تلسكوب هابل الفضائي (Hubble Space Telescope)

تم إطلاق تلسكوب هابل الفضائي (HST أو Hubble)، وهو تلسكوب فضائي، إلى مدار أرضي منخفض في عام 1990 ولا يزال قيد التشغيل. على الرغم من أنه ليس التلسكوب الفضائي الافتتاحي، إلا أنه يعد واحدًا من أكبر التلسكوبات وأكثرها تنوعًا، ويُعترف به كأداة بحثية مهمة وأصلًا قيمًا للمشاركة العامة في علم الفلك. سُمي على اسم عالم الفلك إدوين هابل، وهو أحد مكونات برنامج المراصد الكبرى التابع لناسا. يتولى معهد علوم التلسكوب الفضائي (STScI) مسؤولية اختيار أهداف رصد هابل ومعالجة البيانات الناتجة، بينما يقوم مركز جودارد لرحلات الفضاء (GSFC) بإدارة عمليات المركبة الفضائية.

تلسكوب هابل الفضائي (HST أو هابل) هو تلسكوب فضائي تم إطلاقه إلى مدار أرضي منخفض في عام 1990 وما زال قيد التشغيل. لم يكن التلسكوب الفضائي الأول، لكنه واحد من أكبر التلسكوبات وأكثرها تنوعًا، ويشتهر كأداة بحث حيوية ونعمة علاقات عامة لعلم الفلك. تم تسمية تلسكوب هابل الفضائي على اسم عالم الفلك إدوين هابل، وهو أحد مراصد ناسا العظيمة. يختار معهد علوم التلسكوب الفضائي (STScI) أهداف هابل ويعالج البيانات الناتجة، بينما يتحكم مركز جودارد لرحلات الفضاء (GSFC) في المركبة الفضائية.

تم تجهيز هابل بمرآة مقاس 2.4 متر (7 قدم 10 بوصات)، وتقوم أجهزته الأساسية الخمسة بإجراء عمليات رصد عبر المناطق فوق البنفسجية والمرئية والقريبة من الأشعة تحت الحمراء من الطيف الكهرومغناطيسي. يتيح موقعه المداري، الخالي من التأثيرات المشوهة للغلاف الجوي للأرض، التقاط صور عالية الدقة بشكل استثنائي مع إضاءة خلفية منخفضة بشكل كبير مقارنة بالتلسكوبات الأرضية. سجل التلسكوب بعضًا من صور الضوء المرئي الأكثر تفصيلاً، مما يوفر رؤى غير مسبوقة للكون. سهلت عمليات رصد هابل العديدة تحقيق اختراقات كبيرة في الفيزياء الفلكية، بما في ذلك تحديد معدل توسع الكون.

قامت وكالة ناسا بتمويل وبناء تلسكوب هابل الفضائي في السبعينيات، بمساهمات من وكالة الفضاء الأوروبية. على الرغم من أن إطلاقه كان مخططًا له في البداية في عام 1983، إلا أن المشروع واجه تحديات كبيرة، بما في ذلك التأخير الفني، وقيود الميزانية، وكارثة تشالنجر عام 1986. تم إطلاق هابل أخيرًا على متن STS-31 في عام 1990؛ ومع ذلك، فقد تم تأريض المرآة الأساسية بشكل غير صحيح، مما أدى إلى انحراف كروي أدى إلى الإضرار بأداء التلسكوب. تم تصحيح هذا الخلل البصري إلى الجودة المقصودة خلال مهمة الخدمة STS-61 في عام 1993.

يتميز هابل بكونه التلسكوب الوحيد المصمم للصيانة في الفضاء بواسطة رواد الفضاء. تم إجراء خمس بعثات لمكوك فضائي لإصلاح وتحديث واستبدال أنظمة مختلفة على التلسكوب، بما في ذلك جميع أدواته الرئيسية الخمسة. تم إلغاء المهمة الخامسة في البداية بسبب مخاوف تتعلق بالسلامة في أعقاب كارثة كولومبيا في عام 2003، ولكن تمت الموافقة عليها لاحقًا من قبل مدير وكالة ناسا مايكل د. غريفين واكتملت في عام 2009. وتجاوز هابل 30 عامًا من التشغيل في أبريل 2020، ومن المتوقع أن يمتد عمره التشغيلي حتى عام 2030 إلى عام 2040.

يعمل هابل كمرصد للضوء المرئي ضمن برنامج المراصد الكبرى التابع لناسا؛ يتم توفير الملاحظات الطيفية التكميلية من قبل مرصد كومبتون لأشعة جاما، ومرصد شاندرا للأشعة السينية، وتلسكوب سبيتزر الفضائي، الذي يغطي نطاقات الأشعة تحت الحمراء. يُعد تلسكوب جيمس ويب الفضائي (JWST)، الذي تم إطلاقه في 25 ديسمبر 2021، بمثابة خليفة هابل لرصد الأشعة تحت الحمراء المتوسطة إلى الضوء المرئي، ومن المقرر إطلاق تلسكوب نانسي جريس رومان الفضائي في عام 2027.

المفهوم والتصميم والهدف

الاقتراحات والسلائف

في عام 1923، نشر هيرمان أوبرث، المعروف كرائد في مجال الصواريخ الحديثة إلى جانب روبرت جودارد وكونستانتين تسيولكوفسكي، Die Rkete zu den Planetenräumen (وترجمته "الصاروخ إلى الفضاء الكوكبي")، وهو العمل الذي طرح مفهوم دفع التلسكوب إلى مدار الأرض عبر صاروخ.

يمكن إرجاع نشأة تلسكوب هابل الفضائي إلى الورقة البحثية التي كتبها عالم الفلك ليمان سبيتزر عام 1946، بعنوان "المزايا الفلكية لمرصد خارج كوكب الأرض". في هذا العمل الأساسي، حدد سبيتزر فائدتين أساسيتين للمرصد الفضائي مقارنة بالتلسكوبات الأرضية. أولاً، الدقة الزاوية - التي تُعرف بأنها الحد الأدنى للفصل الذي يمكن من خلاله تمييز الأجسام المميزة - ستكون محدودة فقط بالحيود، وليس بالاضطرابات الجوية، وهي ظاهرة يشير إليها علماء الفلك باسم "الرؤية" التي تسبب وميض النجوم. في ذلك الوقت، كانت التلسكوبات الأرضية مقيدة بدقة تبلغ 0.5-1.0 ثانية قوسية، على عكس الدقة النظرية المحدودة للحيود والتي تبلغ حوالي 0.05 ثانية قوسية لتلسكوب بصري يتميز بمرآة قطرها 2.5 متر (8 قدم 2 بوصة). ثانيًا، من شأن التلسكوب الفضائي أن يمكّن من مراقبة الأشعة تحت الحمراء والأشعة فوق البنفسجية، والتي يمتصها الغلاف الجوي للأرض بشكل كبير.

خصص سبيتزر جزءًا كبيرًا من حياته المهنية للدعوة إلى تطوير تلسكوب فضائي. في عام 1962، أوصى تقرير صادر عن الأكاديمية الوطنية الأمريكية للعلوم رسميًا بإدراج تطوير التلسكوب الفضائي ضمن برنامج الفضاء الوطني. وبعد ذلك، في عام 1965، تم تعيين سبيتزر لرئاسة لجنة مكلفة بتحديد الأهداف العلمية لتلسكوب فضائي كبير.

كانت مساهمات نانسي جريس رومان، والتي غالبًا ما تُعرف باسم "أم هابل"، لا غنى عنها أيضًا. قبل تصنيفه رسميًا كمشروع تابع لناسا، ألقت محاضرات عامة تؤكد على الإمكانات العلمية الكبيرة للتلسكوب. بعد الموافقة عليه، تولت دور عالمة البرنامج، وأنشأت اللجنة التوجيهية المسؤولة عن ترجمة المتطلبات الفلكية إلى تطبيقات عملية والدعوة باستمرار إلى التمويل المستدام للتلسكوب من خلال شهادات الكونجرس خلال السبعينيات. كان لولايتها كعالمة مشروع دور فعال في وضع معايير تشغيلية لإدارة ناسا للمساعي العلمية واسعة النطاق.

بدأ ظهور علم الفلك الفضائي على نطاق محدود بعد الحرب العالمية الثانية، مع الاستفادة من التقدم في تكنولوجيا الصواريخ. تم الحصول على الطيف فوق البنفسجي الأولي للشمس في عام 1946، قبل إطلاق ناسا عام 1962 للمرصد الشمسي المداري (OSO) لجمع أطياف الأشعة فوق البنفسجية والأشعة السينية وأشعة جاما. في الوقت نفسه، نشرت المملكة المتحدة تلسكوبًا شمسيًا مداريًا في عام 1962 كجزء من برنامج أرييل، وفي عام 1966، بدأت وكالة ناسا أول مهمة للمرصد الفلكي المداري (OAO). ومع ذلك، انتهت مهمة OAO-1 قبل الأوان بعد ثلاثة أيام بسبب عطل في البطارية. بعد ذلك، أجرى المرصد الفلكي المداري 2 (OAO-2) عمليات رصد للأجرام السماوية والمجرات فوق البنفسجية منذ إطلاقه عام 1968 حتى عام 1972، وهو ما يتجاوز بشكل كبير العمر التشغيلي المتوقع لمدة عام واحد.

أثبتت بعثتا OSO وOAO بشكل لا لبس فيه الفائدة الحاسمة لعمليات الرصد الفضائية في مجال البحوث الفلكية. بحلول عام 1968، كانت ناسا قد صاغت مقترحات ملموسة لتلسكوب عاكس فضائي، يتميز بمرآة قطرها 3 أمتار (9.8 قدم)، تم تعيينه مؤقتًا باسم التلسكوب المداري الكبير أو التلسكوب الفضائي الكبير (LST)، مع إطلاق متوقع في عام 1979. وشددت هذه المقترحات على ضرورة إرسال بعثات صيانة مأهولة للتلسكوب لضمان عمر تشغيلي طويل لمثل هذه المهمة المكلفة؛ وفي الوقت نفسه، تشير الخطط المتطورة لمكوك الفضاء القابل لإعادة الاستخدام إلى أن التكنولوجيا المطلوبة ستكون متاحة قريبًا.

جهود الحصول على التمويل

لقد عزز النجاح المستمر لبرنامج OAO الإجماع المتزايد داخل المجتمع الفلكي فيما يتعلق بالأهمية القصوى لـ LST كهدف أساسي. في عام 1970، شكلت ناسا لجنتين متميزتين: إحداهما مكلفة بالتطوير الهندسي لمشروع التلسكوب الفضائي، والأخرى مخصصة لتحديد الأهداف العلمية للمهمة. بعد وضع هذه المعايير، كان التحدي التالي الذي واجهته ناسا يتمثل في تأمين التمويل للأداة، والتي كان من المتوقع أن تكون أكثر تكلفة بكثير من أي تلسكوب أرضي. قام الكونجرس الأمريكي بفحص جوانب عديدة من ميزانية التلسكوب المقترحة، وفرض تخفيضات في مخصصات مرحلة التخطيط، والتي شملت بعد ذلك دراسات شاملة للأجهزة والأجهزة المحتملة. وفي نهاية المطاف، أدت التخفيضات واسعة النطاق في الإنفاق العام في عام 1974 إلى قيام الكونجرس بإلغاء كل التمويل لمشروع التلسكوب بشكل كامل.

في عام 1977، اقترح جيمس سي. فليتشر، مدير ناسا آنذاك، تخصيصًا اسميًا قدره 5 ملايين دولار لمشروع هابل ضمن ميزانية ناسا. ومع ذلك، اختار نويل هينرز، المدير المساعد لعلوم الفضاء في ناسا في ذلك الوقت، إلغاء كل التمويل لهابل، متوقعًا أن هذا الإجراء سيجبر المجتمع العلمي على الدعوة بقوة للحصول على الدعم المالي الكامل. روى هينرز:

كان من الواضح في ذلك العام أن تأمين التخصيص الأولي الشامل كان أمرًا غير محتمل. كانت هناك معارضة كبيرة داخل الكونجرس فيما يتعلق ببدء مشروع هابل. وكانت هذه المعارضة مدفوعة في المقام الأول، على ما أذكر، بالقيود المفروضة على الميزانية. واقترح جيم فليتشر تخصيص خمسة ملايين كمبلغ مؤقت. لقد وجدت هذا الاقتراح غير مرض. لقد كان ذلك، في اللغة المعاصرة، مجرد استرضاء للمجتمع الفلكي. وكان المعنى الضمني هو أن الحد الأدنى من التخصيص سيكون كافيًا للحفاظ على الرضا.

كان تقييمي هو أنه لتحفيز هذا المجتمع، سيكون وقف التمويل الكامل أكثر فعالية. وهذا من شأنه أن يدفع إلى إدراك المخاطر الشديدة، وبالتالي حشد الدعوة المتضافرة. وبناء على ذلك، أوصيت بعدم أي تخصيص. وعلى الرغم من أنني لا أتذكر تفاصيل أي مناقشات، إلا أن جيم وافق على هذا النهج، مما أدى إلى الإزالة الكاملة للأموال. من وجهة نظري، حقق هذا الإجراء النتيجة المرجوة المتمثلة في حث مجتمع علم الفلك على تكثيف جهود الضغط. ورغم أنني قد أعتبرها بأثر رجعي مناورة سياسية ماهرة، إلا أنني غير متأكد من ما إذا كانت آثارها قد تم أخذها في الاعتبار بشكل كامل في ذلك الوقت. لقد تم اتخاذ القرار بشكل متسرع.

يعتقد المتحدث أن التخفيض الطفيف في الميزانية (على سبيل المثال، خمسة ملايين) لن يعبر بشكل كافٍ عن خطورة الوضع. ولذلك، تم اتخاذ القرار بإلغاء التمويل بالكامل، وهي خطوة تهدف إلى تحفيز أصحاب المصلحة على العمل. وقد أثبتت هذه الاستراتيجية الأحادية فعاليتها، رغم أن المتحدث أبدى تحفظاته بشأن تكرار مثل هذا النهج.

أثبتت هذه الاستراتيجية السياسية فعاليتها. بعد الإزالة الكاملة لتمويل تلسكوب هابل الفضائي من ميزانية ناسا، بدأ علماء الفلك حملة ضغط منسقة على مستوى البلاد. وقد تضمن هذا الجهد تفاعل العديد من علماء الفلك بشكل مباشر مع أعضاء الكونجرس وأعضاء مجلس الشيوخ، إلى جانب حملات كتابة الرسائل المكثفة. كما دعمت الأكاديمية الوطنية للعلوم هذه الجهود من خلال نشر تقرير أكد على الأهمية الحاسمة للتلسكوب الفضائي. ونتيجة لذلك، وافق مجلس الشيوخ في النهاية على نصف الميزانية التي وافق عليها الكونجرس في البداية.

استلزمت قيود الميزانية تقليص نطاق المشروع. على وجه التحديد، تم تخفيض قطر المرآة المقترح من 3 أمتار إلى 2.4 متر، وهو إجراء يهدف إلى تقليل النفقات وتسهيل تكوين أكثر إحكاما وكفاءة لأجهزة التلسكوب. أُلغي تلسكوب فضائي سابق مخطط له بطول 1.5 متر (4 قدم 11 بوصة)، مخصص لاختبار النظام قبل نشر القمر الصناعي الرئيسي. علاوة على ذلك، حفزت الاعتبارات المالية على بذل جهد تعاوني مع وكالة الفضاء الأوروبية (ESA). التزمت وكالة الفضاء الأوروبية بتقديم الدعم المالي، وتوريد إحدى الأدوات الأولية للتلسكوب، وتوفير الخلايا الشمسية اللازمة للطاقة، وتعيين موظفين للعمل على التلسكوب في الولايات المتحدة. وفي المقابل، تم ضمان حصول علماء الفلك الأوروبيين على ما لا يقل عن 15% من وقت مراقبة التلسكوب. في النهاية، وافق الكونجرس على تمويل بقيمة 36 مليون دولار لعام 1978، لتبدأ مرحلة التصميم الجاد للتلسكوب الفضائي الكبير (LST) مع إطلاق متوقع في عام 1983. وفي عام 1983، تم تسمية التلسكوب رسميًا على اسم إدوين هابل، الذي أكد الاكتشاف العلمي الرائد الذي حققه جورج لوميتر في القرن العشرين فيما يتعلق بتوسع الكون.

الإنشاءات والهندسة

بعد الموافقة على مشروع التلسكوب الفضائي، تم توزيع مسؤوليات البرنامج بين العديد من المؤسسات. تم تكليف مركز مارشال لرحلات الفضاء (MSFC) بتصميم التلسكوب وتطويره وبنائه. في الوقت نفسه، تولى مركز جودارد لرحلات الفضاء الإشراف الشامل على الأجهزة العلمية ومركز التحكم الأرضي للبعثة. تعاقدت MSFC مع شركة Perkin-Elmer، وهي شركة بصريات، لتصميم وتصنيع مجموعة التلسكوب البصري (OTA) وأجهزة استشعار التوجيه الدقيق للتلسكوب الفضائي. تم تكليف شركة لوكهيد لاحقًا ببناء ودمج المركبة الفضائية المخصصة لإيواء التلسكوب.

