี่ยวข้องกับการก่อตัวดาวฤกษ์แบบแอคทีฟที่พบในดาราจักรชนิดก้นหอย

เนื่องจากอยู่ใกล้กระจุกดาราจักรร่วมสมัยจึงถูกครอบงำด้วยดาราจักรรูปวงรี "สีแดง" ซึ่งการก่อตัวดาวฤกษ์ได้หยุดลงนานแล้ว Butcher และ Oemler ให้คำใบ้แรกแก่นักดาราศาสตร์ว่าครั้งหนึ่งเอกภพอาจมีกาแลคซีกังหันมากกว่าที่เป็นอยู่ในปัจจุบัน

การใช้กล้องมุมกว้าง/ดาวเคราะห์ ซึ่งเป็นหนึ่งในเครื่องมือสร้างภาพห้าชิ้นของฮับเบิล เดรสเลอร์และเพื่อนร่วมงานของเขาได้ผลิตภาพถ่ายที่พวกเขากล่าวว่าพิสูจน์การเปลี่ยนแปลงนั้น

เขากล่าวว่าสิ่งนี้สามารถบ่งชี้ว่าดาราจักรก้นหอยที่มีแขนที่น่าขนลุกของมันยื่นออกไปสู่อวกาศพัฒนาเป็นดาราจักรวงรี น่าแปลกที่กระบวนการนั้นตรงกันข้ามกับสมมติฐานในยุคแรก ๆ ของ Edwin P. Hubble ผู้ได้รับรางวัลโนเบลจาก Caltech ซึ่งตั้งชื่อตามกล้องโทรทรรศน์อวกาศ

แต่การสังเกตยังอาจบ่งบอกถึงบางสิ่งที่แตกต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิง Dressler กล่าวเสริม ตัวอย่างเช่น อาจเป็นหลักฐานว่าดาราจักรชนิดก้นหอยถูกเคี้ยวหรือเปลี่ยนแปลงโดยการชนกับดาราจักรอื่น ซึ่งเกิดขึ้นบ่อยครั้งในส่วนที่ค่อนข้างแออัดของเอกภพ ความเป็นไปได้อีกประการหนึ่งก็คือ เกลียวจำนวนมากรวมตัวกันเป็นกระบวนการที่ปั่นป่วนจนทำให้เกิดกาแล็กซีทรงกลมและเป็นวงรี ทฤษฎีนี้ก้าวหน้าโดย Alar Toomre จากสถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์และ Francois Schweizer แห่งสถาบัน Carnegie

เพื่อแก้ไขความไม่แน่นอนดังกล่าว เดรสเลอร์กล่าวว่านักดาราศาสตร์จะต้องใช้เวลามากขึ้นในการศึกษากระจุกดาราจักรอื่นด้วยระดับความคมชัดตามที่สัญญาไว้โดยภาพถ่ายกล้องโทรทรรศน์อวกาศที่ปรับปรุงด้วยคอมพิวเตอร์ เขาเสริมว่ากระจุกดาราจักรเป็นเป้าหมายที่น่าสนใจสำหรับการศึกษาเชิงลึก เพราะมีตัวอย่างการก่อตัวดาวทุกประเภทในที่เดียวในคราวเดียว

การทำนายว่าดาราจักรถูกสร้างขึ้นมาอย่างไรและทำไมพวกมันถึงมีรูปร่างแตกต่างกัน ตั้งแต่เกลียวละเอียดที่มีดาวฤกษ์เกิดใหม่จำนวนมาก ไปจนถึงรูปวงรีปกติที่มีดาวฤกษ์อายุมาก ไปจนถึงดาราจักรแปลกตาซึ่งเต็มไปด้วยกลุ่มเล็กๆ ของไฮโดรเจน เป็นหนึ่งในเป้าหมายที่นักดาราศาสตร์ใฝ่หามากที่สุดในปัจจุบัน .

โอกาสที่น่าสนใจสำหรับการศึกษาต่อคือ Dressler กล่าวคือกระจุกดาราจักรอายุ 10 พันล้านปีที่พบขณะสร้างภาพกระจุกดาราจักรอายุ 4 พันล้านปีที่อยู่ใกล้กันมากขึ้น กระจุกดาวที่มีอายุมากกว่าซึ่งอยู่ห่างจากโลกมากจนต้องใช้เวลาถึง 10 พันล้านปีกว่าแสงจะมาถึงที่นี่ ปรากฏเป็นจุดจางๆ และคลุมเครือในพื้นหลังของภาพถ่ายเหล่านั้น

นักดาราศาสตร์ที่ได้เห็นกระจุกดาวโบราณนี้พบว่ากระจุกดาวนี้น่าดึงดูดใจเป็นพิเศษ เพราะไม่ใช่วัตถุทั้งหมดที่อยู่ในกระจุกดาวจะดูใหญ่พอที่จะนับเป็นดาราจักรทั้งหมดได้ พวกเขากล่าวว่าสิ่งนี้อาจหมายความว่าวัตถุขนาดเล็กเหล่านี้เป็นกาแลคซีชนิดใหม่ทั้งหมด หรือแม้แต่พวกมันเป็นองค์ประกอบทางช้างเผือกที่เป็นที่ต้องการตัวมาก ซึ่งรู้จักกันในชื่อ "ดาราจักรโพรโตกาแล็กซี"

