Af hverju virkaði Hubblessjónaukinn ekki almennilega í byrjun?

Nafn þitt

Netfang þitt

Netfang móttakanda

Ruslpóstvörn =

Svar

Af hverju virkaði Hubblessjónaukinn ekki almennilega í byrjun?
Hubble-geimsjónaukinn er svonefndur Cassegrain-spegilsjónauki (tveir speglar) af Ritchey-Chrétien gerð, rétt eins og flestir stærstu stjörnusjónaukar heims. Í Ritchey-Chrétien sjónaukum eins og Hubble eru safnspegillinn og aukaspegillinn báðir breiðbogalaga (e. hyperbolic). Í þeim myndast hvorki hjúpskekkja (e. coma) né kúluvilla (e. spherical aberration) og þeir gefa vítt og vel leiðrétt sjónsvið. Helsti ókosturinn er hins vegar sá að erfitt er að smíða og prófa spegla af þessu tagi, auk þess sem þeir eru dýrir í framleiðslu.

Perkin-Elmer-sjóntækjafyrirtækið sem fengið hafði það verkefni að hanna og pússa speglana hugðist byggja frá grunni háþróaðan tölvubúnað sem sæi um að slípa spegilinn í Hubble nákvæmlega. Ef svo færi að Perkin-Elmer lenti í vandræðum með þessa nýju tækni krafðist NASA þess að fyrirtækið fengi Kodak-fyrirtækið til að slípa varaspegil með hefðbundnum hætti. Kodak og fyrirtækið Itek höfðu einnig boðið í smíði spegilsins og vildu að bæði fyrirtæki færu yfir slípunina. Það hefði næsta örugglega leitt í ljós gallann í speglinum sem síðar kom í ljós.

Perkin-Elmer hóf að smíða spegilinn árið 1979 en gekk hægt og erfiðlega svo á endanum neyddist NASA til að fresta geimskoti fram í október árið 1984. Slípun spegilsins lauk árið 1981 og var hann þá húðaður með 65 nm þykku lagi af áli og 25 nm þykku magnesín-flúoríðlagi.

Ýmislegt fleira varð til þess að fresta þurfti geimskoti eins og fram kemur í svari sama höfundar við spurningunni Hvenær datt mönnum fyrst í hug að skjóta sjónauka út í geim og hvernig gekk það fyrir sig? en þann 25. apríl 1990 komst sjónaukinn á braut um Jörðu.

Þegar Hubblessjónaukinn var prófaður í geimnum kom í ljós að hann náði ekki að skerpustilla eða fókusa rétt. Fyrstu myndirnar voru mun skarpari en myndir teknar frá jörðu niðri en engu að síður miklu óskýrari en búist var við.

Wide Field Planetary Camera og Faint Object Camera myndavélarnar sýndu báðar sömu sjónskekkju, kúluvillu (e. spherical aberration), sem hlaut að stafa af skekkju í safnspeglinum, aukaspeglinum eða báðum speglum. Myndir af stökum stjörnum (punktuppsprettum) voru meira en ein bogasekúnda á breidd í stað þess að vera innan við 0,1 bogasekúnda eins og gert var ráð fyrir.

NASA tilkynnti opinberlega um gallann 21. júní 1990. Tveimur vikum síðar var nefnd sett á laggirnar sem átti að finna út ástæðu skekkjunnar, hvernig hún hefði komið til og hvers vegna hennar varð ekki vart fyrir geimskot.

Frekari greining á myndum úr sjónaukanum leiddi í ljós að safnspegillinn var rót vandans. Þótt spegillinn væri best slípaði spegill sögunnar (ef Jörðin væri flött út og slípuð jafn vel væri hæsta bunga á henni, stærsta fjall Jarðar, aðeins 15 cm há), hafði hann verið slípaður á rangan hátt svo skeikaði aðeins 10 nanómetrum.

Spegillinn var örlítið of flatur til jaðranna sem nam 1/50 af breidd mannshárs. Þessi hárfína skekkja skipti öllu máli og orsakaði kúluvillu sem þýddi að ljósið endurvarpaðist ekki allt í einn og sama brennipunktinn, heldur dreifðist í stóran þokukenndan hjúp í kringum brennipunktinn.

Kúluvillan hafði þó mismikil áhrif á getu sjónaukans. Hægt var að gera góðar mælingar á björtum fyrirbærum en skekkjan dró hins vegar verulega úr getu sjónaukans til að greina dauf fyrirbæri. Fyrir vikið voru næstum allar heimsfræðilegar athuganir svo til ómögulegar. Þrátt fyrir það gerði sjónaukinn margar mjög góðar mælingar fyrstu þrjú starfsár sín. Skekkjan var vel þekkt og stjörnufræðingar þróuðu myndgreiningartækni sem lagfærði myndir verulega.

Rannsókn nefndarinnar sýndi að kúluvilluna mátti rekja til gallaðs ljósmælis sem notaður var til að mæla sveigju spegilsins. Ljósmælirinn, kallaður null corrector, samanstóð af tveimur litlum speglum og linsu og var smíðaður sérstaklega af Perkin-Elmer fyrirtækinu fyrir slípun spegilsins. Perkin-Elmer hafði varðveitt tækið nákvæmlega eins og það var þegar spegillinn var slípaður. Þegar rannsóknarnefndin skoðaði tækið kom í ljós að linsan var ekki á réttum stað í mælinum, svo skeikaði aðeins 1,3 millimetrum. Það dugði til þess að spegillinn var slípaður mjög nákvæmlega en á rangan hátt.

Þegar slípun spegilsins hófst voru tveir hefðbundnir ljósmælar notaðir til að fylgjast með löguninni en skipt var yfir í sérsmíðaða mælinn þegar lokamótunin fór fram. Prófanir fyrir geimskot með fyrri mælunum tveimur sýndu kúluvilluna en ekki var tekið mark á því þar sem álitið var að sérsmíðaði mælirinn væri mun nákvæmari.

Í skýrslu rannsóknarnefndarinnar var Perkin-Elmer harðlega gagnrýnt fyrir ófullnægjandi vinnubrögð. NASA var einnig harðlega gagnrýnt fyrir lélega gæðastjórnun og að allt traust var lagt á mælingar eins mælitækis.

Þegar kúluvillan lá ljós fyrir hófu stjörnufræðingar og verkfræðingar að leita leiða til að leysa vandann fyrir fyrsta viðhaldsleiðangurinn árið 1993. Þótt Kodak hefði slípað varaspegil fyrir Hubble var ógerlegt að skipta um spegil á braut um Jörðina og of dýrt og tímafrekt að flytja sjónaukann til Jarðar og gera við hann. Þess í stað var ákveðið að útbúa nýtt tæki, Corrective Optics Space Telescope Axial Replacement (COSTAR), sem leiðrétti skekkjuna og var nokkurs konar „gleraugu“ fyrir sjónaukann. COSTAR tækinu var svo komið fyrir í fyrstu viðhaldsferðinni sem farin var með geimferjunni Endeavour (STS-61) í desember 1993 og með því var hægt að leiðrétta skekkjuna í speglinum.

---

Þetta svar er hluti af grein um Hubble-geimsjónaukann á Stjörnufræðivefnum og birt með góðfúslegu leyfi. Myndirnar er sóttar á sama vef. Áhugasamir eru hvattir til að kynna sér greinina í heild sinni.

...