مجموعة التلسكوب البصري

من منظور بصري، يستخدم تلسكوب هابل الفضائي (HST) تصميمًا عاكسًا من شركة Ritchey-Chrétien Cassegrain، وهو تكوين شائع بين التلسكوبات الاحترافية الكبيرة. يوفر هذا التصميم الخاص، الذي يتميز بمرآتين زائديتين، أداءً تصويريًا ممتازًا عبر مجال رؤية واسع؛ ومع ذلك، فإن عيبها يكمن في متطلبات التصنيع والاختبار المعقدة لهذه الأشكال المرآة. يعتمد الأداء النهائي للتلسكوب على مرآته وأنظمته البصرية، والتي تم تصميمها وفقًا لمواصفات صارمة. في حين أن التلسكوبات البصرية التقليدية تتميز عمومًا بمرايا مصقولة بدقة تصل إلى حوالي عُشر الطول الموجي للضوء المرئي، فإن التلسكوب الفضائي كان مخصصًا لعمليات الرصد التي تمتد من الطيف المرئي إلى الأشعة فوق البنفسجية (الأطوال الموجية الأقصر) وتم تحديده ليكون محدود الحيود لاستغلال مزايا بيئته الفضائية بشكل كامل. ونتيجة لذلك، تطلبت مرآتها الأساسية تلميعًا بدقة استثنائية تبلغ 10 نانومتر، أي ما يعادل حوالي 1/65 من الطول الموجي للضوء الأحمر. على العكس من ذلك، لم يتم تحسين مجموعة التلسكوب البصري (OTA) لأداء الأشعة تحت الحمراء عند نهاية الطول الموجي الأطول؛ على سبيل المثال، يتم الحفاظ على مراياها في درجات حرارة مستقرة ودافئة نسبيًا (حوالي 15 درجة مئوية) باستخدام السخانات. يؤدي اختيار التصميم هذا إلى تقييد قدرات هابل باعتباره تلسكوبًا يعمل بالأشعة تحت الحمراء.

خططت شركة Perkin-Elmer (PE) في البداية لاستخدام آلات تلميع متقدمة للغاية ومصممة خصيصًا ويتم التحكم فيها بواسطة الكمبيوتر لتحقيق الانحناء الدقيق المطلوب للمرآة. ومع ذلك، وتوقعًا للتحديات المحتملة التي قد تواجهها هذه التكنولوجيا المتطورة، كلفت ناسا شركة PE بالتعاقد من الباطن مع شركة Kodak لتصنيع مرآة احتياطية باستخدام منهجيات تلميع المرآة التقليدية. ومن الجدير بالذكر أن عرضًا مشتركًا من Kodak وItek لأعمال تلميع المرآة الأولية قد اقترح عملية تحقق متبادلة، والتي من المحتمل أن تحدد عيب التلميع الذي أدى لاحقًا إلى حدوث مشكلات. تُعرض المرآة الاحتياطية التي تنتجها كوداك حاليًا بشكل دائم في المتحف الوطني للطيران والفضاء. وفي الوقت نفسه، تم الآن دمج مرآة Itek، التي تم تطويرها خلال نفس المبادرة، في التلسكوب الذي يبلغ قطره 2.4 متر في مرصد ماجدالينا ريدج.

بدأ تصنيع مرآة بيركين-إلمر في عام 1979، باستخدام قطعة فارغة مكونة من زجاج كورنينج فائق التمدد. لتقليل كتلتها، قامت المرآة بدمج صفائح علوية وسفلية بسمك 25 مم (0.98 بوصة)، والتي تحتوي على هيكل شبكي على شكل قرص العسل. استخدمت شركة بيركين إلمر 130 قضيبًا، مطبقة قوى مختلفة من الخلف، لمحاكاة ظروف الجاذبية الصغرى، وبالتالي ضمان الشكل الدقيق للمرآة والالتزام بالمواصفات عند النشر. امتدت عمليات تلميع المرآة حتى مايو 1981. أثارت تقارير ناسا المعاصرة مخاوف بشأن إطار عمل إدارة بيركين إلمر، مما أدى إلى التأخير وتجاوز التكاليف في عملية التلميع. ونتيجة لذلك، ولتخفيف النفقات، علقت ناسا العمل على المرآة الاحتياطية وأعادت جدولة إطلاق التلسكوب إلى أكتوبر 1984. تم الانتهاء من المرآة الأساسية بحلول نهاية عام 1981، وخضعت لعملية تنظيف باستخدام 9100 لتر (2000 جالون إمبراطوري؛ 2400 جالون أمريكي) من الماء الساخن منزوع الأيونات، يليها تطبيق طلاء عاكس من الألومنيوم بسمك 65 نانومتر وطبقة بسمك 25 نانومتر. طبقة واقية من فلوريد المغنسيوم.

ظهرت مخاوف مستمرة بشأن كفاءة بيركين إلمر في إدارة مثل هذا المسعى الحاسم مع استمرار تصاعد الميزانية والجدول الزمني لمكونات جمعية التلسكوب البصري (OTA) المتبقية. استجابةً لجدول زمني وصف بأنه "غير مستقر ومتغير يوميًا"، قامت ناسا في البداية بتأجيل إطلاق التلسكوب حتى أبريل 1985. استمرت الجداول الزمنية لمشروع بيركين إلمر بعد ذلك في مواجهة التأخير، بمتوسط ​​شهر تقريبًا لكل ربع سنة، مع ظهور بعض الفترات تأخيرًا لمدة يوم واحد لكل يوم عمل. أجبرت هذه المشكلات المستمرة وكالة ناسا على تأجيل الإطلاق مرة أخرى، أولاً إلى مارس ثم إلى سبتمبر 1986. وبحلول هذه المرحلة، تصاعدت ميزانية المشروع التراكمية إلى 1.175 مليار دولار.

أنظمة المركبات الفضائية

شكل تصميم وبناء المركبة الفضائية المخصصة لإيواء التلسكوب وأجهزته تحديًا هندسيًا كبيرًا. كان هذا الهيكل مطلوبًا لتحمل التحولات المتكررة من التعرض لأشعة الشمس المباشرة إلى ظل الأرض، الأمر الذي من شأنه أن يحدث تقلبات حرارية كبيرة، مع الحفاظ في الوقت نفسه على استقرار كافٍ لتوجيه التلسكوب بدقة عالية. تم دمج غطاء عازل متعدد الطبقات لضمان الاستقرار الحراري داخل التلسكوب، مغلفًا بغلاف خفيف الوزن من الألومنيوم يحتوي على التلسكوب وأجهزته. داخليًا، يوفر إطار من الجرافيت والإيبوكسي محاذاة صارمة للمكونات التشغيلية للتلسكوب. نظرًا للخصائص الاسترطابية لمركبات الجرافيت، كان هناك خطر محتمل حيث يمكن لبخار الماء الممتص بواسطة الجمالون داخل غرفة لوكهيد النظيفة أن ينطلق لاحقًا في فراغ الفضاء، مما يؤدي إلى تراكم الجليد على أدوات التلسكوب. للتخفيف من هذا الخطر، تم إجراء عملية تطهير لغاز النيتروجين قبل إطلاق التلسكوب إلى الفضاء.

بالإضافة إلى أنظمة الطاقة الكهربائية، فإن نظام التحكم في التأشير هو المسؤول عن إدارة اتجاه تلسكوب هابل الفضائي (HST). يستخدم هذا النظام خمسة أنواع مختلفة من أجهزة الاستشعار - تشمل أجهزة استشعار مغناطيسية، وأجهزة استشعار بصرية، وستة جيروسكوبات - إلى جانب فئتين من المحركات: عجلات رد الفعل وعزم الدوران المغناطيسي.

على الرغم من التقدم في بناء المركبة الفضائية التي تحتوي على التلسكوب والأدوات مع تعقيدات أقل مقارنة بمجموعة التلسكوب البصري (OTA)، إلا أن شركة لوكهيد لا تزال تواجه تجاوزات في الميزانية والجدول الزمني. بحلول صيف عام 1985، تجاوز بناء المركبة الفضائية ميزانيتها بنسبة 30% وتأخر عن الموعد المحدد بثلاثة أشهر. وأشار تقرير صادر عن مركز مارشال لرحلات الفضاء (MSFC) إلى أن شركة لوكهيد كانت تذعن في كثير من الأحيان لتوجيهات وكالة ناسا بدلاً من ممارسة مبادرة مستقلة أثناء مرحلة البناء.

أنظمة الكمبيوتر ومعالجة البيانات

كان تلسكوب هابل الفضائي (HST) يعمل في البداية باستخدام نظامين حاسوبيين أساسيين: نظام DF-224 بتردد 1.25 ميجاهرتز، الذي طورته شركة Rockwell Autonetics ويضم ثلاث وحدات معالجة مركزية زائدة عن الحاجة، واثنين من أنظمة NSSC-1 (كمبيوتر المركبة الفضائية القياسي التابع لوكالة ناسا، النموذج 1)، الذي صممته شركة Westinghouse وGSFC باستخدام منطق الصمام الثنائي والترانزستور (DTL). أثناء مهمة الصيانة 1 في عام 1993، تم دمج معالج مشترك مع DF-224، ويتكون من سلسلتين متكررتين من معالج 80386 المستند إلى Intel إلى جانب معالج رياضي مشترك 80387. تم استبدال نظام DF-224 بأكمله، بما في ذلك المعالج المشترك 386، لاحقًا في عام 1999 أثناء مهمة الخدمة 3A بنظام معالج 80486 قائم على Intel بسرعة 25 ميجا هرتز. قدم الكمبيوتر الذي تمت ترقيته زيادة في السرعة بمقدار عشرين ضعفًا وستة أضعاف الذاكرة مقارنة بسابقه. أدى هذا التحسين إلى تحسين إنتاجية البيانات بشكل كبير من خلال تمكين المركبة الفضائية من أداء المزيد من مهام الحوسبة بشكل مستقل، وبالتالي تقليل الاعتماد على المعالجة الأرضية وتسهيل توفير التكاليف من خلال اعتماد لغات البرمجة الحديثة.

إلى جانب أجهزة الكمبيوتر الأساسية للطيران، تم دمج العديد من الأدوات العلمية ومكوناتها في HST مع أنظمة تحكم مدمجة مخصصة تعتمد على المعالجات الدقيقة. على سبيل المثال، استخدمت مكونات MATs (جهاز الإرسال والاستقبال المتعدد الوصول)، وتحديدًا MAT-1 وMAT-2، معالجات Hughes Aircraft CDP1802CD الدقيقة. استخدمت الكاميرا الكوكبية واسعة المجال الأصلية (WFPC) أيضًا معالجًا دقيقًا RCA 1802، أو ربما متغيرًا سابقًا من 1801. خضعت أداة WFPC-1 هذه للترقية إلى WFPC-2 خلال مهمة الخدمة 1 في عام 1993، والتي تم استبدالها لاحقًا بكاميرا واسعة النطاق 3 (WFC3) أثناء مهمة الخدمة 4 في عام 2009. وقد عززت هذه الترقيات المتعاقبة بشكل كبير قدرات مراقبة هابل، مما مكنه من التعمق في الكون والتقاط الصور عبر ثلاث مناطق طيفية متميزة.

الأجهزة العلمية الأولية

عند إطلاقه، تم تجهيز تلسكوب هابل الفضائي (HST) بخمسة أدوات علمية أساسية: الكاميرا الكوكبية واسعة المجال (WF/PC)، ومطياف جودارد عالي الدقة (GHRS)، ومقياس الضوء عالي السرعة (HSP)، وكاميرا الأجسام الخافتة (FOC)، ومطياف الأجسام الخافتة (FOS). احتل WF/PC حجرة الأجهزة الشعاعية، بينما كانت الأجهزة الأربعة المتبقية موجودة في حجرة الأجهزة المحورية.

كانت الكاميرا الكوكبية واسعة المجال (WF/PC) بمثابة أداة تصوير عالية الدقة، مصممة بشكل أساسي للملاحظات البصرية. تم تطويره بواسطة مختبر الدفع النفاث التابع لناسا، ويضم 48 مرشحًا تم اختيارها خصيصًا لعزل الخطوط الطيفية ذات الأهمية الفيزيائية الفلكية. تتألف الأداة من ثماني شرائح للأجهزة المقترنة بالشحن (CCD)، موزعة بالتساوي بين كاميرتين متميزتين، حيث تستخدم كل كاميرا أربع شرائح CCD. عرضت كل CCD فردية دقة تبلغ 0.64 ميجابكسل. داخل WF/PC، تم تحسين الكاميرا واسعة المجال (WFC) لالتقاط مجال زاوي واسع، وإن كان ذلك مع حل وسط في الدقة، في حين حققت الكاميرا الكوكبية (PC) تكبيرًا أعلى من خلال التصوير بطول بؤري فعال أطول مقارنة برقائق WFC.

كان جهاز Goddard Spectrograph (GHRS) عبارة عن مخطط طيف محسن للأشعة فوق البنفسجية، تم تطويره بواسطة مركز غودارد لرحلات الفضاء، وهو قادر على تحقيق دقة طيفية تبلغ 90.000. تم أيضًا تصميم كاميرا الأجسام الخافتة (FOC) ومقياس طيف الأجسام الخافتة (FOS) لرصد الأشعة فوق البنفسجية وتوفير أعلى دقة مكانية بين جميع أدوات هابل الأولية. تتميز هذه الأدوات الثلاثة عن الأدوات التي تستخدم أجهزة CCD، حيث استخدمت أرقام عد الفوتون ككاشفات أولية لها. كان FOC أحد منتجات وكالة الفضاء الأوروبية (ESA)، بينما تم إنشاء FOS بشكل تعاوني من قبل جامعة كاليفورنيا، سان دييغو، وشركة مارتن ماريتا.

تم تصميم وتصنيع مقياس الضوء عالي السرعة (HSP)، وهو الأداة الأولية النهائية، في جامعة ويسكونسن-ماديسون. تم تحسين هذا الجهاز خصيصًا لرصد النجوم المتغيرة والأجسام الفلكية الأخرى التي تظهر تقلبات في السطوع، وذلك باستخدام الضوء المرئي والأشعة فوق البنفسجية. وكان قادرًا على إجراء ما يصل إلى 100000 قياس في الثانية، مما حقق دقة ضوئية تبلغ حوالي 2% أو أعلى.

يمتلك نظام التوجيه الخاص بتلسكوب هابل الفضائي (HST) وظيفة مزدوجة، ويعمل أيضًا كأداة علمية. يتم استخدام مستشعرات التوجيه الدقيق الثلاثة (FGS) بشكل أساسي للحفاظ على توجيه التلسكوب الدقيق طوال فترات المراقبة. ومع ذلك، فإن هذه المستشعرات قادرة أيضًا على إجراء قياسات فلكية دقيقة للغاية، حيث تصل القياسات إلى الدقة خلال 0.0003 ثانية قوسية.

عمليات الدعم الأرضي

يدير معهد علوم التلسكوب الفضائي (STScI) العمليات العلمية للتلسكوب ويوزع منتجات البيانات على المجتمع الفلكي. يقع STScI، الذي تديره رابطة الجامعات للأبحاث في علم الفلك (AURA)، في بالتيمور، ميريلاند، في حرم هوموود بجامعة جونز هوبكنز. تضم AURA 39 جامعة أمريكية وسبع فروع دولية تابعة لها. وجاء تأسيسها في عام 1981 في أعقاب نزاع كبير بين وكالة ناسا والمجتمع العلمي الأوسع. وبينما فضلت ناسا الاحتفاظ بهذه الوظيفة داخليًا، دعا العلماء إلى وضعها داخل مؤسسة أكاديمية. في الوقت نفسه، قدم مرفق التنسيق الأوروبي لتلسكوب الفضاء (ST-ECF)، الذي تأسس عام 1984 بالقرب من ميونيخ في جارشينج باي ميونخ، دعمًا مماثلًا لعلماء الفلك الأوروبيين حتى عام 2011، عندما تم نقل وظائفه إلى المركز الأوروبي لعلم الفلك الفضائي.