Dressler กล่าวว่ากระจุกดาวโบราณซึ่งถูกมองว่าเป็นเพียง 1 พันล้านหรือ 2 พันล้านปีหลังจากบิ๊กแบงสร้างจักรวาลที่รู้จักในทางทฤษฎีนั้นน่าสนใจเป็นพิเศษเพราะดูเหมือนว่าจะไม่ธรรมดา ดังนั้นเขากล่าวว่ามันเหมือนกับทางช้างเผือกของเรามากขึ้นและมีแนวโน้มที่จะช่วยอธิบายว่าทางช้างเผือกเกิดขึ้นได้อย่างไร

น่าแปลกที่ข่าวการค้นพบกระจุกดาราจักร "ธรรมดา" นี้เกิดขึ้นหนึ่งเดือนหลังจากนักวิทยาศาสตร์กลุ่มอื่นที่ใช้ฮับเบิลกล่าวว่าพวกเขาได้บันทึกภาพ "นอตเรืองแสง" ที่แกนกลางของกระจุกดาราจักรอายุ 10 พันล้านปีอีก กระจุกดาวโบราณอีกกลุ่มนี้ ซึ่งปล่อยสัญญาณแม่เหล็กไฟฟ้าแรงสูง ถูกค้นพบโดยนักดาราศาสตร์วิทยุแล้ว

George Miley จาก Leiden University ในเนเธอร์แลนด์กล่าวว่านอตอาจเป็นกระจุกดาวขนาดยักษ์มากถึง 10 พันล้านดวงในกระบวนการก่อตัว หรืออาจเป็นเมฆฝุ่นหรือก๊าซที่ติดอยู่ในลำแสง "ไฟฉาย" ของพลังงานที่แผ่ออกมาจาก หลุมดำขนาดมหึมาที่แกนกลางของดาราจักร

เนื่องจากปัญหาด้านการมองเห็น กล้องโทรทรรศน์อวกาศจึงไม่สามารถส่งภาพที่มีรายละเอียดของกระจุกโบราณทั้งสองกลับคืนมาได้ แม้ว่าจะมีการปรับปรุงภาพด้วยคอมพิวเตอร์ก็ตาม นักวิทยาศาสตร์หวังว่ากล้องมุมกว้างรุ่นใหม่ที่จะติดตั้งในปีหน้าจะช่วยปรับปรุงมุมมองของเป้าหมายเหล่านี้

ไกล 4 - ดาราจักรอายุนับพันล้านปีที่ดูเหมือนเป็นเพียงรอยเปื้อนที่ไม่มีรูปร่างสำหรับตัวดำเนินการกล้องโทรทรรศน์ภาคพื้นดินเท่านั้น ได้รับการแสดงให้คมชัดยิ่งขึ้นด้วยภาพที่ปรับปรุงด้วยคอมพิวเตอร์จากกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิล

นักดาราศาสตร์ได้จัดภาพถ่ายแก้วมัคกาแล็กซีเหล่านี้ไว้ใน "แผนที่ฮับเบิล" ตั้งแต่กาแลคซีวงรีทรงกลมเกือบๆ บางแห่งทางด้านซ้าย ไปจนถึงกาแลคซีกังหันขนาดเล็กและส่วนที่มีลักษณะไม่สม่ำเสมอทางด้านขวา กาแลคซีทั้งหมดเหล่านี้ถูกพบในกระจุกเดียว

ประมาณ 30% ของกาแล็กซีเหล่านี้มีรูปร่างเป็นเกลียว นั่นคือประมาณหกเท่าของเปอร์เซ็นต์ในหมู่ดาราจักรสมัยใหม่ ซึ่งบ่งชี้ถึงวิวัฒนาการที่สำคัญและค่อนข้างรวดเร็วในโครงสร้างของเอกภพ


ภาพที่สำคัญที่สุดที่เคยถ่ายโดยกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลของนาซ่า

มองดูส่วนเล็กๆ ของท้องฟ้า ครั้งหนึ่งย้อนเวลากลับไปอย่างยิ่งใหญ่ ท้องฟ้าผืนเล็กๆ แห่งนี้ [+] หมายถึงน้อยกว่า 1/100,000,000 ของปริมาตรของจักรวาล แต่เผยให้เห็นเกือบ 1,000 กาแลคซีที่ไม่เคยเห็นมาก่อน ส่วนเล็ก ๆ ของภาพ Hubble Deep Field ดั้งเดิมเป็นส่วนสำคัญในการเรียนรู้ว่าจักรวาลของเราเป็นอย่างไร

R. Williams (STScI), ทีม Hubble Deep Field และ NASA/ESA

ปลายเดือนนี้ กล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลจะฉลองครบรอบ 30 ปี

รูปถ่ายของกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลนี้ถูกนำไปใช้เมื่อวันที่ 25 เมษายน 1990 ถ่ายโดย IMAX [+] Cargo Bay Camera (ICBC) ติดตั้งบนกระสวยอวกาศ Discovery เปิดดำเนินการมา 30 ปีแล้ว และไม่ได้ให้บริการมาตั้งแต่ปี 2552 ด้วยกระจกเส้นผ่านศูนย์กลาง 2.4 เมตร มันรวบรวมแสงได้มากใน 1 นาที เท่ากับกล้องโทรทรรศน์ขนาด 160 มม. (6.3") ที่ต้องใช้เวลา 3 ชั่วโมง 45 นาที รวบรวม.

