老化的哈勃空間望遠(yuǎn)鏡轉(zhuǎn)向“單陀螺儀”操作

在超過(guò)34年的時(shí)間里，哈勃空間望遠(yuǎn)鏡之所以能提供非凡的宇宙景象，部分原因是它可以快速、精確地瞄準(zhǔn)，在1600多公里外保持激光穩(wěn)定。據(jù)《科學(xué)》報(bào)道，現(xiàn)在，硬件故障迫使美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）為其選擇一個(gè)速度較慢的指向系統(tǒng)，盡管它仍然精確，但會(huì)降低望遠(yuǎn)鏡的效率，限制它所能做的科學(xué)研究。

哈勃空間望遠(yuǎn)鏡用陀螺儀測(cè)量它在太空中的運(yùn)動(dòng)，陀螺儀是一種快速旋轉(zhuǎn)的輪子，可以感知來(lái)自三個(gè)方向的力。但是現(xiàn)在望遠(yuǎn)鏡剩下的3個(gè)陀螺儀中有1個(gè)出了故障。為保證下一次故障時(shí)仍有一個(gè)能正常工作的陀螺儀，哈勃空間望遠(yuǎn)鏡接下來(lái)將只依靠一個(gè)陀螺儀進(jìn)行定位。

“我們相信這是支持哈勃空間望遠(yuǎn)鏡順利度過(guò)這十年并進(jìn)入下一個(gè)十年的最佳方法?！盢ASA天體物理學(xué)部門主任Mark Clampin說(shuō)。

NASA的哈勃空間望遠(yuǎn)鏡項(xiàng)目經(jīng)理Patrick Crouse透露，這樣做的代價(jià)是觀測(cè)時(shí)間減少了大約12%，整體科學(xué)產(chǎn)出減少了25%。

盡管天文學(xué)家多年來(lái)一直在為這一時(shí)刻做準(zhǔn)備，但他們?nèi)栽谂m應(yīng)這一新的現(xiàn)實(shí)?！拔也⒉徽痼@，我很難過(guò)?！钡聡?guó)馬克斯·普朗克天文研究所的Laura Kreidberg說(shuō)。

哈勃空間望遠(yuǎn)鏡的陀螺儀每分鐘旋轉(zhuǎn)19200轉(zhuǎn)，精確但脆弱。為了對(duì)其進(jìn)行維護(hù)，維修任務(wù)已在望遠(yuǎn)鏡的使用壽命期內(nèi)向其運(yùn)送了16個(gè)替換陀螺儀。現(xiàn)在，只剩下最后2個(gè)了。在標(biāo)準(zhǔn)的三陀螺模式下，這些設(shè)備通過(guò)其精確的制導(dǎo)傳感器幫助望遠(yuǎn)鏡快速建立和維持視野。

然而，在單陀螺儀模式下，哈勃空間望遠(yuǎn)鏡必須依賴其他傳感器。首先，望遠(yuǎn)鏡使用單陀螺儀同時(shí)測(cè)量太陽(yáng)位置和地球磁場(chǎng)，以達(dá)到目標(biāo)的10°或20個(gè)月球直徑以內(nèi)。然后由恒星跟蹤器接手，在最終將任務(wù)移交給精細(xì)制導(dǎo)傳感器之前，逐漸接近目標(biāo)。緩慢的過(guò)程將阻止哈勃空間望遠(yuǎn)鏡跟蹤快速移動(dòng)的目標(biāo)，如月球或太陽(yáng)系內(nèi)的小行星，盡管這些目標(biāo)通常只占其計(jì)劃觀測(cè)的1%或更少。

一個(gè)更大的限制來(lái)自這樣一個(gè)事實(shí)，即從望遠(yuǎn)鏡中部以固定角度向外觀測(cè)的恒星跟蹤器如果被地球阻擋，它將不起作用。這使哈勃空間望遠(yuǎn)鏡在任何時(shí)刻都能有把握地指向的天空面積減半——從82%到大約40%。

在一年的時(shí)間里，該望遠(yuǎn)鏡仍將能夠看到整個(gè)天空，但其瞬時(shí)視場(chǎng)減半將阻礙其發(fā)現(xiàn)超新星等遙遠(yuǎn)瞬態(tài)現(xiàn)象的能力。太空望遠(yuǎn)鏡科學(xué)研究所的哈勃任務(wù)負(fù)責(zé)人Thomas Brown說(shuō)，恒星爆炸已經(jīng)很罕見了，現(xiàn)在還必須在“天空的正確部分”觀測(cè)它。

有限的視野也可能對(duì)系外行星天文學(xué)家?guī)?lái)打擊，他們從地球角度觀察系外行星穿過(guò)恒星表面的時(shí)刻來(lái)辨別外星大氣的組分。為詳細(xì)捕捉一顆系外行星的凌日現(xiàn)象，哈勃空間望遠(yuǎn)鏡必須在極其精確的時(shí)間和位置反復(fù)觀測(cè)。美國(guó)達(dá)特茅斯學(xué)院的博士候選人Keighley Rockcliffe說(shuō)：“我的直覺(jué)是，在單陀螺儀模式下，可能需要幾年時(shí)間才能成功觀測(cè)到這種現(xiàn)象。”

單陀螺操作也可能使哈勃空間望遠(yuǎn)鏡更難與新的韋布空間望遠(yuǎn)鏡同時(shí)觀測(cè)同一片天空。天文學(xué)家希望用兩臺(tái)望遠(yuǎn)鏡同時(shí)瞄準(zhǔn)系外行星，因?yàn)樗鼈儗?duì)光譜的不同部分敏感，綜合數(shù)據(jù)將有助于揭示行星大氣中較小的原子種類和較大的分子。

哈勃空間望遠(yuǎn)鏡最后一次維修和升級(jí)是在2009年。NASA沒(méi)有在未來(lái)進(jìn)行更換陀螺儀或其他儀器的計(jì)劃。

根據(jù)Crouse的說(shuō)法，NASA估計(jì)，到2035年，哈勃空間望遠(yuǎn)鏡至少有一個(gè)可用陀螺儀的可能性超過(guò)70%。Brown補(bǔ)充道，單陀螺儀模式的低效率估計(jì)是“相當(dāng)保守的”，一旦望遠(yuǎn)鏡的觀測(cè)針對(duì)新模式進(jìn)行了優(yōu)化，“實(shí)際上可能不會(huì)損失那么多”。