تتضمن المسؤولية الصعبة لـ STScI جدولة عمليات رصد التلسكوب. إن مدار هابل الأرضي المنخفض، الذي تم اختياره لتسهيل مهمات الخدمة، يتسبب في حجب الأرض لمعظم الأهداف الفلكية لما يقرب من نصف كل مدار. علاوة على ذلك، تُحظر عمليات الرصد عندما يعبر التلسكوب شذوذ جنوب المحيط الأطلسي بسبب الإشعاع المتزايد. توجد أيضًا مناطق استبعاد كبيرة حول الشمس (تمنع رصد عطارد)، والقمر، والأرض. يتم الحفاظ على زاوية تجنب الطاقة الشمسية تبلغ حوالي 50 درجة لمنع ضوء الشمس من إضاءة أي مكون من مكونات مجموعة التلسكوب البصري (OTA). يؤدي تجنب الأرض والقمر إلى منع الضوء الساطع من التداخل مع مستشعرات التوجيه الدقيق (FGSs) ويقلل من دخول الضوء المتناثر إلى الأجهزة. ومع ذلك، إذا تم إلغاء تنشيط FGSs، يصبح رصد القمر والأرض ممكنًا. في وقت مبكر من البرنامج، تم استخدام عمليات رصد الأرض لتوليد مجالات مسطحة لأداة WFPC1. توجد "منطقة المشاهدة المستمرة" (CVZ) ضمن مسافة 24 درجة تقريبًا من أقطاب هابل المدارية، حيث تظل الأهداف غير محجوبة لفترات طويلة.

يتغير موقع CVZ تدريجيًا خلال فترة ثمانية أسابيع بسبب الحركة المدارية. نظرًا لأن طرف الأرض يبقى دائمًا ضمن حوالي 30 درجة من مناطق CVZ، فيمكن زيادة شدة الضوء الأرضي المتناثر لفترات طويلة أثناء عمليات رصد CVZ. يحافظ هابل على مدار أرضي منخفض على ارتفاع تقريبي يبلغ 540 كيلومترًا (340 ميلًا) وميل قدره 28.5 درجة. يتطور موقعه المداري بشكل غير متوقع مع مرور الوقت. يمكن أن تؤدي الاختلافات في كثافة الغلاف الجوي العلوي، والتي تتأثر بعوامل عديدة، إلى خطأ في التنبؤ الموضعي يصل إلى 4000 كيلومتر (2500 ميل) لهابل على مدى ستة أسابيع. ونتيجة لذلك، عادة ما يتم الانتهاء من جداول المراقبة قبل أيام قليلة فقط، حيث إن زيادة المهلة الزمنية قد يؤدي إلى أن يصبح الهدف غير قابل للرصد بحلول وقت المراقبة المقرر. يتم تقديم الدعم الهندسي لـ HST من قبل وكالة ناسا وموظفي المقاول في مركز جودارد لرحلات الفضاء في جرينبيلت بولاية ماريلاند، والذي يقع على بعد 48 كم (30 ميل) جنوب STScI. تتم مراقبة عمليات هابل بشكل مستمر من قبل أربعة فرق من مراقبي الطيران، وتشكل بشكل جماعي فريق عمليات طيران هابل.

التحدي الكوارث والتأخيرات والإطلاق اللاحق

على الرغم من أن إطلاق هابل المخطط له في أكتوبر 1986 بدا ممكنًا بحلول يناير من ذلك العام، إلا أن كارثة تشالنجر أوقفت برنامج الفضاء الأمريكي لاحقًا، وأوقفت أسطول المكوك، واستلزم تأجيل الإطلاق لعدة سنوات. طوال هذا التأخير، تم الحفاظ على التلسكوب في غرفة نظيفة، وتم تزويده بالطاقة وتطهيره بالنيتروجين حتى يمكن ترتيب موعد إطلاق جديد. أدى هذا المأزق الباهظ التكلفة، الذي كلف حوالي 6 ملايين دولار شهريًا، إلى زيادة كبيرة في إجمالي تكاليف المشروع. ومع ذلك، فقد أتاح التأجيل للمهندسين الفرصة لإجراء اختبارات مكثفة، واستبدال بطارية يحتمل أن تكون معرضة للفشل، وتنفيذ تحسينات إضافية. علاوة على ذلك، فإن البرمجيات الأرضية الضرورية للتحكم في هابل كانت غير مكتملة في عام 1986 ولم تكن جاهزة إلا بشكل هامشي عند إطلاقها في عام 1990. بعد استئناف الرحلات المكوكية، نجح المكوك الفضائي ديسكفري في نشر هابل في 24 أبريل 1990، أثناء مهمة STS-31.

بحلول وقت الإطلاق، بلغ إجمالي إنفاق ناسا على المشروع حوالي 4.7 مليار دولار، بعد تعديله وفقًا للتضخم إلى دولارات 2010. تقدر التكاليف التراكمية لهابل بحوالي 11.3 مليار دولار أمريكي في عام 2015، بما في ذلك جميع نفقات الخدمة اللاحقة باستثناء تكاليف التشغيل المستمرة. وهذا يجعلها المهمة العلمية الأكثر تكلفة في تاريخ ناسا.

قائمة أدوات هابل

تم تجهيز تلسكوب هابل الفضائي بخمسة أجهزة علمية في وقت واحد، بالإضافة إلى أجهزة استشعار التوجيه الدقيقة. على الرغم من أنها تستخدم في المقام الأول لتوجيه التلسكوب بدقة، إلا أن هذه المستشعرات تقوم أيضًا بإجراء قياسات فلكية علمية عرضية. تمت ترقية الأجهزة الأولية تدريجيًا بإصدارات أكثر تطورًا خلال مهام خدمة المكوك الفضائي اللاحقة. يشغل COSTAR، وهو نظام بصريات تصحيحي، إحدى فتحات الأجهزة المحورية الأربعة، على الرغم من أنه يعمل كجهاز تصحيحي وليس أداة علمية أساسية.

بعد مهمة الخدمة الختامية في عام 2009، تضمنت الأدوات التشغيلية الأربعة الكاميرا المتقدمة للمسوحات (ACS)، ومطياف الأصول الكونية (COS)، ومطياف التصوير بالتلسكوب الفضائي (STIS)، والكاميرا واسعة النطاق. (WFC3). تظل كاميرا الأشعة تحت الحمراء القريبة ومقياس الطيف متعدد الكائنات (NICMOS) في حالة سبات، مع إمكانية إعادة التنشيط في حالة تعرض WFC3 لعطل في المستقبل.

• الكاميرا المتقدمة للاستطلاعات (ACS؛ 2002 إلى الوقت الحاضر)
• مقياس طيف الأصول الكونية (COS؛ 2009 إلى الوقت الحاضر)
• الاستبدال المحوري لتلسكوب البصريات الفضائي التصحيحي (COSTAR؛ 1993–2009)
• كاميرا الأجسام الخافتة (FOC؛ 1990–2002)
• مقياس طيف الأجسام الخافتة (FOS؛ 1990–1997)
• مستشعر التوجيه الدقيق (FGS؛ 1990 إلى الوقت الحاضر)
• مقياس جودارد الطيفي عالي الدقة (GHRS/HRS؛ 1990–1997)
• مقياس ضوئي عالي السرعة (HSP؛ 1990-1993)
• كاميرات الأشعة تحت الحمراء القريبة ومطياف الأجسام المتعددة (NICMOS؛ 1997 إلى الوقت الحاضر، في حالة سبات منذ عام 2008)
• مقياس الطيف التصويري بالتلسكوب الفضائي (STIS؛ 1997 إلى الوقت الحاضر (غير فعال 2004–2009))
• الكاميرا الكوكبية واسعة النطاق (WFPC؛ 1990-1993)
• الكاميرا الكوكبية واسعة النطاق 2 (WFPC2؛ 1993–2009)
• كاميرا واسعة النطاق 3 (WFC3؛ 2009 إلى الوقت الحاضر)

من بين الأجهزة التي تم إيقاف تشغيلها، يتم عرض ثلاث أدوات - COSTAR، ومقياس طيف الأجسام الخافتة (FOS)، والكاميرا الكوكبية واسعة المجال 2 (WFPC2) - في متحف سميثسونيان الوطني للطيران والفضاء. توجد كاميرا الأجسام الخافتة (FOC) في متحف دورنير في ألمانيا، في حين يقع مقياس الضوء عالي السرعة (HSP) في Space Place داخل جامعة ويسكونسن ماديسون. تم تفكيك الكاميرا الكوكبية واسعة النطاق (WFPC) الأصلية، مع إعادة استخدام مكونات معينة لاحقًا للكاميرا واسعة المجال 3 (WFC3).

مرآة معيبة

بعد وقت قصير من نشر التلسكوب، كشفت الصور الأولية عن وجود شذوذ كبير داخل نظامه البصري. على الرغم من إظهار دقة أكبر من ملاحظات التلسكوبات الأرضية، إلا أن هابل لم يتمكن من تحقيق التركيز الأمثل، مما أدى إلى جودة صورة أقل بكثير من مواصفات التصميم. تم تفريق مصادر النقاط، بدلاً من عرض وظيفة انتشار النقطة (PSF) المحصورة في دائرة قطرها 0.1 ثانية قوسية (485 نراد) كما هو منصوص عليه في معايير التصميم، على نصف قطر يتجاوز ثانية قوسية واحدة.

أشار التحليل اللاحق للصور المعيبة إلى أن المرآة الأساسية قد تم تأريضها بشكل غير صحيح. على الرغم من اعتبارها في البداية من بين المرايا البصرية الأكثر دقة في الشكل، حيث تبلغ نعومة سطحها حوالي 10 نانومتر، إلا أن حافتها الخارجية أظهرت تسطيحًا مفرطًا يبلغ حوالي 2200 نانومتر (حوالي 1⁄450 ملم أو §78§⁄11000 بوصة). أدى هذا الانحراف الحرج إلى انحراف كروي شديد، وهو عيب حيث يتقارب الضوء المنعكس من محيط المرآة عند نقطة بؤرية مميزة مقارنة بالضوء المنعكس من منطقتها المركزية.

يختلف تأثير عيوب المرآة على الملاحظات العلمية وفقًا للهدف الرصدي المحدد. في حين أن جوهر وظيفة انتشار النقطة المنحرفة (PSF) احتفظ بحدة كافية للتصوير عالي الدقة للأجرام السماوية المضيئة، وتسبب التحليل الطيفي للمصادر النقطية في المقام الأول في تقليل الحساسية، فإن تشتت الضوء الكبير في هالة واسعة غير مركزة قلل بشكل كبير من فعالية التلسكوب في مراقبة الأجسام الباهتة أو إجراء تصوير عالي التباين. ونتيجة لذلك، أصبحت معظم برامج البحوث الكونية، التي تتطلب مراقبة الأهداف المعتمة للغاية، غير مجدية إلى حد كبير. دفع هذا الوضع إلى التدقيق السياسي في قدرات وكالة ناسا، ودفع العلماء إلى التأسف على سوء تخصيص الموارد، وألهم التعليقات الكوميدية المتعلقة بوكالة ناسا والتلسكوب. على سبيل المثال، في الفيلم الكوميدي The Naked Gun 2½: The Smell of Fear الذي صدر عام 1991، ظهر هابل جنبًا إلى جنب مع تايتانيك وهيندنبورغ في مونتاج للكوارث التاريخية. ومع ذلك، طوال السنوات الثلاث الأولى لمهمة هابل، وقبل تنفيذ التصحيحات البصرية، نجح التلسكوب في إجراء العديد من عمليات الرصد القيمة لأهداف أقل تحديًا. تم تحديد الخلل بدقة وثباته، مما سمح لعلماء الفلك بتخفيف عيوب المرآة جزئيًا من خلال طرق معالجة الصور المتقدمة، بما في ذلك فك الالتفاف.

أصل المشكلة

تم تشكيل لجنة تحقيق برئاسة ليو ألين، مدير مختبر الدفع النفاث، للتأكد من أصل الخطأ. قررت لجنة ألين أن المصحح العاكس، وهو جهاز اختبار متخصص يستخدم للحصول على مرآة غير كروية ذات شكل دقيق، تم تجميعه بشكل غير صحيح، مع إزاحة عدسة واحدة بمقدار 1.3 مم (0.051 بوصة). خلال مراحل الطحن والتلميع الأولية لتصنيع المرآة، استخدمت بيركين إلمر مصححين انكساريين تقليديين لتحليل السطح. ومع ذلك، بالنسبة لخطوة التصنيع النهائية، المعروفة باسم "التحديد"، فقد انتقلوا إلى مصحح عاكس مصمم خصيصًا لتلبية التفاوتات الصارمة. وبالتالي أدى سوء تجميع هذا الجهاز إلى تأريض المرآة بدقة عالية ولكن إلى ملف تعريف بصري غير صحيح. على الرغم من أن بعض الاختبارات التي أجريت أثناء التصنيع باستخدام المصححات الفارغة التقليدية أشارت بدقة إلى الانحراف الكروي، فقد تم تجاهل هذه النتائج، مما حال دون اكتشاف الخطأ، حيث كان من المفترض أن يكون المصحح الفارغ العاكس أكثر دقة.

أرجعت اللجنة في المقام الأول المسؤولية عن أوجه القصور هذه إلى بيركين إلمر. توترت العلاقات بين ناسا وشركة البصريات بشكل كبير طوال فترة بناء التلسكوب بسبب التأخير المتكرر في الجدول الزمني وتجاوز التكاليف. كشف تحقيق ناسا أن بيركين إلمر فشل في مراجعة بناء المرآة أو الإشراف عليه بشكل مناسب، ولم يخصص علماء البصريات الأكثر مهارة للمشروع (على عكس النموذج الأولي)، واستبعد بشكل خاص مصممي البصريات من عمليات بناء المرآة والتحقق منها. في حين انتقدت اللجنة بشدة بيركين إلمر بسبب أوجه القصور الإدارية هذه، واجهت ناسا أيضًا اللوم بسبب فشلها في تحديد أوجه القصور في مراقبة الجودة، مثل اعتمادها الوحيد على نتائج الاختبار من أداة واحدة.

تطوير إستراتيجية علاجية

يخشى العديد من المراقبين أن يصبح تلسكوب هابل الفضائي غير صالح للعمل. ومع ذلك، فإن التصميم الأصلي للتلسكوب كان يتضمن دائمًا أحكامًا لمهمات الخدمة، مما دفع علماء الفلك إلى استكشاف الحلول المحتملة التي يمكن تنفيذها على الفور خلال مهمة الخدمة الأولى المقررة في عام 1993. على الرغم من أن كوداك قامت بتصنيع مرآة احتياطية لهابل، إلا أن استبدال المرآة في المدار كان غير ممكن، كما أن إعادة التلسكوب إلى الأرض لتجديده كانت مكلفة للغاية وتستغرق وقتًا طويلاً. وبدلاً من ذلك، ألهم الطحن الدقيق والخاطئ للمرآة الأساسية تطوير مكونات بصرية جديدة مصممة بخطأ عكسي تمامًا. تم تصميم هذه المكونات للتركيب أثناء مهمة الصيانة، حيث تعمل بشكل فعال كـ "نظارات" لتصحيح الانحراف الكروي.

تضمنت مرحلة التشخيص الأولية توصيفًا دقيقًا لخطأ المرآة الرئيسية. من خلال تحليل صور المصادر النقطية، تأكد علماء الفلك من أن الثابت المخروطي المُصنَّع للمرآة كان −1.01390±0.0002، وهو ما ينحرف عن −1.00230 المقصود. تم تأكيد هذه القيمة لاحقًا من خلال تحليل المصحح الفارغ الذي استخدمه بيركين إلمر لتحديد المرآة، وكذلك من خلال فحص مخططات التداخل التي تم الحصول عليها أثناء الاختبار الأرضي للمرآة.

نظرًا للتصميم المتأصل لأدوات تلسكوب هابل الفضائي، كان من الضروري اتباع نهجين تصحيحيين متميزين. الكاميرا الكوكبية واسعة المجال 2 (WFPC2)، المقرر لها بالفعل أن تحل محل WF/PC الحالية، تحتوي على مرايا مرحل لتوجيه الضوء إلى أربع شرائح منفصلة للأجهزة المقترنة بالشحن (CCD)، والتي شكلت الكاميرتين الخاصتين بها. خطأ عكسي مدمج في أسطح مرايا الترحيل هذه يمكن أن يخفف تمامًا من انحراف المرآة الأساسية. على العكس من ذلك، كانت الأدوات الأخرى تفتقر إلى أي أسطح بصرية وسيطة يمكن تكوينها بهذه الطريقة، وبالتالي تتطلب آلية تعويضية خارجية.

تم تصميم نظام الاستبدال المحوري للتلسكوب البصري الفضائي التصحيحي (COSTAR) لتصحيح الانحراف الكروي للضوء الموجه إلى كاميرا الأجسام الخافتة (FOC)، ومطياف الأجسام الخافتة (FOS)، ومطياف جودارد عالي الدقة (GHRS). يتكون هذا النظام من مرآتين داخل مسار الضوء، تم طحن إحداهما بدقة لتصحيح الانحراف. لاستيعاب نظام COSTAR داخل التلسكوب، كان لا بد من إزالة إحدى الأدوات الموجودة؛ اختار علماء الفلك مقياس الضوء عالي السرعة لهذا الغرض. بحلول عام 2002، تم استبدال جميع الأدوات الأصلية التي تتطلب COSTAR بأدوات مجهزة ببصريات تصحيحية متكاملة خاصة بها. تمت إزالة COSTAR بعد ذلك وإعادته إلى الأرض في عام 2009، حيث يوجد حاليًا في المتحف الوطني للطيران والفضاء في واشنطن العاصمة. ويتم الآن استخدام المساحة التي كانت تشغلها COSTAR سابقًا بواسطة مطياف الأصول الكونية.