NASA/Smithsonian Institution/Lockheed Corporation

มากกว่าหอดูดาวอื่นใดในประวัติศาสตร์ ฮับเบิลเปิดเผยว่าจักรวาลมีหน้าตาเป็นอย่างไร

เมื่อมองย้อนกลับไปจากปัจจุบัน เราจะเห็น 'ลำแสงดินสอ' ของจักรวาลอันไกลโพ้น แต่ก. [+] กาแล็กซีจำนวนมากยังไม่ถูกค้นพบ เนื่องจากข้อจำกัดในการมองเห็นของเรา ฮับเบิลพาเราไปไกลอย่างน่าทึ่ง แต่ยังต้องไปอีกไกล

เมื่อเปิดตัวครั้งแรก ปัญหาเกี่ยวกับเลนส์ของกระจกทำให้เกิดภาพที่มีข้อบกพร่องเท่านั้น

ความแตกต่างก่อนและหลังระหว่างมุมมองเดิมของฮับเบิล (ซ้าย) กับข้อบกพร่องของกระจกและไฟล์. [+] แก้ไขภาพ (ขวา) หลังจากใช้เลนส์ที่เหมาะสม

ปลายปี 1993 มีการติดตั้งอุปกรณ์แก้ไขข้อบกพร่องใหม่ พร้อมกับกล้องที่ได้รับการปรับปรุง: WFPC2

Wide Field and Planetary Camera 2 (WFPC2) เป็นกล้องสำหรับใช้งานจริงของฮับเบิลเป็นเวลาหลายปี มัน. [+] บันทึกภาพผ่านฟิลเตอร์สี 48 ฟิลเตอร์ที่เลือกซึ่งครอบคลุมช่วงสเปกตรัมตั้งแต่ช่วงคลื่นอัลตราไวโอเลตไกลไปจนถึงความยาวคลื่นที่มองเห็นได้และอินฟราเรดใกล้ 'หัวใจ' ของ WFPC2 ประกอบด้วยเซ็นเซอร์มุมกว้างสามตัวรูปตัว L และกล้องขนาดเล็กที่มีความละเอียดสูง (ดาวเคราะห์) วางไว้ที่มุมที่เหลือของจัตุรัส

ในปีถัดมา นักวิทยาศาสตร์ได้ลงมือปฏิบัติภารกิจสังเกตการณ์ที่เสี่ยงภัย นั่นคือ Hubble Deep Field

เมื่อคุณรวบรวมโฟตอนเพียงครั้งละหนึ่งโฟตอน จำนวนมากจะเป็นพิกเซลร้อน รังสีคอสมิก . [+] เสียงของอุปกรณ์ เป็นต้น แต่เมื่อคุณสร้างอัตราส่วนสัญญาณต่อสัญญาณรบกวนที่เพียงพอ คุณจะสามารถระบุได้ว่าสิ่งใดคือวัตถุจริง เช่น กาแลคซีที่อยู่ห่างไกล และสิ่งที่เป็นเพียงเสียงสุ่ม

R. Williams (STScI), ทีม Hubble Deep Field และ NASA/ESA

พวกเขาสำรวจพื้นที่ท้องฟ้าที่ดูเหมือนว่างเปล่า ไม่มีดวงดาวหรือกาแล็กซีใกล้เคียงสว่าง

พื้นที่เป้าหมายเดิมที่เลือกไว้สำหรับ Hubble Deep Field นี่ออกจากเครื่องบินของ. [+] สุริยุปราคา ออกจากระนาบดาราจักร และตั้งอยู่ในพื้นที่ของอวกาศที่มีดาวทางช้างเผือกจาง ๆ เพียงไม่กี่ดวงและไม่มีดาราจักรอื่นใดที่รู้จักกันนอกเหนือเรา

NASA / Digital Sky Survey, STScI

เป็นเวลาสิบวันติดต่อกัน ผ่านความยาวคลื่นหลายช่วง ฮับเบิลสังเกตเห็นจุดที่ไม่มีสิ่งใดเลย โดยรวบรวมโฟตอนครั้งละหนึ่งโฟตอน

ภาพต้นฉบับในฟิลด์ลึกของฮับเบิลที่แสดงไว้ที่นี่ ถ่ายโดยซ้อนภาพเปล่าจำนวนหลายสิบภาพ [+] ภูมิภาคของอวกาศและดูว่ามีอะไรปรากฏขึ้น คำตอบคือกาแล็กซีหลายพันแห่ง ซึ่งเผยให้เห็นว่าจักรวาลอันไกลโพ้นของเรามีหน้าตาเป็นอย่างไรเป็นครั้งแรก สำหรับพวกเราหลายคน มันรู้สึกเหมือนเมื่อวาน ตอนนี้ภาพนี้มีอายุมากกว่า 25 ปีแล้ว

R. Williams (STScI), ทีม Hubble Deep Field และ NASA

เมื่อรวบรวมข้อมูลทั้งหมด นี่คือสิ่งที่พวกเขาเห็น

ส่วนเล็ก ๆ ของ Hubble Deep Field ดั้งเดิมซึ่งมีหลายร้อยรายการที่สามารถแยกแยะได้ง่าย [+] กาแลคซี่ ฟิลด์ลึกของฮับเบิลดั้งเดิมอาจครอบคลุมพื้นที่เล็ก ๆ ของท้องฟ้าเท่านั้น แต่สอนเราว่ามีกาแลคซีอย่างน้อยหลายร้อยพันล้านแห่งที่อยู่ภายในจักรวาลที่สังเกตได้ วันนี้ ข้อมูลและการวิเคราะห์ที่เหนือกว่าได้วางตัวเลขนั้นไว้ใกล้กับ

R. Williams (STScI), ทีม Hubble Deep Field และ NASA

ในที่ที่ไม่เคยมีใครรู้จักมาก่อน มีกาแล็กซีสลัวๆ ใหม่ๆ ที่ห่างไกลออกไปหลายพันดวงถูกเปิดเผย

