在经历了三十多年的革命性宇宙发现之后,哈勃太空望远镜正在对其运行进行新的调整,并进入其划时代任务的暮年。
NASA 表示,哈勃目前仍处于良好状态,它以每小时 17,000 英里的速度在地球上方约 320 英里的轨道上运行,但该天文台自5 月 24 日以来一直处于“安全模式”。这仅仅是望远镜科学运行暂停的日益频繁的安全模式事件系列中的最新一起。最近的这些中断事件大多与来自一个故障陀螺仪的错误读数有关。陀螺仪是一种利用高速旋转轮的角动量来测量哈勃望远镜在追踪天空目标时转动速度和运动的设备。地面控制人员已多次重置这个麻烦的陀螺仪,但错误读数很快又会重新出现。
如果没有陀螺仪的引导,望远镜几乎就像盲飞一样,无法准确锁定大多数天体。如果没有哈勃——即使是现在,它仍然拥有可见光和紫外光中最清晰的太空天象——通往宇宙的关键窗口将会关闭。哈勃仍然严重“供不应求”——天文学家使用这个术语来形容望远镜的研究提案数量超过其有限的可用观测时间的情况。它还与新的和即将到来的强大的太空望远镜形成了强大的协同效应,用于研究系外行星、爆发的恒星和遥远的星系。
支持科学新闻报道
如果您喜欢这篇文章,请考虑通过以下方式支持我们屡获殊荣的新闻报道 订阅。通过购买订阅,您正在帮助确保有关塑造我们当今世界的发现和想法的具有影响力的故事能够继续存在。
哈勃携带六个陀螺仪,全部安装于 2009 年最后一次航天飞机维修望远镜的任务期间。包括这个有问题的陀螺仪在内,只有三个陀螺仪仍然处于活动状态。通常,这三个陀螺仪协同工作,以高效且精确地操纵和指向望远镜。
但一种新的“常态”现在已经到来。在 6 月 4 日的新闻发布会上,NASA 官员宣布,该航天机构正在将哈勃望远镜过渡到“单陀螺仪模式”,这是一项在望远镜可用陀螺仪数量减少的情况下继续科学运行的应急计划。这次过渡将使哈勃望远镜仅剩一个完全正常运行的陀螺仪作为备用,并且需要重新配置航天器和地面控制,以及修订所有科学观测计划。但官员表示,该望远镜应该会在 6 月中旬恢复运行。
NASA 天体物理学部主任马克·克拉姆平在新闻发布会上表示:“在运行方面,我们认为这是支持哈勃望远镜在本十年及未来十年开展科学工作的最佳方法,因为其进行的大部分观测将完全不受此变化的影响。” “单陀螺仪模式实际上使哈勃望远镜恢复了稳定的科学运行,这非常重要,并且它使我们能够保持另一个陀螺仪工作,尽管我们将使其保持通电状态以备将来使用。”
单陀螺仪模式是在 20 多年前的哥伦比亚号航天飞机灾难之后制定的,该灾难暂停了未来哈勃维修任务的计划。单陀螺仪模式涉及一个多步骤过程,该过程依赖于其他机载仪器来替代望远镜失效的陀螺仪。第一步是使用哈勃望远镜的磁力计和太阳传感器以及一个陀螺仪来确定航天器相对于地球和太阳的方位。这使哈勃能够指向目标 10 度以内的范围,之后天文台的星 Tracker,然后是精细制导传感器分别进行调整,最终将其对准目标的精度提高到 150 毫角秒以内。
NASA 表示,这接近于正常三陀螺仪模式所达到的精度,这相当于将激光束指向 200 多英里外的一角硬币——并且,对于哈勃望远镜一些最精细的观测,需要保持长达 24 小时的时间。事实上,自 2021 年以来,望远镜的所有科学观测都依赖于单陀螺仪模式的一个版本,使用三个陀螺仪来回转到目标,然后在数据收集开始后,通过单个陀螺仪和精细制导传感器来稳定其视野。
NASA 戈达德太空飞行中心的哈勃项目经理帕特里克·克劳斯在昨天的新闻发布会上表示:“我们仍然相信,在 2020 年代剩余时间和 2030 年代,我们有很高的可靠性和可能性非常成功地运行哈勃望远镜,进行开创性的科学研究。”“我们仍然得出结论,在 2035 年之前,至少有一个陀螺仪运行的概率大于 70%……因此,我们不认为哈勃望远镜已到末日。我们确实认为它是一个非常有能力的天文台。我们已准备好与其他在轨天文台以及将加入我们轨道的天文台一起开展激动人心的科学研究。”
然而,单陀螺仪模式仍然会对哈勃望远镜的性能施加新的限制。该天文台现在需要更多时间来寻找任何给定的目标,使其变得更加迟缓,并降低其观测调度的效率。这种迟缓也意味着哈勃望远镜现在回转得太慢,无法追踪火星轨道内的物体,尽管克劳斯指出,此类观测历来占望远镜工作的不到 1%。这一变化还将大大减少哈勃望远镜在任何给定时间可访问的天空区域,从而阻碍其研究超新星和其他需要快速响应的短暂天体物理爆发的能力。
太空望远镜科学研究所 (STScI) 的哈勃任务负责人汤姆·布朗说:“单陀螺仪模式将哈勃望远镜可以观测的天空区域减少了大约一半,但这只是在任何一个时间点,整个天空将在一年中进入视野。”
NASA 前哈勃项目科学家、现已退休的爱德华·郑说:“基本上,如果你是一位希望使用哈勃望远镜研究瞬变现象的天文学家,那么转向单陀螺仪模式可能会让你有点紧张。”“但我认为大多数其他观测不会受到太大影响。我个人的感觉是,在做出这一改变后,哈勃仍然会 100% 供不应求。”
克劳斯在新闻发布会上援引2016 年一项研究的估计数据,承认过渡到单陀螺仪模式可能会使哈勃望远镜的总体科学生产力降低高达 25%。
这种降低,再加上安全模式事件的趋势性增加以及哈勃望远镜轨道逐渐衰减——预计将在 2030 年代中期至后期将望远镜拉入火热的大气层再入——重新点燃了一些方面呼吁 NASA 再次进行载人维护任务,再次拯救其最具标志性的天文台。
干预措施至少需要与哈勃望远镜会合以将其提升到更高的高度,但也可能需要宇航员进行舱外活动,以安装新的陀螺仪或星 Tracker。在没有航天飞机的情况下,这次过程将依赖于不同的运载工具,例如 SpaceX 的载人龙飞船,该飞船作为太空行走宇航员的支持运载工具仍未经测试。亿万富翁兼私人宇航员贾里德·艾萨克曼与 SpaceX 合作,已向 NASA 提议了这样一项任务,甚至表示愿意基本上自己出资。但由于担心哈勃望远镜的科学以及任何机组人员的安全,该航天机构的反应一直冷淡。
在新闻发布会上,克拉姆平明确表示,NASA 的保留态度仍然没有改变。“在探索了当前的商业能力后,我们目前不打算进行轨道提升,”他说。“虽然轨道提升是未来的一个选项,但我们认为我们需要做一些额外的工作来确定长期科学回报是否会超过短期科学风险……目前,我们正在退后一步。”