مهام الخدمة اللاحقة وترقيات الأجهزة

نظرة عامة على عمليات الخدمة

تم تصميم تلسكوب هابل الفضائي لتسهيل إجراء الصيانة الدورية وتحسينات المعدات في المدار. تم تصميم أدواتها ومكوناتها ذات العمر المحدود كوحدات بديلة مدارية. نفذت مكوكات الفضاء التابعة لناسا خمس مهام صيانة (SM 1، 2، 3A، 3B، و4)، بدأت في ديسمبر 1993 وانتهت في مايو 2009. تضمنت هذه المهام إجراءات معقدة، بدءًا من الاعتراض المداري والاسترجاع الدقيق للتلسكوب باستخدام الذراع الآلية للمكوك. تم تنفيذ المهام اللاحقة أثناء عمليات السير في الفضاء المربوطة المتعددة، والتي امتدت عادةً من أربعة إلى خمسة أيام. بعد فحص بصري شامل، أجرى رواد الفضاء إصلاحات، واستبدال المكونات المعطلة أو المتدهورة، وتحديث المعدات الموجودة، ودمج الأدوات الجديدة. عند الانتهاء من هذه العمليات، تم إعادة نشر التلسكوب، غالبًا بعد تعزيزه إلى مدار أعلى لمواجهة التدهور المداري الناجم عن السحب الجوي.

مهمة الخدمة الأولى

كان من المقرر في البداية أن تتم مهمة هابل للصيانة في عام 1993، وقد اكتسبت أهمية حاسمة بعد اكتشاف انحراف المرآة الأولية. تم تكليف رواد الفضاء بتركيب واسع النطاق للبصريات التصحيحية؛ كان الفشل يستلزم إما التخلي عن تلسكوب هابل الفضائي أو قبول تعطله التشغيلي الدائم. قبل المهمة، أدت أعطال المكونات الإضافية إلى زيادة نفقات الإصلاح إلى 500 مليون دولار، باستثناء تكلفة رحلة المكوك. ومن المتوقع أيضًا إجراء إصلاح ناجح للتحقق من جدوى بناء محطة الفضاء ألفا.

سلطت مهمة STS-49 في عام 1992 الضوء على التحديات الكامنة في النشاط خارج المركبة. على الرغم من أن إنقاذ إنتلسات 603 نال الثناء، إلا أنه ينطوي على مخاطر غير حكيمة من قبل رواد الفضاء. لم تتم عملية الإنقاذ ولا التجميع المنفصل لمكونات المحطة الفضائية النموذجية كما تم التدرب عليه أثناء تدريب رواد الفضاء، مما دفع ناسا إلى إعادة تقييم بروتوكولات التخطيط والتدريب، خاصة فيما يتعلق بإصلاح هابل الوشيك. في هذه المهمة، عينت الوكالة ستوري موسغريف، الذي شارك في إجراءات إصلاح الأقمار الصناعية منذ عام 1976، إلى جانب ستة رواد فضاء متمرسين آخرين، شارك اثنان منهم في STS-49. تم تعيين مدير المهمة، وهو الأول منذ مشروع أبولو، لتنسيق طاقم يمتلك إجمالي 16 رحلة مكوكية سابقة. خضع رواد الفضاء للتدريب على الكفاءة باستخدام ما يقرب من مائة أداة متخصصة.

واجهت عمليات السير في الفضاء السابقة، التي أجريت تحت ضوء الشمس المباشر، مشكلات تتعلق بالحرارة. وعلى العكس من ذلك، استلزم إصلاح هابل إجراء عمليات خارج نطاق الإضاءة الشمسية. أثناء التدريب في الفراغ، قبل سبعة أشهر من المهمة، اكتشف موسغريف أن قفازات البدلة الفضائية توفر حماية حرارية غير كافية ضد البرد الشديد في الفضاء. بعد تأكيد هذه المشكلة في المدار بواسطة STS-57، قامت ناسا على الفور بمراجعة المعدات والإجراءات التشغيلية وخطة الطيران. تم إجراء ما مجموعه سبع عمليات محاكاة للمهمة قبل الإطلاق، وهو ما يمثل الإعداد الأكثر شمولاً في تاريخ برنامج المكوك الفضائي. نظرًا لعدم وجود نموذج هابل الشامل، قام رواد الفضاء بفحص العديد من النماذج الفردية بدقة، بما في ذلك النموذج الموجود في سميثسونيان، وقاموا بتجميع مواصفاتها المتنوعة والمتضاربة أحيانًا.

تم تنفيذ مهمة الخدمة الأولى على متن مكوك الفضاء إنديفور في ديسمبر 1993، والتي تضمنت تركيب أدوات متعددة ومعدات إضافية على مدار عشرة أيام. والأهم من ذلك، أنه تم استبدال مقياس الضوء عالي السرعة بحزمة الاستبدال المحوري للتلسكوب البصري الفضائي التصحيحي (COSTAR)، وتم استبدال الكاميرا واسعة المجال/الكاميرا الكوكبية (WF/PC) بالكاميرا واسعة المجال والكاميرا الكوكبية 2 (WFPC2)، والتي تضمنت نظام تصحيح بصري داخلي. بالإضافة إلى ذلك، تم تبادل المصفوفات الشمسية وإلكترونيات القيادة المرتبطة بها، إلى جانب أربعة جيروسكوبات داخل نظام توجيه التلسكوب، ووحدتي تحكم كهربائيتين، ومكونات كهربائية أخرى، ومقياسي مغناطيسية. تلقت أجهزة الكمبيوتر الموجودة على متن الطائرة ترقية من خلال دمج المعالجات المساعدة، وتم زيادة الارتفاع المداري لهابل.

في 13 يناير 1994، أعلنت وكالة ناسا رسميًا أن المهمة حققت نجاحًا باهرًا، ثم أصدرت بعد ذلك الصور الأولية التي أظهرت تحسنًا ملحوظًا في الوضوح. تمثل هذه المهمة واحدة من أكثر العمليات تعقيدًا التي تم إجراؤها حتى تلك اللحظة، والتي تضمنت خمس فترات ممتدة من النشاط خارج المركبة. وقد قدم تنفيذها الناجح فوائد كبيرة لوكالة ناسا وزود علماء الفلك بتلسكوب فضائي أكثر قدرة إلى حد كبير.

مهمة الخدمة الثانية

مهمة الخدمة 2، التي أجرتها Discovery في فبراير 1997، تضمنت عدة ترقيات رئيسية: استبدال نظام GHRS وFOS بمقياس الطيف التصويري للتلسكوب الفضائي (STIS) وكاميرا الأشعة تحت الحمراء القريبة ومطياف الأجسام المتعددة (NICMOS)، وتركيب مسجل الحالة الصلبة الجديد بدلاً من مسجل أشرطة الهندسة والعلوم، وإصلاح العزل الحراري. على الرغم من أن NICMOS قام بدمج مشتت حراري من النيتروجين الصلب للتخفيف من الضوضاء الحرارية، إلا أن التمدد الحراري غير المتوقع بعد وقت قصير من تركيبه تسبب في اتصال جزء من المشتت الحراري بحاجز بصري. أدى هذا الحادث إلى تسريع معدل ارتفاع درجة حرارة الجهاز، وبالتالي تقليل العمر التشغيلي المتوقع له من 4.5 أعوام إلى عامين تقريبًا.

مهمة الخدمة 3أ

مهمة الخدمة 3A، التي نفذتها شركة Discovery في ديسمبر 1999، نشأت كعملية منفصلة عن مهمة الخدمة 3 بعد فشل ثلاثة من أجهزة الجيروسكوب الستة الموجودة على متن الطائرة. أدى الفشل اللاحق لجيروسكوب رابع قبل أسابيع من المهمة إلى جعل التلسكوب غير قادر على إجراء ملاحظات علمية. تضمنت هذه المهمة استبدال جميع الجيروسكوبات الستة، وتركيب مستشعر توجيه دقيق جديد وكمبيوتر، ودمج مجموعة تحسين الجهد/درجة الحرارة (VIK) لمنع الشحن الزائد للبطارية، وتجديد بطانيات العزل الحراري.

مهمة الخدمة 3ب

تضمّنت مهمة الخدمة 3ب، التي قامت بها كولومبيا في مارس/آذار 2002، تركيب أداة جديدة: الكاميرا المتقدمة للاستقصاءات (ACS)، التي حلت محل كاميرا الأجسام الخافتة (FOC). كان FOC هو الأداة الأصلية النهائية، باستثناء أجهزة استشعار التوجيه الدقيق عند استخدامها في القياس الفلكي. ونتيجة لذلك، أصبح الاستبدال المحوري للتلسكوب البصري الفضائي التصحيحي (COSTAR) قديمًا، حيث تضمنت جميع الأدوات اللاحقة تصحيحًا جوهريًا لانحراف المرآة الأولية. علاوة على ذلك، قامت هذه المهمة بتنشيط NICMOS من خلال دمج مبرد الدورة المغلقة وإجراء الاستبدال الثاني للألواح الشمسية، وبالتالي زيادة توليد الطاقة بنسبة 30 بالمائة.

مهمة الخدمة الرابعة

على الرغم من أنه كان من المقرر إرسال مهمة صيانة إلى هابل في فبراير 2005، إلا أن كارثة كولومبيا في عام 2003، والتي تضمنت تفكك المركبة المدارية أثناء عودتها إلى الغلاف الجوي، أثرت بشدة على برنامج هابل ومبادرات ناسا الأخرى. كلف مدير ناسا شون أوكيف بعد ذلك بأن جميع بعثات المكوك المستقبلية يجب أن تمتلك القدرة على الوصول إلى محطة الفضاء الدولية كملاذ آمن في حالة حدوث حالات شاذة أثناء الرحلة. ونظرًا لعدم تمكن أي مكوك من الوصول إلى كل من تلسكوب هابل الفضائي (HST) ومحطة الفضاء الدولية في مهمة واحدة، فقد تم إلغاء جميع بعثات الخدمة المأهولة المحتملة. أثار هذا التحديد انتقادات كبيرة من العديد من علماء الفلك، الذين أكدوا أن القيمة العلمية لهابل تبرر المخاطر البشرية المرتبطة بها. بحلول عام 2004، لم يكن من المتوقع إطلاق خليفة تلسكوب هابل المقصود، تلسكوب جيمس ويب الفضائي (JWST)، حتى عام 2011 على الأقل، ليتم إطلاقه في نهاية المطاف في ديسمبر 2021. أصبحت الفجوة المحتملة في قدرات مراقبة الفضاء بين إيقاف تشغيل هابل والاستعداد التشغيلي لخليفته مصدر قلق كبير للعديد من علماء الفلك، لا سيما في ضوء المساهمات العلمية الكبيرة لـ HST. علاوة على ذلك، فإن إدراك أن تلسكوب جيمس ويب الفضائي لن يكون موجودًا في مدار أرضي منخفض، مما يحول دون إجراء ترقيات أو إصلاحات مباشرة في حالة حدوث خلل مبكر، قد زاد من حدة هذه المخاوف. على العكس من ذلك، أعرب مسؤولو ناسا عن مخاوفهم من أن استمرار خدمة هابل سيؤدي إلى تحويل الموارد المالية عن البرامج الأخرى وربما تأخير تطوير تلسكوب جيمس ويب الفضائي.

في يناير 2004، أعلن مدير البرنامج أوكيف عن إعادة النظر في قراره بإلغاء مهمة صيانة HST النهائية، نتيجة للمعارضة العامة واسعة النطاق ومناشدات الكونجرس لناسا لتحديد استراتيجية للحفظ. وفي وقت لاحق، أنشأت الأكاديمية الوطنية للعلوم لجنة رسمية، والتي أوصت في يوليو 2004 بالإبقاء على قانون العلوم والتكنولوجيا على الرغم من المخاطر الكامنة. ونصح تقريرهم صراحة بأنه "يجب على ناسا ألا تتخذ أي إجراء من شأنه أن يحول دون إرسال مهمة خدمة مكوك فضائي إلى تلسكوب هابل الفضائي". في أغسطس 2004، وجه أوكيف مركز جودارد لرحلات الفضاء لتطوير اقتراح شامل لمهمة خدمة روبوتية. ومع ذلك، تم التخلي عن هذه الخطط لاحقًا، حيث اعتبرت المهمة الروبوتية "غير مجدية". في وقت لاحق من عام 2004، أجرى العديد من أعضاء الكونجرس، بقيادة السيناتور باربرا ميكولسكي، جلسات استماع عامة ودعوا، بدعم شعبي كبير (بما في ذلك العديد من الرسائل من أطفال المدارس في جميع أنحاء الولايات المتحدة)، إلى إدارة بوش ووكالة ناسا لإعادة تقييم قرار وقف خطط مهمة إنقاذ هابل.

أدى تعيين مايكل د. غريفين كمدير جديد لناسا في أبريل 2005 إلى تغيير السياق التشغيلي، حيث أشار غريفين إلى استعداده للنظر في إرسال مهمة خدمة مأهولة. بعد وقت قصير من تعيينه، سمح غريفين لغودارد ببدء الاستعدادات لرحلة صيانة هابل المأهولة، على أساس أن القرار النهائي سيتبع مهمتي المكوك اللاحقتين. في أكتوبر 2006، منح غريفين الموافقة النهائية، حيث حدد موعدًا لمهمة 11 يومًا بواسطة أتلانتس في أكتوبر 2008. ومع ذلك، تعطلت وحدة معالجة البيانات الأولية في هابل في سبتمبر 2008، مما أدى إلى تعطيل نقل جميع البيانات العلمية حتى أصبح نظام النسخ الاحتياطي الخاص بها جاهزًا للعمل في 25 أكتوبر 2008. ونظرًا لأن فشل وحدة النسخ الاحتياطي سيجعل تلسكوب هابل غير صالح للعمل، فقد تم إرسال مهمة الخدمة. تم تأجيلها لتسهيل تكامل وحدة بديلة للنظام الأساسي.

مثلت مهمة الخدمة 4 (SM4)، التي أجراها Atlantis في مايو 2009، آخر مهمة مكوكية مجدولة لـ HST. نجح SM4 في دمج وحدة معالجة البيانات البديلة، وتصحيح الأعطال في الكاميرا المتقدمة للمسوحات (ACS) وأنظمة التصوير الطيفي للتلسكوب الفضائي (STIS)، وتركيب بطاريات النيكل والهيدروجين المحسنة، وتبادل العديد من المكونات الأخرى، ولا سيما جميع الجيروسكوبات الستة. بالإضافة إلى ذلك، قامت SM4 بتثبيت أداتين جديدتين للرصد: كاميرا واسعة المجال 3 (WFC3) ومرسم طيف الأصول الكونية (COS)، جنبًا إلى جنب مع نظام الالتقاط والالتقاء الناعم، والذي تم تصميمه لتسهيل الالتقاء اللاحق والتقاط وإخراج هابل من مداره بشكل آمن إما عن طريق مهمة مأهولة أو آلية. باستثناء القناة عالية الدقة الخاصة بـ ACS، والتي ثبت أنها غير قابلة للإصلاح وبالتالي تم تعطيلها، فإن العمل المنجز خلال SM4 أعاد التلسكوب إلى طاقته التشغيلية الكاملة.

المبادرات البحثية الرئيسية

منذ بداية البرنامج، تم تنفيذ العديد من المشاريع البحثية، بعضها تم إجراؤه بشكل أساسي بواسطة هابل، بينما تضمن البعض الآخر التنسيق مع مرافق مثل مرصد شاندرا للأشعة السينية والتلسكوب الكبير جدًا التابع للمرصد الأوروبي الجنوبي. على الرغم من أن مرصد هابل يقترب من نهاية عمره التشغيلي، إلا أنه لا يزال هناك العديد من المشاريع المهمة المقررة. أحد الأمثلة على ذلك هو مشروع ULLYSES الحالي (2022) (مكتبة تراث الأشعة فوق البنفسجية للنجوم الشابة كمعايير أساسية)، وهو مسعى مدته ثلاث سنوات مصمم لمراقبة مجموعة من النجوم الشابة ذات الكتلة العالية والمنخفضة، وبالتالي توفير نظرة ثاقبة حول تكوين النجوم وتكوينها. ومن المبادرات البارزة الأخرى مشروع OPAL (تراث الغلاف الجوي للكوكب الخارجي)، المخصص لتوضيح تطور وديناميكيات الغلاف الجوي للكواكب الخارجية (مثل كوكب المشتري وأورانوس) من خلال عمليات رصد أساسية مستدامة على مدى فترة ممتدة.