น้อยกว่าหนึ่งปีหลังจากการผลิต Hubble Deep Field ดั้งเดิม ทีมเดียวกันก็เลือกที่อื่น [+] ภูมิภาคของท้องฟ้าในซีกโลกใต้เพื่อสร้างทุ่งลึกฮับเบิลที่สอง ผลลัพธ์ก็งดงามไม่แพ้กัน

R. Williams (STScI), ทีม HDF-S และ NASA/ESA

ภาพ Hubble Deep Field เหล่านี้ปฏิวัติมุมมองของเราเกี่ยวกับจักรวาล

มีกาแล็กซีจำนวนน้อยกว่าที่สามารถเห็นได้ในบริเวณใกล้เคียงและในระยะทางที่ไกลกว่าดาราจักรระดับกลาง แต่นั่นก็เนื่องมาจาก [+] การรวมกันของกาแล็กซี่ควบรวมและวิวัฒนาการและยังไม่สามารถเห็นกาแลคซีที่ห่างไกลและจางมากด้วยตัวของมันเอง เอฟเฟกต์ต่างๆ มากมายกำลังเล่นอยู่เมื่อต้องทำความเข้าใจว่าแสงจากจักรวาลอันไกลโพ้นจะเปลี่ยนไปทางสีแดงได้อย่างไร

แคมเปญการสังเกตการณ์ในอนาคตและต่อมา เครื่องมือที่เหนือกว่าทำให้จักรวาลได้รับความสนใจมากขึ้น

ภาพนี้แสดงกระจุกดาราจักรขนาดใหญ่ที่อยู่ห่างไกล Abell S1063 เป็นส่วนหนึ่งของฮับเบิลฟรอนเทียร์ [+] โปรแกรม Fields นี่เป็นหนึ่งในหกกระจุกกาแลคซีที่จะถ่ายภาพเป็นเวลานานในหลายความยาวคลื่นที่ความละเอียดสูง แสงสีขาวอมฟ้าแบบกระจายที่แสดงในที่นี้คือแสงดาวในกระจุกดาวที่เกิดขึ้นจริงซึ่งถ่ายได้เป็นครั้งแรก โดยจะติดตามตำแหน่งและความหนาแน่นของสสารมืดได้แม่นยำกว่าการสังเกตด้วยภาพอื่นๆ ในปัจจุบัน

NASA, ESA และ M. Montes (มหาวิทยาลัยนิวเซาท์เวลส์)

การสำรวจภาคสนามที่ลึกและกว้าง เช่น Frontier Fields ของฮับเบิล เผยให้เห็นกระจุกดาราจักรขนาดใหญ่ที่อยู่ห่างไกลออกไป

ส่วนเล็กๆ ของสนาม GOODS-North เมื่อมองด้วยแสงอัลตราไวโอเลตโดย Hubble Deep UV (HDUV) [+] การสำรวจมรดก ภาพโมเสคทั้งหมดแสดงถึงพื้นที่บนท้องฟ้า 14 เท่าของต้นฉบับ 2014 Hubble Ultraviolet Ultra Deep Field

NASA, ESA, P. Oesch (มหาวิทยาลัยเจนีวา) และ M. Montes (มหาวิทยาลัยนิวเซาธ์เวลส์)

ฟิลด์ลึกพิเศษและเอ็กซ์ตรีมเหนือกว่าฮับเบิลดีปฟิลด์ดั้งเดิม

ทุ่งลึก Hubble eXtreme (XDF) อาจสังเกตพื้นที่ท้องฟ้าเพียง 1/32,000,000 ของ. [+] ทั้งหมด แต่สามารถค้นพบกาแล็กซี่มหึมา 5,500 กาแล็กซี่ภายในนั้น: ประมาณ 10% ของจำนวนกาแลคซีทั้งหมดที่มีอยู่จริงในชิ้นรูปทรงลำแสงดินสอนี้ กาแลคซีที่เหลือ 90% นั้นจางเกินไปหรือแดงเกินไปหรือบดบังเกินกว่าที่ฮับเบิลจะเปิดเผย เมื่อเวลาผ่านไป จำนวนดาราจักรทั้งหมดในภูมิภาคนี้จะเพิ่มขึ้นจาก

55,000 ถึงประมาณ to

130,000 เมื่อมีการเปิดเผยจักรวาลมากขึ้น

ทีม HUDF09 และ HXDF12 / E. Siegel (กำลังดำเนินการ)

ความลับที่ห่างไกลและเลือนลางยิ่งกว่านั้นยังมีอยู่

พื้นที่รับชมของฮับเบิล (บนซ้าย) เมื่อเปรียบเทียบกับพื้นที่ที่ WFIRST จะสามารถดูได้ที่ [+] ความลึกเท่ากันในระยะเวลาเท่ากัน ภาพมุมกว้างของ WFIRST จะช่วยให้เราจับภาพซุปเปอร์โนวาที่อยู่ห่างไกลได้จำนวนมากกว่าที่เคยเป็นมา และจะช่วยให้เราสำรวจดาราจักรในขอบเขตจักรวาลที่ลึกและกว้างอย่างที่ไม่เคยสำรวจมาก่อน มันจะนำมาซึ่งการปฏิวัติทางวิทยาศาสตร์ โดยไม่คำนึงถึงสิ่งที่ค้นพบ และให้ข้อจำกัดที่ดีที่สุดเกี่ยวกับวิวัฒนาการของพลังงานมืดในช่วงเวลาของจักรวาล หากพลังงานมืดแปรผันมากกว่า 1% ของมูลค่าที่คาดว่าจะมี WFIRST จะพบพลังงานนั้น

ภารกิจในอนาคต เช่น WFIRST และ LUVOIR จะเปิดเผย

ภาพจำลองของส่วนเดียวกันของท้องฟ้าพร้อมเวลาการสังเกตเดียวกัน ทั้งฮับเบิล (L) และ . [+] สถาปัตยกรรมเริ่มต้นของ LUVOIR (R) ความแตกต่างนั้นน่าทึ่งและแสดงถึงสิ่งที่วิทยาศาสตร์ระดับอารยธรรมสามารถส่งมอบได้


กล้องโทรทรรศน์ฮับเบิลถ่ายภาพได้อย่างไร?