المسح الكوني للتراث العميق خارج المجرة بالقرب من الأشعة تحت الحمراء

وصف بيان صحفي صدر في أغسطس 2013 مشروع CANDELS بأنه "أكبر مشروع في تاريخ هابل". تم تصميم المسح لدراسة تطور المجرة في بداية الكون والتكوين الأولي للهياكل الكونية بعد أقل من مليار سنة من الانفجار الكبير. يحدد الموقع الرسمي لمشروع CANDELS أهداف الاستطلاع على النحو التالي:

يهدف المسح الكوني لتراث المجرات العميقة بالقرب من الأشعة تحت الحمراء إلى تسجيل الثلث الأول من تطور المجرة من z = 8 إلى 1.5 من خلال التصوير العميق الشامل لأكثر من 250.000 مجرة باستخدام WFC3/IR وACS. علاوة على ذلك، فهو يسعى إلى تحديد المستعرات الأعظم من النوع Ia الأول بعد z > 1.5 والتحقق من دقتها كشموع قياسية لعلم الكونيات. تم تحديد خمس مناطق سماوية أساسية متعددة الأطوال الموجية؛ يمتلك كل منها بيانات شاملة متعددة الأطوال الموجية تم الحصول عليها من سبيتزر والمراصد الأخرى، وتتميز بتحليل طيفي واسع النطاق للمجرات الأكثر سطوعًا. يؤدي استخدام خمسة مجالات منفصلة على نطاق واسع إلى تقليل التباين الكوني وتوليد عينات قوية وشاملة إحصائيًا من المجرات تصل إلى 10⁹ كتلة شمسية حتى z ~ 8.

برنامج الحقول الحدودية

يسعى هذا البرنامج، المُسمى رسميًا "مبادرة هابل للحقول العميقة 2012"، إلى تعزيز فهم تكوين المجرات المبكر من خلال دراسة المجرات ذات الانزياح الأحمر العالي داخل الحقول الفارغة، وذلك باستخدام عدسة الجاذبية لمراقبة "المجرات الأضعف في الكون البعيد". تحدد صفحة الويب Frontier Fields أهداف البرنامج على النحو التالي:

• للكشف عن تجمعات لم يكن من الممكن ملاحظتها سابقًا من المجرات z = 5–10 والتي تكون في جوهرها أكثر خفوتًا بعشر إلى خمسين مرة من أي مجرات تم تحديدها حاليًا.
• لتعزيز الفهم الحالي للكتل النجمية وتاريخ تكوين النجوم في المجرات دون L* خلال العصور الكونية المبكرة.
• لتقديم التوصيف المورفولوجي الأولي ذي الأهمية الإحصائية للمجرات المكونة للنجوم عند z > 5.
• لتحديد z > 8 مجرات ممدودة بدرجة كافية بواسطة العدسة العنقودية لتمكين تمييز البنية الداخلية و/أو تم تكبيرها بشكل مناسب بواسطة العدسة العنقودية لتسهيل التحليل الطيفي اللاحق.

مسح التطور الكوني (COSMOS)

إن مسح التطور الكوني (COSMOS) هو مبادرة فلكية مصممة لدراسة تكوين المجرات وتطورها، مع الأخذ في الاعتبار الوقت الكوني (الانزياح الأحمر) وبيئة المجرة المحيطة. يشمل هذا المسح مجالًا استوائيًا بدرجتين مربعتين، باستخدام التحليل الطيفي والتصوير متعدد الأطوال الموجية من الأشعة السينية إلى ترددات الراديو، والتي تم جمعها بواسطة التلسكوبات الفضائية البارزة والعديد من التلسكوبات الأرضية الكبيرة. إن جمع البيانات المكثف هذا يجعل من COSMOS مجالًا محوريًا للدراسة في الفيزياء الفلكية خارج المجرة. بدأ COSMOS في عام 2006، وهو يمثل المشروع الأكثر شمولاً لتلسكوب هابل الفضائي في ذلك الوقت. تظل أكبر منطقة سماوية متجاورة تم مسحها لرسم خرائط الفضاء السحيق في الحقول الفارغة، وتغطي مساحة 2.5 مرة من الحجم الظاهري للقمر وأكبر 17 مرة من مناطق CANDELS الأكثر اتساعًا. يعد التعاون العلمي الذي تم إنشاؤه من خلال مسح COSMOS بمثابة الشراكة الأكبر والأكثر ديمومة خارج المجرة، والمعترف بها لروح التعاون والشفافية. إن دراسة المجرات ضمن سياقاتها البيئية تتطلب مسح مساحات كبيرة من السماء، وتحديدا تلك التي تتجاوز نصف درجة مربعة. تم التعرف على أكثر من مليوني مجرة، تمثل 90% من عمر الكون. يقود تعاون COSMOS كل من كيتلين كيسي، وجيهان كارتالتيبي، وفيرنيسا سمولسيك، ويشارك فيه أكثر من 200 عالم من اثنتي عشرة دولة.

عدسية الكتلة ومسح المستعرات الأعظم باستخدام هابل

يشكل المسح العدسي العنقودي والمستعر الأعظم باستخدام هابل (CLASH) برنامج خزانة نفذه تلسكوب هابل الفضائي بين عامي 2010 و2013، مع التركيز على مراقبة 25 عنقودًا مجريًا ضخمًا من خلال عدسة الجاذبية. سعى CLASH إلى دراسة توزيع المادة المظلمة والطاقة المظلمة داخل هذه العناقيد المجرية الضخمة، مستفيدًا من الأدوات التي تم تركيبها حديثًا في عام 2009. تعمل صور عدسة الجاذبية كوسيلة للكشف عن المادة المظلمة والطاقة المظلمة، ويهدف CLASH على وجه التحديد إلى تعزيز فهم هذه الظواهر الغامضة.

الفسيفساء الضوئية لمجرة المرأة المسلسلة

تمثل خزانة هابل الأندروميدا البانكروماتية (PHAT) وخزانة هابل البانكروماتية أندروميدا الجنوبية (PHAST) الملاحظات التي أجراها تلسكوب هابل الفضائي. رسم PHAT خريطة النصف الشمالي من مجرة ​​المرأة المسلسلة من يوليو 2010 إلى أكتوبر 2013، بينما رسم PHAST خريطة النصف الجنوبي من ديسمبر 2021 إلى يناير 2024. وباعتبارها أقرب مجرة ​​كبيرة إلى درب التبانة، كانت المرأة المسلسلة موضوعًا للفسيفساء الضوئية الأعلى دقة والأكثر تفصيلاً التي تم إنتاجها على الإطلاق من هابل. تكشف هذه الصورة المركبة من برنامجي الخزانة عن مائتي مليون نجم، من إجمالي يقدر بتريليون نجم داخل أندروميدا، يظهر كل منها على شكل بقعة دقيقة. تم رسم خريطة PHAT، التي تغطي المنطقة الشمالية، عبر أطوال موجية قريبة من الأشعة فوق البنفسجية والمرئية والقريبة من الأشعة تحت الحمراء على 828 مدارًا، وتم إصدار بياناتها في يناير 2015. تم رسم خريطة PHAST، التي تشمل المنطقة الجنوبية، بأطوال موجية قريبة من الأشعة فوق البنفسجية والمرئية على 195 مدارًا، ومن المقرر إصدار بياناتها في يناير 2025. توفر المراقبة التفصيلية لأندروميدا البديل الأمثل لدراسة مجرة درب التبانة. الطريق، نظرًا لأن موقع الأرض داخل مجرتنا يعيق عمليات رصد ما يقرب من 20% من السماء وجزء كبير من درب التبانة نفسها. استلزم إنشاء هذه الفسيفساء 1023 مدار هابل، مما أدى إلى صورة مكونة من 2.5 مليار بكسل على الأقل.

الاستخدام العام

عملية العرض

الوصول إلى وقت المراقبة بالتلسكوب مفتوح لجميع المتقدمين، بغض النظر عن الجنسية أو الانتماء الأكاديمي؛ ومع ذلك، يتم توفير التمويل التحليلي حصريًا للمؤسسات الأمريكية. تعتبر المنافسة على وقت التلسكوب شديدة، حيث يتم تخصيص ما يقرب من خمس المقترحات المقدمة خلال كل دورة في نهاية المطاف لأماكن مراقبة.

يتم إصدار طلبات تقديم العروض عادةً على أساس سنوي، مع تخصيص وقت مراقبة لدورات تمتد لمدة عام تقريبًا. يتم تصنيف المقترحات، حيث تكون طلبات "المراقب العام" هي الأكثر شيوعًا، وتشمل طلبات المراقبة الروتينية. على العكس من ذلك، تتضمن "الملاحظات السريعة" أهدافًا تتطلب 45 دقيقة أو أقل من وقت التلسكوب، بما في ذلك النفقات التشغيلية العامة مثل الحصول على الهدف. تعمل هذه الملاحظات السريعة على تحسين جدول التلسكوب من خلال سد الفجوات المتقطعة التي لا يمكن استيعابها بواسطة برامج المراقبة العامة القياسية.

يمكن لعلماء الفلك تقديم مقترحات "هدف الفرصة"، والتي تسهل جدولة عمليات الرصد للأحداث العابرة التي تحدث ضمن دورة جدولة معينة ويغطيها الاقتراح. علاوة على ذلك، يتم تخصيص ما يصل إلى 10% من وقت تشغيل التلسكوب كوقت "تقديري للمدير" (DD). يمكن للباحثين التقدم للحصول على وقت DD على مدار العام، مع تخصيص مخصصات تُمنح عادة للتحقيق في الظواهر العابرة غير المتوقعة، مثل المستعرات الأعظم.

وقد شملت التطبيقات الإضافية لوقت DD عمليات الرصد التي ساهمت في حقل هابل العميق ومجال هابل العميق للغاية، بالإضافة إلى الملاحظات التي أجراها علماء الفلك الهواة خلال الدورات الأربع الأولى من تشغيل التلسكوب.

في عام 2012، نظمت وكالة الفضاء الأوروبية (ESA) مسابقة عامة لمعالجة الصور باستخدام هابل. البيانات بهدف تحفيز اكتشاف "الكنوز المخفية" ضمن مجموعات البيانات الأولية.

مشاركة علماء الفلك الهواة

في عام 1986، أعلن ريكاردو جياكوني، المدير الافتتاحي لمعهد علوم التلسكوب الفضائي (STScI)، عن نيته تخصيص جزء من وقته التقديري لعلماء الفلك الهواة لاستخدام التلسكوب. على الرغم من أن إجمالي الوقت المخصص يبلغ بضع ساعات فقط لكل دورة، فقد ولدت هذه المبادرة اهتمامًا كبيرًا داخل مجتمع هواة علم الفلك.

وخضعت المقترحات المقدمة من علماء الفلك الهواة لتقييم صارم من قبل لجنة مخصصة من أقرانهم؛ تم منح وقت التلسكوب حصريًا للمشاريع التي تثبت الجدارة العلمية الحقيقية، وتجنب ازدواجية المقترحات المهنية، واستلزم القدرات الفريدة للتلسكوب الفضائي. بين عامي 1990 و1997، تلقى ثلاثة عشر من علماء الفلك الهواة مخصصات من وقت التلسكوب لملاحظاتهم. ومن الأمثلة على هذه الدراسة "المذنبات الانتقالية - البحث عن الأشعة فوق البنفسجية عن OH". تم نشر الاقتراح الأولي، بعنوان "دراسة تلسكوب هابل الفضائي لتفتيح ما بعد الكسوف وتغيرات البياض على آيو"، في مجلة إيكاروس، وهي مجلة متخصصة في أبحاث النظام الشمسي. وفي وقت لاحق، ظهرت أيضًا دراسة ثانية أجرتها مجموعة مختلفة من علماء الفلك الهواة في إيكاروس. ومع ذلك، فإن التخفيضات اللاحقة في ميزانية STScI جعلت الدعم المستمر لمشاريع علم الفلك للهواة غير مستدام، مما أدى إلى وقف المزيد من برامج الهواة.

تتضمن مقترحات هابل المعاصرة في كثير من الأحيان النتائج أو الأشياء المكتشفة التي ساهم بها علماء الفلك الهواة والعلماء المواطنين. وعادة ما يتم إجراء مثل هذه الملاحظات بالتعاون مع علماء الفلك المحترفين. ومن الأمثلة المبكرة على هذا التعاون البقعة البيضاء العظيمة عام 1990 على كوكب زحل، التي اكتشفها في البداية عالم الفلك الهاوي س. ويلبر ثم تمت مراقبتها لاحقًا بواسطة تلسكوب هابل الفضائي بموجب اقتراح مقدم من جيه ويستفال (معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا). تضمنت عمليات الرصد الاحترافية اللاحقة باستخدام هابل اكتشافات من مشروع Galaxy Zoo، مثل مجرات Voorwerpjes وGreen Pea. نشأ برنامج "جواهر المجرات" من قائمة الكائنات التي جمعها متطوعو حديقة حيوان جالاكسي، والتي تم تنقيحها من خلال عملية التصويت عبر الإنترنت. علاوة على ذلك، تم إجراء ملاحظات على الكواكب الصغيرة التي حددها علماء الفلك الهواة، بما في ذلك 2I/Borisov، والتغيرات الجوية على عمالقة الغاز مثل كوكب المشتري وزحل، وكذلك عمالقة الجليد أورانوس ونبتون. في إطار التعاون بين المحترفين والهواة "Backyard Worlds"، تم استخدام HST لمراقبة جسم ذي كتلة كوكبية تم تحديده WISE J0830+2837. أثبت غياب الكشف بواسطة HST أنه فعال في تصنيف هذا الجسم المميز.

النتائج العلمية

المشاريع الأساسية

خلال أوائل الثمانينات من القرن العشرين، أنشأت وكالة ناسا ومعهد علوم الفضاء الجيولوجي (STScI) أربع لجان للتداول حول المشاريع الأساسية. تميزت هذه المشاريع بأهميتها العلمية وضرورة توفير وقت كبير ومخصص بشكل واضح للتلسكوب. وقد ضمنت استراتيجية التخصيص هذه الانتهاء المبكر من هذه المشاريع المحددة، مما خفف من المخاطر المرتبطة باحتمال فشل التلسكوب المبكر. وحددت اللجان ثلاث مبادرات من هذا القبيل: 1) دراسة الوسط القريب بين المجرات باستخدام خطوط امتصاص الكوازار للتأكد من خصائصه والتركيب الغازي للمجرات ومجموعات المجرات؛ 2) مسح متوسط ​​العمق باستخدام الكاميرا واسعة النطاق للحصول على البيانات بالتزامن مع تشغيل الأدوات الأخرى؛ و3) مشروع يهدف إلى تحديد ثابت هابل بدقة تبلغ عشرة بالمائة، ويتم تحقيقه من خلال تقليل الأخطاء الخارجية والداخلية في معايرة مقياس المسافة الكونية.

الاكتشافات الهامة

ساهم تلسكوب هابل الفضائي في حل العديد من التحديات الفلكية المستمرة، مما أدى في نفس الوقت إلى توليد أسئلة بحثية جديدة. وقد استلزمت بعض النتائج صياغة أطر نظرية جديدة لتوضيحها.

العصر الكوني والتوسع

كان الهدف الأساسي لتلسكوب هابل الفضائي (HST) هو قياس المسافات إلى النجوم المتغيرة القيفاوية بدقة، وبالتالي تحسين قيمة ثابت هابل، الذي يحدد معدل توسع الكون ويرتبط ارتباطًا جوهريًا بعمره. قبل نشر تلسكوب هابل، أظهرت تقديرات هابل الثابتة في كثير من الأحيان هوامش خطأ تصل إلى 50%. ومع ذلك، فإن ملاحظات التلسكوب للمتغيرات القيفاوية داخل عنقود العذراء وعناقيد المجرات البعيدة الأخرى أعطت قيمة بدقة تبلغ ±10%، وذلك يتوافق مع قياسات لاحقة أكثر دقة تم الحصول عليها من خلال منهجيات بديلة. العمر المقدر الحالي للكون هو 13.7 مليار سنة؛ في السابق، تراوحت التقديرات بين عشرة إلى عشرين مليار سنة.

استخدم علماء الفلك من فريق بحث المستعرات الأعظم High-z ومشروع علم الكونيات للمستعرات الأعظم كلًا من التلسكوبات الأرضية وتلسكوب HST لمراقبة المستعرات الأعظمية البعيدة. وكشفت النتائج التي توصلوا إليها أن توسع الكون يتسارع، على عكس توقعات التباطؤ بسبب الجاذبية. حصل هذا الاكتشاف لاحقًا على جوائز نوبل لثلاثة أعضاء من هذه التعاونات. ولم يتم بعد فهم سبب هذا التسارع بشكل كامل؛ وتسمى هذه الظاهرة بالطاقة المظلمة، مما يدل على عدم إمكانية ملاحظتها أو اكتشافها بشكل مباشر بواسطة الأجهزة العلمية الحالية.

الثقوب السوداء

كانت الأطياف والصور عالية الدقة التي قدمها تلسكوب هابل الفضائي فعالة بشكل خاص في إظهار الوجود الواسع النطاق للثقوب السوداء في مراكز المجرات القريبة. على الرغم من افتراض وجود الثقوب السوداء في مراكز المجرات في أوائل الستينيات، وتم تحديد العديد من المرشحين الأقوياء من قبل علماء الفلك في الثمانينيات، إلا أن أبحاث هابل تشير إلى أنه من المحتمل أن تكون الثقوب السوداء موجودة في كل مكان في نوى المجرات. علاوة على ذلك، أنشأت برامج هابل علاقة وثيقة بين كتل الثقوب السوداء النووية وخصائص المجرات المضيفة لها.

توسيع الصور ذات الطول الموجي المرئي

قدم هابل منظورًا فريدًا للكون من خلال صور حقل هابل العميق، وحقل هابل فائق العمق، وصور حقل هابل العميق العميق. استفادت هذه الملاحظات من حساسية هابل التي لا مثيل لها عبر الأطوال الموجية المرئية لالتقاط صور للمناطق السماوية الصغيرة، مما يمثل أعمق عمليات رصد الطول الموجي البصري التي تم تحقيقها على الإطلاق. وتكشف الصور الناتجة عن مجرات تبعد مليارات السنين الضوئية، مما يوفر نظرة ثاقبة للكون المبكر وبالتالي تحفيز العديد من المنشورات العلمية. عززت الكاميرا واسعة النطاق 3 رؤية هذه المجالات في الأشعة تحت الحمراء والأشعة فوق البنفسجية، مما يسهل التعرف على بعض الأجسام البعيدة المعروفة حتى الآن، مثل MACS0647-JD.

اكتشف تلسكوب هابل الفضائي الجسم السماوي الشاذ SCP 06F6 في فبراير 2006.

في 3 مارس 2016، أعلن الباحثون باستخدام بيانات هابل عن اكتشاف أبعد مجرة مؤكدة عن الأرض. التاريخ: GN-z11. لاحظ هابل هذه المجرة كما ظهرت بعد حوالي 400 مليون سنة من الانفجار الكبير. تم إجراء ملاحظات هابل هذه في 11 فبراير 2015 و3 أبريل 2015، كمكونات في استطلاعات CANDELS/GOODS-North.

اكتشافات النظام الشمسي

تزامن اصطدام المذنب شوميكر-ليفي 9 مع كوكب المشتري في عام 1994 مع المراقبة الفلكية، وحدث بعد أشهر فقط من استعادة بعثة الخدمة 1 الأداء البصري الأمثل لهابل. كانت صور هابل للكوكب أكثر وضوحًا من أي صور تم التقاطها منذ مرور Voyager 2 في عام 1979، وأثبتت فعاليتها في تحليل ديناميكيات تأثير مذنب كبير على المشتري، وهي ظاهرة تشير التقديرات إلى حدوثها مرة واحدة فقط كل بضعة قرون.

في مارس 2015، أعلن الباحثون أن قياسات الشفق القطبي حول جانيميد، أحد أقمار المشتري، أشارت إلى وجود كوكب المشتري. المحيط تحت السطح. ومن خلال استخدام هابل لمراقبة حركات الشفق القطبي، استنتج العلماء أن وجود محيط كبير من المياه المالحة خفف من التفاعل بين المجالات المغناطيسية لكوكب المشتري وجانيميد. يقدر عمق هذا المحيط بـ 100 كيلومتر (60 ميلًا)، ويقع تحت قشرة جليدية يبلغ طولها 150 كيلومترًا (90 ميلًا).

تم أيضًا استخدام تلسكوب HST لفحص الأجسام الموجودة في النظام الشمسي الخارجي، بما في ذلك الكواكب القزمة بلوتو وإيريس وسيدنا. خلال شهري يونيو ويوليو 2012، اكتشف علماء الفلك الأمريكيون باستخدام هابل ستيكس، وهو قمر خامس صغير يدور حول بلوتو.

في الفترة ما بين يونيو وأغسطس 2015، تم استخدام تلسكوب هابل الفضائي لتحديد جسم حزام كويبر (KBO) كهدف لبعثة نيو هورايزنز الموسعة لحزام كويبر (KEM)، بعد عمليات بحث تلسكوبية أرضية غير ناجحة. أدى هذا المسعى إلى اكتشاف ما لا يقل عن خمسة أجسام حزام كايبر جديدة، بما في ذلك 486958 أروكوث، والذي أصبح في النهاية هدف KEM للتحليق القريب بواسطة نيوهورايزنز في 1 يناير 2019.

في أبريل 2022، ذكرت وكالة ناسا أن علماء الفلك استخدموا صورًا من تلسكوب هابل الفضائي (HST) للتأكد من أبعاد نواة المذنب C/2014. UN271 (بيرناردينيللي-بيرنشتاين)، ووصفها بأنها أكبر نواة مذنب جليدية تمت ملاحظتها على الإطلاق. تمتلك نواة C/2014 UN271 كتلة تقدر بخمسين تريليون طن، وهي أكبر بخمسين مرة من كتلة المذنبات المعروفة الأخرى داخل النظام الشمسي.

عودة ظهور المستعر الأعظم

في 11 ديسمبر 2015، وثق تلسكوب هابل الفضائي أول ظهور متوقع لمستعر أعظم، أطلق عليه اسم "ريفسدال". تم اشتقاق هذا التنبؤ من نماذج كتلة مختلفة لمجموعة من المجرات التي شوه مجال جاذبيتها ضوء المستعر الأعظم. تم رصد المستعر الأعظم سابقًا في نوفمبر 2014، ويقع خلف العنقود المجري MACS J1149.5+2223، كجزء من برنامج Hubble Frontier Fields. استغرق الضوء الصادر من العنقود ما يقرب من خمسة مليارات سنة للوصول إلى الأرض، في حين أن الضوء الصادر من المستعر الأعظم، كما يتضح من انزياحه نحو الأحمر، استغرق خمسة مليارات سنة إضافية. بسبب تأثير عدسة الجاذبية للعنقود المجري، ظهرت أربع صور مميزة للمستعر الأعظم، مكونة صليب أينشتاين. توقعت نماذج العدسات الأولية ظهور صورة خامسة مرة أخرى بحلول نهاية عام 2015، وعادت "Refsdal" إلى الظهور بالفعل كما كان متوقعًا في عام 2015.

كتلة وحجم مجرة درب التبانة

في مارس 2019، حدد تحليل تعاوني لملاحظات تلسكوب هابل الفضائي وبيانات من مرصد جايا الفضائي التابع لوكالة الفضاء الأوروبية أن كتلة مجرة درب التبانة تبلغ حوالي 1.5 تريليون كتلة شمسية، وهو رقم يقع بين التقديرات السابقة.

اكتشافات أخرى

تشمل الاكتشافات الإضافية المستمدة من بيانات هابل الأقراص الكوكبية الأولية (البروبليدات) داخل سديم أوريون، والأدلة التي تشير إلى وجود كواكب خارج المجموعة الشمسية تدور حول نجوم شبيهة بالشمس، والنظائر البصرية لانفجارات أشعة جاما الغامضة. باستخدام عدسة الجاذبية، لاحظ هابل المجرة MACS 2129-1، التي تقع على بعد حوالي عشرة مليارات سنة ضوئية من الأرض. تتحدى هذه الملاحظة الافتراضات السائدة فيما يتعلق بالمجرات التي توقف فيها تكوين النجوم الجديد، مما يوفر رؤى مهمة حول آليات تكوين المجرات الإهليلجية.

في عام 2022، حدد تلسكوب هابل الفضائي أبعد نجم فردي تم رصده حتى الآن. هذا النجم، WHL0137-LS (المعروف بالعامية باسم Earendel)، نشأ خلال المليار سنة الأولى التي تلت الانفجار الكبير. ومن المقرر إجراء عمليات رصد لاحقة بواسطة تلسكوب جيمس ويب الفضائي التابع لناسا لتأكيد طبيعة Earendel النجمية بشكل قاطع.

التأثير على علم الفلك

تؤكد العديد من المقاييس الموضوعية التأثير الإيجابي الكبير لبيانات هابل على الأبحاث الفلكية. بحلول عام 2025، سيتم نشر أكثر من 22000 مقالة صحفية تمت مراجعتها من قبل النظراء، إلى جانب عدد لا يحصى من وقائع المؤتمرات، باستخدام بيانات هابل. ويكشف تحليل الأوراق البحثية بعد عدة سنوات من النشر أن ما يقرب من ثلث جميع الأوراق البحثية في علم الفلك تفتقر إلى الاستشهادات، في حين أن 2% فقط من الأوراق البحثية التي تتضمن بيانات هابل تظل غير مستشهد بها. في المتوسط، تحصل المنشورات التي تستفيد من بيانات هابل على ضعف عدد الاستشهادات مقارنة بتلك التي لا تستخدم مثل هذه البيانات. علاوة على ذلك، فإن ما يقرب من 10% من أفضل 200 ورقة بحثية في علم الفلك يتم الاستشهاد بها والتي يتم نشرها سنويًا تعتمد على ملاحظات هابل.

على الرغم من أن تلسكوب هابل الفضائي (HST) قد نجح في تطوير الأبحاث الفلكية بشكل واضح، إلا أن إنفاقه المالي كان كبيرًا. أشارت دراسة تقيم الفوائد الفلكية المقارنة لأحجام التلسكوبات المختلفة إلى أنه على الرغم من أن المقالات التي تستخدم بيانات HST تحصل على استشهادات أكثر بـ 15 مرة من تلك المستندة إلى ملاحظات من تلسكوب أرضي بطول 4 أمتار (13 قدمًا)، مثل تلسكوب William Herschel، إلا أن تكاليف إنشاء وصيانة HST أعلى بحوالي 100 مرة.

إن الاختيار بين بناء التلسكوبات الأرضية والفضائية ينطوي على اعتبارات معقدة. قبل نشر تلسكوب هابل الفضائي (HST)، كانت المنهجيات الأرضية المتقدمة، بما في ذلك قياس التداخل لإخفاء الفتحة، قد أنتجت بالفعل صورًا بصرية وتحت الحمراء بدقة فائقة مقارنة بما سيحققه هابل لاحقًا. ومع ذلك، اقتصرت هذه التقنيات على أهداف أكثر سطوعًا بـ 10⁸ تقريبًا من الأجسام الخافتة التي يمكن ملاحظتها بواسطة هابل. وفي وقت لاحق، أدى التقدم في تكنولوجيا البصريات التكيفية إلى توسيع إمكانات التصوير عالي الدقة للمراصد الأرضية لتشمل طيف الأشعة تحت الحمراء للأجرام السماوية الخافتة. تعتمد الفائدة النسبية للبصريات التكيفية بالنسبة لملاحظات HST بشكل كبير على المعلمات المحددة للاستفسارات العلمية الجاري متابعتها. ضمن طيف الضوء المرئي، تكون أنظمة البصريات التكيفية قادرة على تصحيح التشوهات عبر مجال رؤية مقيد نسبيًا، في حين يسهل HST التصوير البصري عالي الدقة عبر مساحة أوسع. علاوة على ذلك، يمتلك هابل القدرة على تصوير الكيانات السماوية الخافتة، ويرجع ذلك في المقام الأول إلى أن التلسكوبات الأرضية تتعامل مع تداخل الضوء المتناثر الناشئ من الغلاف الجوي للأرض.

مساهمات في هندسة الطيران والفضاء

إلى جانب اكتشافاته العلمية العميقة، حقق تلسكوب هابل الفضائي تقدمًا كبيرًا في هندسة الطيران، وخاصة فيما يتعلق بالكفاءة التشغيلية للأنظمة الموجودة في مدار أرضي منخفض (LEO). تنبع هذه الأفكار القيمة من العمر التشغيلي الممتد لهابل في المدار، ومجموعة أدواته الشاملة، واسترجاع مكوناته إلى الأرض لفحصها بدقة. على وجه التحديد، قام هابل بتيسير البحث في أداء الهياكل المركبة من الجرافيت في بيئة مفرغة، ومسألة التلوث البصري الناجم عن الغازات المتبقية وأنشطة الصيانة البشرية، وتأثيرات الضرر الإشعاعي على المكونات الإلكترونية وأجهزة الاستشعار، وخصائص الأداء المطولة للعزل متعدد الطبقات. كشفت إحدى النتائج الرئيسية أن الجيروسكوبات المصنوعة من الأكسجين المضغوط لتوصيل سائل التعليق أظهرت قابلية للفشل الناجم عن تآكل الأسلاك الكهربائية. ونتيجة لذلك، يتم الآن تجميع الجيروسكوبات المعاصرة باستخدام النيتروجين المضغوط. علاوة على ذلك، أشارت الملاحظات إلى أن الأسطح البصرية في المدار الأرضي المنخفض يمكن أن تمتلك فترات تشغيلية ممتدة بشكل غير متوقع؛ على الرغم من التوقعات الأولية بعمر 15 عامًا قبل أن يؤدي تدهور المرآة إلى جعلها غير صالحة للاستخدام، لم يلاحظ أي تدهور قابل للقياس بعد 14 عامًا. وأخيرًا، لعبت مهمات صيانة هابل، وخاصة تلك التي تتضمن صيانة مكونات لم يتم تصميمها أصلاً للإصلاح في الفضاء، دورًا فعالًا في تعزيز إنشاء أدوات ومنهجيات جديدة للخدمة في المدار.

الحصول على بيانات هابل

نقل البيانات إلى الأرض

في البداية، تم تخزين البيانات التي تم جمعها بواسطة تلسكوب هابل الفضائي على متن المركبة الفضائية. عند إطلاقها، كانت البنية التحتية للتخزين تتألف من محركات الأشرطة التقليدية من بكرة إلى بكرة؛ ومع ذلك، تمت ترقيتها لاحقًا إلى أنظمة تخزين بيانات الحالة الصلبة أثناء مهمتي الخدمة 2 و3A. ما يقرب من مرتين يوميًا، ينقل تلسكوب هابل الفضائي بياناته عبر الراديو إلى قمر صناعي ضمن نظام الأقمار الصناعية للتتبع وترحيل البيانات المتزامن مع الأرض (TDRSS). يقوم القمر الصناعي TDRSS بعد ذلك بنقل البيانات العلمية إلى واحد من هوائيي الميكروويف عالي الكسب بقطر 60 قدمًا (18 مترًا) الموجودين في مرفق اختبار وايت ساندز في وايت ساندز، نيو مكسيكو. بعد ذلك، يتم إرسال هذه البيانات إلى مركز التحكم في عمليات التلسكوب الفضائي في مركز جودارد لرحلات الفضاء، وبلغت ذروتها في أرشفتها في معهد علوم التلسكوب الفضائي. يرسل التلسكوب HST أسبوعيًا ما يقدر بـ 140 جيجابت من البيانات إلى الأرض.

عملية تلوين الصورة

كل صورة يلتقطها هابل هي بطبيعتها تدرج رمادي أحادي اللون، يتم التقاطها من خلال مجموعة من المرشحات، كل منها مصمم لنقل أطوال موجية ضوئية محددة ومدمجة في الكاميرات المعنية. يتضمن توليد الصور الملونة تركيب صور أحادية اللون متميزة، يتم الحصول على كل منها باستخدام مرشح طيفي مختلف. تتيح هذه المنهجية أيضًا إنتاج صور ذات ألوان زائفة، تتضمن قنوات الأشعة تحت الحمراء والأشعة فوق البنفسجية، حيث يتم تصوير الأشعة تحت الحمراء تقليديًا باللون الأحمر الداكن والأشعة فوق البنفسجية باللون الأزرق الداكن.

أرشفة البيانات والوصول إليها

في النهاية، تصبح جميع البيانات التي تم جمعها بواسطة تلسكوب هابل الفضائي متاحة للجمهور من خلال أرشيف ميكولسكي للتلسكوبات الفضائية (MAST) في STScI، ومركز بيانات علم الفلك الكندي (CADC)، وESA/ESAC. عادةً، تحتفظ البيانات بحالة الملكية لمدة اثني عشر شهرًا بعد الحصول عليها، وتكون خلالها متاحة حصريًا للباحث الرئيسي (PI) وعلماء الفلك المعتمدين من قبل PI. في ظل ظروف محددة، يجوز للباحث الرئيسي تقديم التماس إلى مدير معهد علوم تلسكوب الفضاء (STScI) إما لإطالة أو تقصير فترة الملكية هذه.