ฉันรู้ว่าในการถ่ายภาพในการถ่ายภาพ คุณต้องยืนนิ่งเพื่อไม่ให้ภาพเบลอ คุณต้องรักษาภาพให้นิ่ง (ขึ้นอยู่กับการเปิดรับแสงและปัจจัยอื่นๆ) ด้วย แล้วมันถ่ายยังไงให้ชัด?

HST เป็นกล้องส่องทางไกลที่ทำงานอยู่ โดยจะรักษาทิศทางเฉพาะที่สัมพันธ์กับดวงดาวเมื่อเปิดรับแสง ซึ่งทำได้โดยใช้เซ็นเซอร์เพื่อล็อคเข้าสู่ "guide stars" จากนั้นใช้ระบบปรับทัศนคติ (วงล้อปฏิกิริยา) เพื่อให้ดาวนำทางเหล่านั้นอยู่ที่ตำแหน่งเดียวกันบนเซ็นเซอร์ (ครอบคลุมพิกเซลเดียวกัน)

แน่นอน เนื่องจาก HST อยู่ในวงโคจรที่ทิ้งความเป็นไปได้ที่โชคร้าย เช่น กล้องโทรทรรศน์ที่ชี้ไปที่วัตถุ จากนั้นระหว่างที่โลกโคจรเข้าสู่กรอบ สถานการณ์จำลองดังกล่าวจะคิดออกในระหว่างขั้นตอนการวางแผนและยกเว้นเพียงเท่านั้น

สำหรับการเบลอ การเคลื่อนไปทางด้านข้างและไปข้างหน้าและข้างหลังของกล้องโทรทรรศน์ผ่านวงโคจร (เหมือนกับการเคลื่อนที่รอบดวงอาทิตย์เนื่องจากการโคจรรอบโลก) ไม่เพียงพอที่จะทำให้ภาพบิดเบี้ยวได้ ดังที่กล่าวไว้ข้างต้น กล้องโทรทรรศน์มีพื้นฐาน "motion เสถียร" เพื่อให้มันอยู่บนท้องฟ้าเดียวกัน จนถึงความละเอียดของพิกเซลย่อย และพารัลแลกซ์เนื่องจากการเคลื่อนที่ของวงโคจรเพียงเล็กน้อยนั้นเล็กเกินกว่าจะแสดงได้


นี่คือวิธีที่ฮับเบิลใช้ไจโรสโคปที่เหลืออยู่เพื่อเคลื่อนที่ในอวกาศ

Astronaut Story Musgrave บน EVA ไปยังกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิล กล้องโทรทรรศน์ได้รับความทุกข์ทรมานจาก [+] ความพ่ายแพ้กับความล้มเหลวของไจโรสโคปล่าสุด แต่แผนปัจจุบันควรรักษาสินทรัพย์ที่ไม่สามารถถูกแทนที่นี้สำหรับนักดาราศาสตร์ที่ใช้งานได้อีกหลายปีข้างหน้า

หากคุณต้องการดูจักรวาลอันไกลโพ้นด้วยความไวสูงสุดและการปนเปื้อนน้อยที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ ทางออกที่ดีที่สุดของคุณคือไปที่อวกาศ กล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลซึ่งเปิดตัวในเดือนเมษายนปี 1990 อาจเป็นหอดูดาวทางดาราศาสตร์ที่มีชื่อเสียงที่สุดในประวัติศาสตร์ของมนุษย์ทั้งหมด การโคจรรอบโลกที่ระดับความสูง 550 กิโลเมตร (340 ไมล์) ด้วยความเร็วประมาณ 27,000 กิโลเมตรต่อชั่วโมง (17,000 ไมล์ต่อชั่วโมง) เป็นการปฏิวัติรอบโลกของเราทุกๆ 95 นาที

ในเวลาเดียวกัน โลกหมุนบนแกนของมันและหมุนรอบดวงอาทิตย์ ซึ่งจะเคลื่อนที่ผ่านดาราจักรด้วยความเร็วเกือบ 0.1% ของความเร็วแสง อย่างไรก็ตาม ฮับเบิลสามารถชี้ไปที่เป้าหมายทางดาราศาสตร์ได้อย่างมั่นคงและไม่มีปัญหา แม้ว่าจะมีการเคลื่อนไหวทั้งหมดนี้ก็ตาม กุญแจสำคัญอยู่ในระบบนำทางและโดยเฉพาะอย่างยิ่งในไจโรสโคป ฮับเบิลพร้อมที่จะเปิดเผยความลับของจักรวาลต่อไปในอีกหลายปีข้างหน้า

ภาพนี้แสดงการฝึกนักบินอวกาศภารกิจ 4 ของฮับเบิลบนแบบจำลองฮับเบิลใต้น้ำที่. [+] Neutral Buoyancy Lab ในฮูสตันภายใต้การดูแลของวิศวกรของ NASA และนักดำน้ำด้านความปลอดภัย ภารกิจในปี 2552 เป็นครั้งสุดท้ายที่กล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลจะให้บริการได้

การชี้ไปที่วัตถุชิ้นเดียวโดยไม่สั่นคลอนหรือสะดุดไม่ใช่เรื่องเล็ก จากที่ตั้งของมันในอวกาศ ฮับเบิลไม่ต้องต่อสู้กับบรรยากาศ ซึ่งหมายความว่าความละเอียดและความสามารถในการถ่ายภาพถูกจำกัดโดยเลนส์และอุปกรณ์บนเครื่องบินเท่านั้น การอัพเกรดครั้งล่าสุดในปี 2009 ด้วยภารกิจการบริการฮับเบิลขั้นสุดท้ายที่ดำเนินการจากกระสวยอวกาศ ฮับเบิลสามารถให้ภาพที่มีความแม่นยำเพียงไม่กี่ล้านองศา

แต่ความท้าทายหลักประการหนึ่งคือการทำให้กล้องดูดาวทั้งหมดของคุณมั่นคงและแม่นยำในการชี้ของมัน ด้วยเหตุนี้ กล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลจึงได้รับการออกแบบให้ล็อกเป้าหมายและคงตำแหน่งไว้อย่างมั่นคงจนถึงความแม่นยำเพียง 0.007 อาร์ควินาที เพื่อให้เข้าใจว่ามันน่าประทับใจเพียงใด นั่นก็เท่ากับการฉายแสงเลเซอร์ไปที่หนึ่งในสี่แล้วกระทบกับดวงตาของจอร์จ วอชิงตัน โดยไม่พลาดจากระยะทาง 14 กิโลเมตร (8.7 ไมล์)

เหรียญไตรมาสของสหรัฐเป็นเหรียญที่ใหญ่ที่สุดในบรรดาเหรียญหลักสี่เหรียญสหรัฐใน. [+] การไหลเวียน แต่ดวงตาของจอร์จ วอชิงตันนั้นเล็กมาก หากคุณใช้เลเซอร์พอยเตอร์เข้าตาได้ในระยะ 14 กม. และรักษาตำแหน่งนั้นไว้ คุณก็จะได้รับความแม่นยำของกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิล (รูปภาพปลอดค่าลิขสิทธิ์ / รูปภาพ Getty)

บนโลกนี้ เราถือว่าง่ายในการปรับทิศทางอะไรก็ได้ เราสามารถชี้สิ่งที่เราต้องการไปในทิศทางใดก็ได้ที่เราต้องการเพียงแค่จัดการมัน ไม่ว่าจะด้วยมือหรือด้วยเครื่องจักร

แต่เหตุผลเดียวที่เราทำสิ่งนี้ได้ก็เพราะมีบางสิ่งที่ต้องเผชิญ นั่นคือ โลก เมื่อคุณออกแรงกระทำต่อวัตถุใดๆ วัตถุนั้นจะดันกลับเข้าหาคุณด้วยแรงที่เท่ากันและตรงกันข้าม นั่นเป็นเพราะกฎที่นิวตันค้นพบครั้งแรก โดยระบุว่าทุกการกระทำมีปฏิกิริยาที่เท่าเทียมกันและตรงกันข้าม

จรวด Soyuz-2.1a ออกตัวเมื่อวันที่ 19 เมษายน 2013 โดยมี Bion-M No. 1 สังเกตปฏิกิริยาของไอเสีย [+] สำหรับการดำเนินการเร่งยานอวกาศ ตัวอย่างของกฎข้อที่สามของนิวตัน

แต่ในอวกาศ ไม่มีอะไรจะสู้อีกแล้ว ไม่ว่าคุณจะเคลื่อนที่อย่างไร และนั่นรวมทั้งการเคลื่อนที่ในแนวเส้นตรงและการเคลื่อนที่แบบหมุน นั่นคือวิธีที่คุณจะเคลื่อนที่ต่อไป แรงภายนอกเพียงอย่างเดียวมาจากแรงโน้มถ่วงและแรงลากเพียงเล็กน้อยจากอะตอมและอนุภาคที่มีอยู่ในอวกาศระหว่างดาวเคราะห์

หากคุณหันหน้าเข้าหาดวงอาทิตย์และต้องการหันหน้าหนี คุณก็ทำไม่ได้ ถ้าคุณไม่หมุน คุณจะไม่สามารถเริ่มหมุนตัวเองได้เพราะไม่มีอะไรต้องดัน และในทำนองเดียวกัน หากคุณกำลังหมุนอยู่ คุณไม่สามารถทำให้ตัวเองช้าลงได้ เพราะไม่มีอะไรต้องฝืนเช่นกัน ไม่ว่าคุณจะเป็นวัตถุที่อยู่นิ่งหรือวัตถุที่กำลังเคลื่อนที่ วิธีเดียวที่จะเปลี่ยนแปลงได้ก็คือถ้ามีแรงจากภายนอก

ในการแยกจากกัน ระบบใดๆ ไม่ว่าจะหยุดนิ่งหรือเคลื่อนไหว รวมถึงการเคลื่อนที่เชิงมุม จะไม่สามารถทำได้ [+] เปลี่ยนการเคลื่อนไหวนั้นโดยไม่มีแรงภายนอก ในอวกาศ ทางเลือกของคุณมีจำกัด แต่แม้ในสถานีอวกาศนานาชาติ ส่วนประกอบหนึ่ง (เช่น นักบินอวกาศ) สามารถผลักอีกส่วนหนึ่ง (เช่น นักบินอวกาศคนอื่น) เพื่อเปลี่ยนการเคลื่อนที่ของแต่ละองค์ประกอบ