البيانات التي تم الحصول عليها خلال الوقت التقديري للمدير معفاة من فترات الملكية ويتم نشرها على الفور للعامة. وبالمثل، تصبح بيانات المعايرة، بما في ذلك الحقول المسطحة والإطارات الداكنة، متاحة للعامة دون تأخير. في حين يتم تخزين كافة البيانات المؤرشفة في تنسيق FITS، وهو الأمثل للتحليل الفلكي، إلا أنه لا يمكن الوصول إليها بسهولة للاستهلاك العام. وبالتالي، يقوم مشروع تراث هابل بمعالجة ونشر مجموعة مختارة من الصور الأكثر لفتًا للنظر بتنسيقات JPEG وTIFF للجمهور.

تقليل بيانات الأنابيب

تتطلب البيانات الفلكية التي يتم الحصول عليها باستخدام الأجهزة المزدوجة الشحن (CCD) عدة خطوات معايرة قبل أن يتم إعدادها للتحليل العلمي. قام معهد علوم التلسكوب الفضائي (STScI) بتطوير برنامج متطور يقوم بمعايرة البيانات تلقائيًا عند طلبها من الأرشيف، وذلك باستخدام ملفات المعايرة الأكثر ملاءمة المتاحة. تشير هذه المعالجة الديناميكية إلى أن طلبات البيانات الكبيرة قد تتطلب يومًا أو أكثر للاكتمال والتسليم. تُسمى عملية المعايرة الآلية للبيانات "تخفيض خط الأنابيب"، وهي ممارسة منتشرة بشكل متزايد في المراصد الرئيسية. ومع ذلك، فلدى علماء الفلك خيار استرداد ملفات المعايرة بشكل مستقل وتنفيذ برنامج تقليل خط الأنابيب محليًا. يمكن أن يكون هذا الأسلوب مفيدًا في المواقف التي تتطلب ملفات معايرة محددة، مختلفة عن تلك المحددة تلقائيًا.

تحليل البيانات

يمكن تحليل بيانات هابل من خلال مجموعة متنوعة من حزم البرامج. تحتفظ STScI ببرنامج نظام تحليل البيانات العلمية لتلسكوب الفضاء (STSDAS) الخاص، والذي يشمل جميع البرامج اللازمة لتنفيذ تقليل خطوط الأنابيب في ملفات البيانات الأولية، إلى جانب العديد من أدوات معالجة الصور الفلكية الأخرى المصممة خصيصًا لمتطلبات بيانات Hubble. يعمل هذا البرنامج كوحدة ضمن IRAF، وهو برنامج لتقليل البيانات الفلكية يستخدم على نطاق واسع.

مبادرات التوعية

رأت وكالة ناسا أنه من الأهمية بمكان أن يجذب التلسكوب الفضائي المصلحة العامة، معترفة باستثمارات دافعي الضرائب الكبيرة في تكاليف بنائه وتشغيله. بعد السنوات الأولى المليئة بالتحديات، والتي قوضت خلالها المرآة المعيبة ثقة الجمهور بشكل كبير في هابل، سهلت مهمة الصيانة الافتتاحية إعادة تأهيله حيث أنتجت البصريات المصححة لاحقًا عددًا كبيرًا من الصور الاستثنائية.

كانت المبادرات المختلفة فعالة في إعلام الجمهور بشأن عمليات هابل. داخل الولايات المتحدة، يتم تنسيق جهود التوعية من قبل مكتب التوعية العامة التابع لمعهد علوم التلسكوب الفضائي (STScI)، والذي أنشئ في عام 2000 لإظهار فوائد الاستثمار لدافعي الضرائب الأمريكيين في برنامج التلسكوب الفضائي. ولتحقيق هذا الهدف، تدير STScI موقعًا إلكترونيًا مخصصًا. يزود مشروع تراث هابل، وهو مبادرة من STScI، الجمهور بصور عالية الجودة للأجرام السماوية المرصودة الأكثر جاذبية وإبهارًا بصريًا. يتألف فريق التراث من علماء فلك هواة ومحترفين، إلى جانب أفراد من خلفيات غير فلكية متنوعة، ويسلط الضوء على الصفات الجمالية لصور هابل. تم تخصيص وقت مراقبة محدود لمشروع التراث لالتقاط صور للأجسام التي قد تفتقر، لأسباب علمية، إلى بيانات كافية متعددة الأطوال الموجية لإنشاء تمثيل شامل بالألوان الكاملة.

منذ عام 1999، كان كيان التوعية الرئيسي لـ Hubble في أوروبا هو مركز معلومات وكالة الفضاء الأوروبية Hubble (HEIC). تم إنشاء هذا المكتب في مرفق التنسيق الأوروبي لتلسكوب الفضاء في ميونيخ، ألمانيا. تتمثل مهمة HEIC في تنفيذ مهام التوعية والتعليم الخاصة بتلسكوب هابل الفضائي (HST) لوكالة الفضاء الأوروبية. ويركز عملها في المقام الأول على إنتاج الأخبار ونشرات الصور التي تعرض نتائج وصور هابل الهامة. غالبًا ما تنشأ هذه من الأبحاث الأوروبية، مما يعزز الفهم العام لحصة وكالة الفضاء الأوروبية البالغة 15٪ في هابل ومساهمات العلماء الأوروبيين في المرصد. تنتج وكالة الفضاء الأوروبية أيضًا مواد تعليمية، بما في ذلك سلسلة بث فيديو تسمى Hubblecast، مصممة لنشر المعلومات العلمية المتطورة للجمهور.

حصل تلسكوب هابل الفضائي على جائزتي الإنجاز الفضائي من مؤسسة الفضاء في عامي 2001 و2010، تقديرًا لأنشطته في مجال التوعية.

يتم عرض نسخة طبق الأصل من تلسكوب هابل الفضائي على أرض المحكمة في مارشفيلد بولاية ميسوري، مسقط رأس إدوين الذي يحمل الاسم نفسه. ب. هابل.

الصور التذكارية

احتفل تلسكوب هابل الفضائي بالذكرى العشرين لتواجده في الفضاء في 24 أبريل 2010. واحتفالًا بهذا الحدث المهم، أصدرت وكالة ناسا ووكالة الفضاء الأوروبية ومعهد علوم تلسكوب الفضاء (STScI) بشكل مشترك صورة تم التقاطها من سديم كارينا.

في 24 أبريل 2015، احتفل معهد علوم التلسكوب الفضائي (STScI) بالذكرى السنوية الخامسة والعشرين لتلسكوب هابل الفضائي في المدار من خلال نشر صور لمجموعة Westerlund 2، التي تقع على بعد حوالي 20000 سنة ضوئية (6100 قطعة) داخل كوكبة كارينا. وفي الوقت نفسه، أنشأت وكالة الفضاء الأوروبية صفحة ويب مخصصة للاحتفال بالذكرى السنوية الخامسة والعشرين. وبعد مرور عام، في أبريل 2016، تم نشر صورة مميزة لسديم الفقاعة بمناسبة مرور 26 عامًا على تشغيل هابل.

أعطال المعدات

أجهزة استشعار الدوران الجيروسكوبية

يستخدم تلسكوب هابل الفضائي (HST) الجيروسكوبات لاكتشاف وقياس الحركات الدورانية، مما يتيح الاستقرار المداري والاستهداف الدقيق والمتسق للأجرام السماوية. تم تجهيز HST بستة جيروسكوبات لاستشعار المعدل. تتطلب العمليات القياسية عادةً ثلاثة جيروسكوبات؛ ومع ذلك، تظل عمليات الرصد ممكنة باستخدام اثنتين أو حتى واحدة، وإن كان ذلك مع وجود قيود على منطقة السماء القابلة للرصد وزيادة صعوبة متطلبات التوجيه الدقيقة للغاية. اعتبارًا من عام 2018، تضمنت الإستراتيجية التشغيلية الانتقال إلى وضع الجيروسكوب الواحد إذا كان أقل من ثلاثة جيروسكوبات يعمل. تشكل هذه الجيروسكوبات أحد مكونات نظام التحكم في التأشير، الذي يدمج خمسة أنواع من أجهزة الاستشعار (المغناطيسية والبصرية والجيروسكوبية) ونوعين من المحركات (عجلات التفاعل وعزم الدوران المغناطيسي).

في أعقاب كارثة كولومبيا في عام 2003، أصبحت جدوى مهام الخدمة اللاحقة غير مؤكدة، مما أثار المخاوف بشأن طول عمر الجيروسكوب. وبالتالي، قام المهندسون بتطوير برامج جديدة لتمكين وضعي التشغيل ثنائي الجيروسكوب وجيروسكوب واحد، وبالتالي زيادة عمر المهمة المحتمل إلى الحد الأقصى. أثبت هذا التطور نجاحه، مما أدى إلى اتخاذ قرار عام 2005 بالانتقال إلى وضع الجيروسكوب المزدوج لعمليات التلسكوب الروتينية، بهدف إطالة مدة المهمة. تم تنفيذ هذا الوضع في أغسطس 2005، مما أدى إلى تشغيل هابل باستخدام اثنين من الجيروسكوبات النشطة، واثنتين احتياطيتين، ووحدتين غير صالحتين للعمل. فشل جيروسكوب إضافي في عام 2007.

قبل مهمة الإصلاح النهائية في مايو 2009، عندما تم استبدال جميع الجيروسكوبات الستة (بما في ذلك زوجين جديدين وزوج واحد مجدد)، بقيت ثلاثة فقط تعمل. حدد المهندسون السبب الجذري لفشل الجيروسكوب على أنه تآكل الأسلاك الكهربائية التي تزود المحرك بالطاقة، وهي عملية بدأها الهواء المضغوط بالأكسجين المستخدم أثناء توصيل السائل المعلق اللزج. تم تجميع نماذج الجيروسكوب اللاحقة باستخدام النيتروجين المضغوط، مع توقع تعزيز الموثوقية بشكل كبير. خلال مهمة الصيانة لعام 2009، تم بالفعل استبدال جميع الجيروسكوبات الستة. على مدى العقد اللاحق، فشلت ثلاثة فقط من هذه الجيروسكوبات البديلة، وعلى وجه الخصوص، حدثت هذه الأعطال بعد تجاوز متوسط ​​العمر التشغيلي المتوقع لتصميمها.

من بين الجيروسكوبات الستة التي تم تركيبها في عام 2009، تضمنت ثلاثة منها التصميم الأقدم المعرض لفشل الرصاص المرن، بينما تميزت الثلاثة الأخرى بتصميم أحدث مع عمر متوقع ممتد. فشل الجيروسكوب الأولي ذي الطراز القديم في مارس 2014، تلاه الثاني في أبريل 2018. وفي 5 أكتوبر 2018، توقف الجيروسكوب الأخير من الطراز القديم عن العمل، مما أدى إلى تنشيط أحد الجيروسكوبات ذات الطراز الجديد من حالة الاستعداد. ومع ذلك، فإن هذا الجيروسكوب الاحتياطي لم يحقق الأداء على الفور ضمن المعايير التشغيلية، مما استلزم انتقال المرصد إلى الوضع "الآمن" بينما يقوم المهندسون بمعالجة المشكلة. في 22 أكتوبر 2018، أعلنت وكالة ناسا عبر تويتر أن "معدلات الدوران التي ينتجها الجيروسكوب الاحتياطي قد انخفضت وهي الآن ضمن النطاق الطبيعي. سيتم إجراء اختبارات إضافية لضمان قدرة هابل على العودة إلى العمليات العلمية باستخدام هذا الجيروسكوب."

وُصف الإجراء التصحيحي الذي أعاد الجيروسكوب الاحتياطي ذو النمط الجديد إلى نطاقه التشغيلي بالعامية بأنه "دورة الطاقة". على الرغم من محاولة "إعادة تشغيل" الجيروسكوب، إلا أنها لم تسفر عن أي تأثير ملحوظ، مما يشير إلى حل أكثر تعقيدًا للخلل. يُعزى الفشل في النهاية إلى عدم انتظام، وتحديدًا فقاعة هواء، داخل السائل المغلف لطفو الجيروسكوب. في 18 أكتوبر 2018، بدأ فريق عمليات هابل سلسلة من مناورات المركبات الفضائية، حيث نفذ حركات في اتجاهات متعاكسة لتخفيف هذا التناقض. وبعد هذه المناورات فقط، وسلسلة إضافية تم إجراؤها في 19 أكتوبر، عمل الجيروسكوب باستمرار ضمن معلماته المحددة.

أجهزة القياس والإلكترونيات

لقد سهلت بعثات الخدمة السابقة استبدال الأجهزة القديمة بأخرى متقدمة، وبالتالي منع حدوث أعطال تشغيلية وتمكين إجراء تحقيقات علمية جديدة. سيؤدي غياب مثل هذه المهام حتمًا إلى فشل جميع الأجهزة الموجودة على متن الطائرة. على سبيل المثال، في أغسطس 2004، تعرض نظام الطاقة الخاص بجهاز التصوير الطيفي للتلسكوب الفضائي (STIS) إلى عطل، مما جعل الجهاز غير صالح للعمل. على الرغم من أن الأجهزة الإلكترونية تم تصميمها في البداية بتكرار كامل، إلا أن المجموعة الأساسية تعطلت في مايو 2001. وتم تصحيح مشكلة مصدر الطاقة هذه لاحقًا خلال مهمة الصيانة 4 في مايو 2009.

أثر حادث مماثل على الكاميرا المتقدمة للاستطلاعات (ACS)، حيث تعطلت الأجهزة الإلكترونية الأساسية للكاميرا الرئيسية في يونيو 2006، وتلا ذلك إمداد الطاقة للإلكترونيات الاحتياطية في 27 يناير 2007. ونتيجة لذلك، ظلت قناة الطاقة الشمسية العمياء (SBC) فقط قيد التشغيل، وذلك باستخدام الإلكترونيات الجانبية 1. خلال SM 4، تم تركيب مصدر طاقة جديد للقناة ذات الزاوية الواسعة؛ ومع ذلك، أشارت الاختبارات الأولية إلى عدم وجود تحسن للقناة عالية الدقة. بينما تمت استعادة قناة المجال الواسع (WFC) إلى الخدمة بواسطة STS-125 في مايو 2009، ظلت القناة عالية الدقة (HRC) غير صالحة للعمل.

في 8 يناير 2019، بدأ تلسكوب هابل الفضائي وضعًا آمنًا جزئيًا بسبب الاشتباه في حدوث خلل في الأجهزة داخل أداة الكاميرا واسعة المجال 3، والتي تعد من بين مكوناته الأكثر تطورًا. بعد ذلك، كشفت وكالة ناسا أن تفعيل الوضع الآمن للجهاز تم تشغيله من خلال اكتشاف مستويات الجهد التي تتجاوز نطاق التشغيل المحدد لها. بحلول 15 يناير 2019، حددت وكالة ناسا السبب الجذري لهذا الشذوذ على أنه خلل في البرامج. وتبين أن البيانات الهندسية المرسلة عبر دوائر القياس عن بعد غير دقيقة. علاوة على ذلك، أظهرت جميع أجهزة القياس عن بعد الأخرى داخل هذه الدوائر أيضًا قيمًا خاطئة، مما يشير إلى وجود خطأ في نظام القياس عن بعد وليس مشكلة في مصدر الطاقة. بعد إعادة ضبط دوائر القياس عن بعد واللوحات المرتبطة بها، استأنف الجهاز وظائفه الطبيعية. وفي 17 يناير 2019، تمت استعادة الجهاز بالكامل إلى الحالة التشغيلية وأكمل ملاحظاته العلمية الأولية بنجاح.

شذوذ نظام التحكم في الطاقة لعام 2021

في 13 يونيو 2021، توقف كمبيوتر الحمولة الخاص بتلسكوب هابل الفضائي عن العمل، ويُعزى ذلك إلى وجود عطل مشتبه به داخل وحدة الذاكرة. وقد أثبتت المحاولة اللاحقة لإعادة تشغيل الكمبيوتر في 14 يونيو عدم نجاحها. فشلت أيضًا الجهود الإضافية لتنشيط إحدى وحدات الذاكرة الاحتياطية الثلاث الموجودة على متن الطائرة في 18 يونيو. بين 23 و24 يونيو، قام مهندسو ناسا بتحويل هابل إلى كمبيوتر حمولة احتياطية؛ ومع ذلك، فشلت هذه العمليات بالمثل، وظهرت نفس الخطأ. بحلول 28 يونيو 2021، أعلنت ناسا عن توسيع نطاق التحقيق ليشمل مكونات النظام الأخرى. وبالتالي تم تعليق العمليات العلمية خلال جهود التشخيص والحل التي بذلتها وكالة ناسا. عند تحديد وحدة التحكم في الطاقة المعطلة (PCU) المسؤولة عن توفير الطاقة لأحد أجهزة كمبيوتر هابل، نجحت ناسا في التحول إلى وحدة التحكم في الطاقة الاحتياطية، مما أدى إلى استعادة هابل إلى الوضع التشغيلي بحلول 16 يوليو. لاحقًا، في 23 أكتوبر 2021، أبلغت أدوات HST عن فقدان رسائل المزامنة، مما أدى إلى تنشيط الوضع الآمن. بحلول 8 ديسمبر 2021، كانت وكالة ناسا قد أعادت العمليات العلمية الكاملة وكانت تعمل بشكل متزامن على تطوير تحديثات البرامج لتعزيز مرونة الأجهزة في مواجهة فقدان رسائل المزامنة المستقبلية.