NASA / สถานีอวกาศนานาชาติ

สิ่งนี้จะได้ผลถ้าคุณมีวัตถุชิ้นที่สองในอวกาศพร้อมกับคุณเพื่อให้คุณผลัก นักบินอวกาศบนสถานีอวกาศนานาชาติสามารถดันตัวเรือของสถานีหรือนักบินอวกาศคนอื่น และเปลี่ยนโมเมนตัมหรือโมเมนตัมเชิงมุมได้ ค่าใช้จ่าย? สิ่งที่คุณผลักดันจะต้องเปลี่ยนโมเมนตัมหรือโมเมนตัมเชิงมุมด้วยจำนวนที่เท่ากันและตรงกันข้าม

ถ้าอย่างนั้น คุณจะทำอย่างไรถ้าคุณเป็นกล้องโทรทรรศน์อวกาศ อยู่บนนั้นด้วยตัวของคุณเอง โดยไม่ต้องมีอะไรมาขวางหน้าอีก

ฮับเบิลใช้ฟิสิกส์พื้นฐานบางอย่างในการหมุนตัวและมองไปยังส่วนต่างๆ ของท้องฟ้า . [+] ตั้งอยู่บนกล้องโทรทรรศน์มีไจโรสโคปหกตัว (ซึ่งเหมือนกับเข็มทิศชี้ไปในทิศทางเดียวกันเสมอ) และอุปกรณ์บังคับเลี้ยวอิสระสี่ตัวที่เรียกว่าล้อปฏิกิริยา

NASA, ESA, A. Feild และ K. Cordes (STScI) และ Lockheed Martin

คุณต้องมีองค์ประกอบในตัวคุณเพื่อที่จะเป็นสิ่งที่คุณผลักดันเพื่อเปลี่ยนการเคลื่อนไหวของคุณ If you were alone in space, for example, by swiveling your lower body clockwise, you could then cause your upper body to swivel counterclockwise you could push off a different part of your body to change your orientation.

In a space telescope, we don't have different components of our bodies to work with, but we do have different components of the telescope. And in the case of Hubble, we have an entire guidance system built on this principle.

The reaction wheels allow it to change its orientation, and the fine-guidance sensor allows it to determine how to orient itself. According to NASA itself:

To change angles, it uses Newton’s third law by spinning its wheels in the opposite direction. It turns at about the speed of a minute hand on a clock, taking 15 minutes to turn 90 degrees.

But keeping the telescope stable needs a key ingredient: gyroscopes.

A super-precise laser gyroscope was developed by the Russian scientific research and design . [+] association 'polyus,' as shown here in a 2002 photo. The gyroscopes on Hubble are even more advanced, and are in many ways the most accurate in human history. (Sovfoto/UIG via Getty Images)

Without those gyroscopes, tiny external forces would cause Hubble's orientation to drift over time, and would make long-exposure images impossible. But with them, we can keep the telescope stable.

In 2009, during the final servicing mission, all six of Hubble's gyroscopes were replaced, in the hopes of extending its life as long as possible. The gyroscopes maintain orientation and provide stability by pushing back against any force that attempts to change its orientation. For Hubble, each gyroscope contains a wheel that spins at 19,200 rpms, and three are required for optimal operating efficiency. The reason we need three is simple: there are three dimensions in space, and so three independent ways that a spacecraft could potentially change its orientation. With three gyroscopes operating at once, we can achieve maximal stability.

The Hubble Space Telescope, as imaged during its last and final servicing mission. The only way it . [+] can point itself is from the internal spinning devices that allow it to change its orientation and hold a stable position.

On October 5th, 2018, the Hubble Space Telescope entered safe mode, owing to the fact that one of the three gyroscopes actively being used to point-and-steady the telescope had failed. Engineers have fixed problems like this before, from the ground, by firing up another of the on-board gyroscopes and switching which three are used to stabilize the observatory. The gyroscope that failed wasn't entirely surprising it had been showing signs of trouble for about a year.

But there are already two other gyroscopes which had failed of the replaced six, and another which has shown signs of being problematic already. With two good gyroscopes and one partially-malfunctioning one, it's a solemn reminder that Hubble won't live forever, particularly with no ability for humanity to service it again.

ขณะที่เรากำลังสำรวจจักรวาลมากขึ้นเรื่อยๆ เราสามารถมองออกไปในอวกาศได้ไกลขึ้น ซึ่ง [+] เท่ากับย้อนเวลากลับไป The James Webb Space Telescope will take us to depths, directly, that our present-day observing facilities cannot match, but perhaps Hubble and Webb can team up in the 2020s to make multiwavelength observations that neither observatory can do alone.

With two fully functioning gyroscopes, the team operating Hubble will switch to the final plan: operating in one-gyroscope mode. With three gyroscopes, you can point pretty much anywhere you want and keep your observatory stable with fewer than that, your perspective on the sky suddenly becomes restricted.

That's why the plan is to attempt to fix the partially-malfunctioning gyroscope remotely. If you succeed, you have three functioning gyroscopes and Hubble can continue to operate as normal. If they cannot cure the partially-malfunctioning gyroscope, they will power-down one of the functional gyroscopes and save it. You can observe nearly as much of the sky with one gyroscope as you can with two, but you basically double your telescope's remaining life by using one gyroscope at a time instead of two together. At a cost of reduced sky coverage and slower pointing times, you can extend Hubble's life.