آفاق المستقبل

اعتبارات الاضمحلال المداري واعتبارات إعادة الدخول الخاضعة للتحكم

يحتفظ تلسكوب هابل الفضائي بمدار داخل الغلاف الجوي العلوي المخفف للغاية للأرض، ويشهد اضمحلالًا مداريًا تدريجيًا مع مرور الوقت بسبب السحب الجوي. وبدون إعادة التشغيل بشكل دوري، من المتوقع أن يعود التلسكوب إلى الغلاف الجوي للأرض في غضون عدة عقود، ويتوقف التوقيت الدقيق على مستويات النشاط الشمسي وتأثيراتها المقابلة على الغلاف الجوي العلوي. في حالة عودة الدخول إلى الغلاف الجوي بشكل غير متحكم فيه، من المرجح أن تستمر مكونات مثل المرآة الرئيسية وهيكلها الداعم، مما يشكل مخاطر محتملة للضرر أو حتى وقوع إصابات بشرية. في عام 2013، قدر نائب مدير المشروع جيمس جيليتيك أن العمر التشغيلي لهابل يمكن أن يمتد إلى عشرينيات القرن الحالي. مع الأخذ في الاعتبار عوامل مثل النشاط الشمسي والسحب الجوي، أو غيابه، من المتوقع عودة هابل إلى الغلاف الجوي بشكل طبيعي بين عامي 2028 و2040. وفي يونيو 2016، قامت وكالة ناسا بتمديد عقد خدمة هابل حتى يونيو 2021. وتم تمديد هذا العقد لاحقًا حتى يونيو 2026.

في البداية، كانت وكالة ناسا تعتزم استعادة تلسكوب هابل الفضائي عبر مكوك فضائي لإخراجه من مداره بشكل متحكم فيه، ثم التخطيط لاحقًا لعرضه في مؤسسة سميثسونيان. ومع ذلك، أصبح هذا النهج غير ممكن بعد تقاعد أسطول المكوك الفضائي، وكان يعتبر غير محتمل حتى قبل ذلك بسبب تكاليف المهمة الكبيرة والمخاطر الكامنة على الطاقم. ونتيجة لذلك، استكشفت وكالة ناسا تكامل وحدة الدفع الخارجية لتسهيل إعادة الدخول إلى الغلاف الجوي بشكل متحكم فيه. في نهاية المطاف، خلال مهمة الخدمة الرابعة في عام 2009، والتي كانت بمثابة آخر عملية خدمة للمكوك الفضائي، قامت ناسا بتثبيت آلية الالتقاط الناعم (SCM). تم تصميم هذه الآلية لتمكين الخروج من المدار من خلال مهمة مأهولة أو آلية. يشكل SCM، بالاشتراك مع نظام الملاحة النسبي (RNS) - الذي تم تركيبه على المكوك لجمع البيانات من أجل "تمكين ناسا من متابعة العديد من الخيارات للخروج الآمن من مدار هابل" - بشكل جماعي نظام الالتقاط والالتقاء الناعم (SCRS).

مهام الخدمة المحتملة

في عام 2017، قامت إدارة ترامب بتقييم اقتراح من شركة سييرا نيفادا بشأن الاستخدام المحتمل لمركبة فضائية مأهولة من طراز Dream Chaser لخدمة هابل خلال عشرينيات القرن الحالي. تهدف هذه المبادرة إلى إطالة العمر التشغيلي العلمي لهابل وتوفير احتياطي ضد الأعطال المحتملة في تلسكوب جيمس ويب الفضائي. بحلول عام 2020، اقترح جون جرونسفيلد أن المركبة الفضائية SpaceX Crew Dragon أو Orion يمكن أن تقوم بمهمة إصلاح إضافية في غضون عقد من الزمن. وافترض أنه في حين أن التكنولوجيا الروبوتية الحالية لا تزال غير متقدمة بما فيه الكفاية لمثل هذه المهام، فإن تدخل الطاقم الإضافي، المجهز بجيروسكوبات وأدوات جديدة، يمكن أن يحافظ على عمليات هابل "لبضعة عقود أخرى".

طرح جاريد إسحاقمان، رائد الفضاء الخاص والملياردير، اقتراحًا لتمويل مهمة خدمة باستخدام مركبة الفضاء سبيس إكس. في حين أن هذا المسعى من المحتمل أن يوفر وفورات كبيرة في التكاليف لناسا، فقد نشأت تناقضات بين سبيس إكس وناسا فيما يتعلق بتقييم مخاطر المهمة. في سبتمبر 2022، قامت وكالة ناسا وسبيس إكس بإضفاء الطابع الرسمي على اتفاقية قانون الفضاء لاستكشاف جدوى مهمة كرو دراجون المصممة لخدمة هابل ورفعه إلى مدار أعلى، مما قد يؤدي إلى إطالة عمره التشغيلي لعقدين إضافيين. تم اعتبار هذه المهمة المقترحة بمثابة مهمة ثانية محتملة لبرنامج بولاريس؛ ومع ذلك، بحلول يونيو 2024، رفضت وكالة ناسا في النهاية مهمة الخدمة الخاصة بسبب مخاوف بشأن احتمال حدوث ضرر للمرصد.

التلسكوبات اللاحقة

لا يوجد خليفة مباشر لهابل على وجه التحديد باعتباره تلسكوبًا فضائيًا يعمل بالأشعة فوق البنفسجية والضوء المرئي. وذلك لأن التلسكوبات الفضائية المعاصرة لا تحاكي تغطية هابل الشاملة للأطوال الموجية، والتي تمتد من الأشعة فوق البنفسجية القريبة إلى الأشعة تحت الحمراء القريبة. وبدلاً من ذلك، يركزون بشكل أساسي على نطاقات الأشعة تحت الحمراء الأطول. تُستخدم نطاقات الأشعة تحت الحمراء هذه في دراسة الأجرام السماوية ذات الانزياح الأحمر العالي ودرجات الحرارة المنخفضة، والتي تمثل عادةً أجرامًا أقدم وأكثر بعدًا داخل الكون. علاوة على ذلك، فإن هذه الأطوال الموجية المحددة تمثل تحديًا أو من المستحيل مراقبتها من سطح الأرض، مما يؤكد صحة الاستثمار الكبير في التلسكوبات الفضائية. في حين أن التلسكوبات الأرضية الكبيرة يمكنها التقاط صور في بعض الأطوال الموجية نفسها مثل هابل، وأحيانًا تنافس تلسكوب هابل الفضائي (HST) في الدقة من خلال البصريات التكيفية (AO)، التي تمتلك قدرة أكبر بكثير على جمع الضوء ومسارات ترقية أسهل، إلا أنها لا تستطيع حاليًا تحقيق دقة هابل الفائقة عبر مجال رؤية واسع مقابل خلفية الفضاء المظلمة بشكل استثنائي.

ظهرت فكرة خليفة هابل من خلال مشروع تلسكوب الجيل القادم الفضائي، مما أدى في النهاية إلى تطوير تلسكوب جيمس ويب الفضائي (JWST)، والذي تم الاعتراف به رسميًا باعتباره خليفة هابل. تم تصميم تلسكوب جيمس ويب الفضائي، الذي يختلف عن مجرد هابل الموسع، ليعمل في درجات حرارة أقل بكثير وعلى مسافة أكبر من الأرض، وتحديدًا عند نقطة لاغرانج L2. يقلل هذا الموقع الاستراتيجي من التداخل الحراري والبصري الناتج عن الأرض والقمر. على الرغم من أنها غير مصممة للخدمة الكاملة في المدار، مثل استبدال الأجهزة، إلا أن بنيتها تتضمن حلقة لرسو السفن لتسهيل الزيارات المحتملة من المركبات الفضائية الأخرى. الهدف العلمي الأساسي لـ JWST هو مراقبة أبعد الأجسام في الكون، وهو ما يتجاوز قدرات المراقبة للأدوات الحالية. ومن المتوقع أن يحدد التلسكوب النجوم في بداية الكون والتي تكون أقدم بحوالي 280 مليون سنة من تلك التي يمكن اكتشافها حاليًا بواسطة تلسكوب هابل الفضائي (HST). يمثل هذا التلسكوب جهدًا تعاونيًا دوليًا يضم وكالة ناسا ووكالة الفضاء الأوروبية ووكالة الفضاء الكندية، بدأ في عام 1996. وتم إطلاقه بنجاح في 25 ديسمبر 2021، على متن صاروخ آريان 5. على الرغم من أن تلسكوب جيمس ويب الفضائي يعمل في الغالب كأداة للأشعة تحت الحمراء، إلا أن تغطيته الطيفية تمتد إلى أطوال موجية قصيرة تصل إلى 600 نانومتر، وهو ما يتوافق تقريبًا مع الضوء البرتقالي ضمن الطيف المرئي. نظرًا لأن العين البشرية النموذجية يمكنها إدراك الضوء حتى 750 نانومتر تقريبًا، توجد درجة من التداخل مع نطاقات الطول الموجي الأطول المرئية، والتي تشمل الضوء البرتقالي والأحمر.

كان مرصد هيرشل الفضائي التابع لوكالة الفضاء الأوروبية، والذي تم إطلاقه في 14 مايو 2009، بمثابة تلسكوب تكميلي، حيث رصد أطوال موجية أطول من تلك التي يمكن اكتشافها بواسطة تلسكوب هابل أو تلسكوب جيمس ويب الفضائي. على غرار تلسكوب جيمس ويب الفضائي، لم يتم تصميم هيرشل لخدمة ما بعد الإطلاق، وكان يتميز بمرآة أكبر بكثير من مرآة هابل، على الرغم من أن ملاحظاته كانت مقتصرة على الأشعة تحت الحمراء البعيدة وطيف ما دون المليمتري. وكان عمره التشغيلي محدودًا بإمدادات سائل التبريد بالهيليوم، والتي استنفدت في 29 أبريل 2013.

من بين مفاهيم التلسكوب الفضائي المتقدمة للقرن الحادي والعشرين هو الماسح الضوئي الكبير بالأشعة تحت الحمراء فوق البنفسجية (LUVOIR)، وهو تلسكوب فضائي بصري متصور مزود بمرآة أساسية تتراوح من 8 إلى 16.8 مترًا (310 إلى 660 بوصة). إذا تم بناؤه، يمكن أن يعمل LUVOIR كخليفة مباشر لـ HST، مما يوفر القدرة على مراقبة وتصوير الأجرام السماوية عبر الأطوال الموجية المرئية والأشعة فوق البنفسجية والأشعة تحت الحمراء بدقة محسنة بشكل كبير مقارنة بكل من تلسكوب هابل وتلسكوب سبيتزر الفضائي. تم اقتراح تاريخ الإطلاق لعام 2039 في تقرير التخطيط النهائي للمسح العقدي لعلم الفلك والفيزياء الفلكية لعام 2020. في النهاية، نصح المسح العقدي بدمج مفاهيم LUVOIR مع مقترح مراقب الكواكب الخارجية الصالح للسكن لتطوير تلسكوب رئيسي جديد بطول 6 أمتار، ومن المحتمل إطلاقه في أربعينيات القرن الحادي والعشرين.

في حين أن التلسكوبات الأرضية الحالية ومختلف التلسكوبات الكبيرة للغاية المقترحة يمكن أن تتجاوز تلسكوب HST من حيث قدرة جمع الضوء والحد من الحيود بسبب مراياها الأكبر، إلا أن هناك اعتبارات أخرى تؤثر على أداء التلسكوب. في بعض الحالات، يمكن لهذه الأدوات تحقيق دقة هابل أو تجاوزها من خلال تطبيق البصريات التكيفية (AO). ومع ذلك، فإن تطبيق AO على عاكسات أرضية كبيرة لن يجعل هابل أو التلسكوبات الفضائية الأخرى قديمة الطراز. تعمل غالبية أنظمة AO على تحسين وضوح الصورة عبر مجال رؤية مقيد للغاية؛ على سبيل المثال، تولد Lucky Cam صورًا واضحة تمتد من 10 إلى 20 ثانية قوسية فقط، في حين تلتقط كاميرات Hubble صورًا واضحة عبر حقل مدته 150 ثانية قوسية (2½ دقيقة قوسية). علاوة على ذلك، تتمتع التلسكوبات الفضائية بميزة فريدة تتمثل في مراقبة الكون عبر الطيف الكهرومغناطيسي الكامل، والذي يضعف الغلاف الجوي للأرض معظمه. وأخيرًا، تكون الخلفية السماوية في الفضاء أغمق بطبيعتها منها على الأرض، حيث أن امتصاص الغلاف الجوي للطاقة الشمسية أثناء النهار وإعادة انبعاثها ليلاً يخلق وهجًا هوائيًا دقيقًا ولكن يمكن اكتشافه ويحجب الميزات الفلكية منخفضة التباين.

هابل (فيلم وثائقي 2010)

• هابل (فيلم وثائقي 2010)
• قائمة الحقول العميقة
• قائمة صور الذكرى السنوية لهابل
• قائمة أكبر التلسكوبات العاملة بالأشعة تحت الحمراء
• قائمة أكبر التلسكوبات العاكسة الضوئية
• قائمة التلسكوبات الفضائية

المراجع

قائمة المراجع

باهكال، جون ن.؛ باريش، باري C.؛ هيويت، جاكلين ن.؛ ماكي، كريستوفر ف. وآخرون. (أغسطس 2003). “تقرير لوحة الانتقال HST-JWST” (PDF). ناسا. أرشفة (PDF) من النسخة الأصلية في 9 أكتوبر 2022.

• باهكال، جون إن؛ باريش، باري C.؛ هيويت، جاكلين ن.؛ ماكي، كريستوفر ف. وآخرون. (أغسطس 2003). "تقرير اللجنة الانتقالية لـ HST-JWST" (PDF). ناسا. تمت أرشفة (PDF) من الإصدار الأصلي في 9 تشرين الأول (أكتوبر) 2022.Logsdon, John M.; Snyder, Amy Paige; Launius, Roger D.; Garber, Stephen J.; Newport, Regan Anne, eds. (2001). استكشاف المجهول: وثائق مختارة في تاريخ برنامج الفضاء المدني الأمريكي. سلسلة تاريخ ناسا. المجلد الخامس: استكشاف الكون. ناسا. ISBN 978-0-16-061774-4. title="ctx_ver=Z39.88-2004&rft_val_fmt=info%3Aofi%2Ffmt%3Akev%3Amtx%3Abook&rft.genre=book&rf t.btitle=Exploring+the+Unknown%3A+Selected+Documents+in+the+History+of+the+U.S.+Civil+Space+Program&r ft.series=NASA+History+Series&rft.pub=NASA&rft.date=2001&rft.isbn=978-0-16-061774-4&rft_i d=https%3A%2F%2Farchive.org%2Fdetails%2Fexploringunknown0000logs&rfr_id=info%3Asid%2Fen.</span> <span typeof="> تدمج هذه المقالة محتوى من مصدر المجال العام هذا. ويتضمن العديد من الوثائق الأولية، مثل مقالة سبيتزر عام 1946، وتقرير وودز هول المتعلق باستقلالية STScI، ومذكرة التفاهم الخاصة بوكالة الفضاء الأوروبية، إلى جانب معلومات عن برامج ناسا الأخرى لعلم الفلك.
• بيرس، روهان (29 مارس 2012). “ما الخطأ الذي حدث في تلسكوب هابل الفضائي (وما يمكن للمديرين تعلمه منه)”. عالم التكنولوجيا. مؤرشف من الأصل في 31 مارس 2012. تم الاسترجاع في 30 مارس .زيمرمان، روبرت إف. (2010). الكون في مرآة: ملحمة تلسكوب هابل الفضائي وأصحاب الرؤى الذين بنوه. برينستون، نيو جيرسي: مطبعة جامعة برينستون. ISBN 978-0-691-14635-5.
  • موقع هابل
  • Spacetelescope.org أرشفة 21 فبراير 2011 في آلة Wayback.، موقع توعية هابل من قبل وكالة الفضاء الأوروبية
  • مشروع تراث هابل وأرشيفات هابل بواسطة STScI
  • أرشيفات هابل بواسطة وكالة الفضاء الأوروبية
  • أرشيفات هابل بواسطة CADC
  • مخططات هابل من وكالة الفضاء الأوروبية
  • مخططات هابل الصادرة عن وكالة الفضاء الأوروبية