This photo of the Hubble Space telescope being deployed, on April 25. 1990, was taken by the IMAX . [+] Cargo Bay Camera (ICBC) mounted aboard the space shuttle Discovery. It has been operational for more than 28 years, but has not been serviced since 2009.

NASA/Smithsonian Institution/Lockheed Corporation

It might seem to be just another example of crumbling infrastructure in the United States, but you must neither underestimate Hubble nor the resourcefulness of astronomers and scientists and engineers overall. The two (or maybe three) remaining gyroscopes are of a new and upgraded design, designed to last five times as long as the original gyroscopes, which includes the one that recently failed. The James Webb Space Telescope, despite being billed as Hubble's successor, is actually quite different, and will launch in 2021.

Even with one gyroscope, the Hubble Space Telescope should still be operational and capable of providing complementary observations to James Webb. This reduced-gyro mode has been planned for a long time. The only disappointment is that we may need to enter it so soon.


Hubble's Biggest Discoveries

After almost 23 years in orbit, Hubble has changed everything we know about the universe. More than 10,000 scientific articles are published based on its data. Hubble revealed the universe is about 13 to 14 billion years old, more accurate than our previous estimate of 10 to 20 billion years old . It also played a huge role in the discovery of dark energy, a force that caused the expansion of the universe. Determining the rate this expansion helped Hubble figure out the universe's age. But dark energy revealed something even bigger: The universe's expansion is rapidly accelerating. Figuring out why this is happening would revolutionize physics as we know it. We've learned so much from the Hubble because it captures distance galaxies in different stages of their evolution. It takes billions of years for the light from these galaxies to reach us. So when we look at a photo from Hubble, we are, in essence, looking back in time. When it was first launched, Hubble beamed back images that appeared blurry. So NASA had to send a crew to install corrective optics. The fix worked, and NASA released a wide-field planetary image that stunned the world to prove it. "Just from seeing that one picture you knew that this was going to be a revolutionary telescope," said Marc Postman of the Space Telescope Science Institute in a 2011 interview. After the fix, Hubble began collecting observations from a small region in Ursa Major for 10 consecutive days in December 1995. Scientists then stitched together 342 of these images to create what is know famously known as the Hubble Deep Field, which shows almost 3,000 galaxies. In 2004 the Hubble Ultra Deep Field was released, and it remains the deepest portrait of the visible universe ever achieved by humankind. Taken by the Advanced Camera for Surveys on board Hubble, the crisp image reveals 10,000 galaxies. These galaxies were the first to emerge from the dark ages, a period of time that scientists say came "shortly after the Big Bang when the first stars reheated the cold, dim universe." Hubble made headlines again last year when NASA released the ultimate view into space, appropriately called the Hubble eXtreme Deep Field. While it's not a new set of observations, it's the most comprehensive -- combining into one photo more than 2,000 images taken at the same spot over a period of 10 years. This January, NASA announced plans to image six new views of the universe that could once again revolutionize astronomy. The Hubble Frontier Fields will collect light for about 45 hours each, spread over a period of three years. Objects that existed in the first 500 million years after the Big Bang will appear in this images.

How far can the Hubble Telescope see?

The furthest galaxy ever observed by the Hubble telescope is the GN-z11 galaxy, about 13.4 billion light-years away.

As the galaxy is so far away and light can only travel so fast (299,792,458 meters a second), Hubble is effectively looking back in time when viewing very distant objects.

Although Hubble viewed GN-z11 as it was about 13.4 billion years ago, the galaxy will now be located around 32 billion light-years from Earth owing to the Universe’s expansion.


Hubble Pi Is a Raspberry Pi-Based Astrophotography Camera

Taking photos of celestial objects isn’t easy, and you can’t just point your smartphone at the night sky and take a snapshot. There are three reasons for that: lack of magnification, lack of shutter control, and lack of stability. Magnification is an obvious problem, because your smartphone likely doesn’t have any kind of optical zoom. Shutter control is important because you need a very long exposure time in order to pick up the relatively weak light coming from celestial bodies. A stable mount is necessary for those long exposure photos. But if you already have a telescope, you can use a Raspberry Pi to outfit it for astrophotography .

This project is highly dependent on the telescope you’re using and you’ll want a model with decent optics and ideally a mount that can compensate for the rotation of the Earth. Santiago Rodriguez, the creator of the Hubble Pi, is using a Sky-Watcher Skymax 90 telescope. That model costs about $190, plus the price of the mount (which can easily cost more than the telescope itself). The Hubble Pi setup will, however, work with any telescope that has a 1.25" eyepiece. That’s because you’re going to use a 1.25" male to C-mount adapter to attach the camera to the telescope.

That camera is Raspberry Pi’s official new HQ Camera Module, which has a nice 12 megapixel sensor. With the adapter, you’re basically turning the telescope into a huge lens for that camera. The camera module connects to a Raspberry Pi 4 (2GB) SBC. Two important pieces of software are running on that: KStars to locate celestial objects and point the telescope at them, and AstroCam to control the camera settings. A 3.5” 320x480 touchscreen LCD is used to change those settings. A telescope phone mount is great for attaching the Raspberry Pi directly to your telescope. Follow the Hubble Pi documentation to configure the Raspberry Pi and software, and then you’ll be taking pictures of the moon and other planets in no time!


ดูวิดีโอ: 30 ป กลองHubble ดวงตาแหงจกรวาล (กันยายน 2022).