美國宇航局的哈勃太空望遠鏡最初並非用於觀測太陽。天文學家還是嘗試了

哈勃太空望遠鏡歷史中鮮為人知的一章提醒人們觀測太陽的風險

Hubble telescope in space, Earth and sun in background

美國宇航局哈勃太空望遠鏡與地球和太陽背景的合成插圖。

Jürgen Fälchle/Alamy Stock Photo。此影像元素由 NASA 提供

如果您曾經做過任何天文科普工作——如果您做過公開講座、在觀星活動中做過志願者、寫過關於天空的文章、做過任何事情——那麼在某個時候您都不得不警告人們不要直視太陽。

當然,這種警告的需求在日食前後達到頂峰,因為那時人們往往會進行不明智的太陽觀測。原始的、未經過濾的陽光非常強烈,實際上會在您的視網膜上燒出小孔,這絕對是一個不要直視太陽的好理由。一般來說,這不會導致完全的、永久性的失明,但是做一些事情導致燒燬的盲點佈滿您的眼底,眼科醫生並不完全推薦這樣做。

因此,您可以想象,如果您使用某種光學輔助裝置(如雙筒望遠鏡),或者,天哪,甚至是真正的望遠鏡,這種損害會擴大多少倍。這些儀器的全部意義在於從天空中收集更多的光線,就像水桶收集雨水一樣,使微弱的物體看起來更明亮。


關於支援科學新聞報道

如果您喜歡這篇文章,請考慮透過以下方式支援我們屢獲殊榮的新聞報道 訂閱。透過購買訂閱,您正在幫助確保未來能夠繼續報道關於塑造我們當今世界的發現和思想的有影響力的故事。


鑑於太陽實際上是整個天空中最亮的物體,即使是雙筒望遠鏡或望遠鏡的適度放大也會將這個明亮的物體變成火焰噴射器。這與使用放大鏡或鏡子生火背後的原理相同。除非您想知道凝視著啟用的相位槍管的感覺,否則永遠、永遠不要使用天文儀器觀看太陽。(唯一的例外是儀器經過適當的過濾。)請記住,增強的亮度不僅對您的眼睛有害,而且還會對望遠鏡的精密感測器和儀器造成毀滅性破壞。

那麼,有了這個前言,讓我告訴您關於天文學家使用哈勃太空望遠鏡觀測太陽的事情——是的,真的。

我第一次從我的朋友格倫·施耐德那裡聽到這個故事,他在哈勃太空望遠鏡發射後,曾在太空望遠鏡科學研究所(哈勃的科學執行中心)擔任執行天文學家,負責理解和使用望遠鏡的第一個主力儀器,稱為廣域/行星相機。WF/PC(業內人士稱之為“whiff pick”),與天文臺於 1990 年初一同發射,並一直執行到 1993 年被WFPC2取代。

我曾與施耐德在太空望遠鏡成像光譜儀或STIS上合作,這是一種於 1997 年搭乘太空梭發現號飛往哈勃的相機,至今仍在執行。有一天,他正在使用 STIS 觀測一顆他懷疑有行星的附近恆星,並請我幫助他分析影像。我現在不記得是什麼觸發他告訴我這個故事了,但我記得他臉上露出頑皮的笑容,漫不經心地提到哈勃觀測過太陽。

當他這樣做時,我的腦海中響起了大約 30 個紅色警報。一個想法衝到了最前面,我能夠評論說:“但是觀測太陽的距離有 50 度的限制;這種情況只發生過一次,為了觀測金星!即使那樣,觀測也很棘手和危險!”

他再次笑了笑,並告訴我故事的其餘部分。

在 20 世紀 80 年代後期,當 WF/PC 正在建造時,工程師們遇到了一個問題。數字探測器被相機使用,但存在一個稱為量子效率滯後或 QEH 的問題——當 WF/PC 拍攝明亮物體的影像時,會留下一個殘像,這會干擾以後的觀測。本質上,這類似於您在看到明亮的東西后(雖然不是太陽,永遠不是太陽,記住?)在視野中看到彩色點。

QEH 的治療方法是用紫外線照射相機,這會“重置”探測器並將其沖洗乾淨。QEH 內置於探測器中,但只需在 WF/PC 被 WFPC2 取代之前修復一次即可。鑑於太陽一直在不斷地發出紫外線,施耐德和他的同事決定在哈勃進入軌道後利用這一點。

但是他們是如何將所有這些清潔光子送入探測器的呢?施耐德告訴我,這裡的訣竅是工程師們實際上並沒有將哈勃指向太陽。那將是非常糟糕的——比如,“讓我們摧毀許多價值數十億美元的珍貴天文臺裝置”那樣糟糕。相反,他們意識到他們可以將望遠鏡的背面朝向太陽,並將其直接遠離我們的恆星,對準天空中的一個佔位點,稱為反太陽點,該點由於地球和哈勃的軌道運動而在天空中移動,但始終與我們的恆星方向相反 180 度。

然後,他們可以部署一個小的“拾取”反射鏡(有點像潛艇的潛望鏡或牙醫的鏡子),從哈勃後半部分的儀器艙伸出,以捕捉陽光並將其向下引導到 WF/PC 的相機中。

因此,他們製造了必要的裝置,於 1990 年 4 月將哈勃發射到軌道,並在同年 12 月執行了他們巧妙的計劃。哈勃用太陽溫暖了它的背面,拾取鏡彈了出來,WF/PC 享受了一次來自 1.5 億公里外的紫外線清洗衝擊,清除了探測器中的 QEH。

太陽遠大於 WF/PC 的視場,因此工程師們對哈勃進行了程式設計,使其執行一系列非常小的移動以掃描太陽,進行一系列極短時間的曝光,以繪製我們恆星的馬賽克影像。就 WF/PC 而言,它具有可以阻擋可見光並僅允許一小部分“遠”紫外線透過的濾光片,從而確保適量的陽光照射到感測器上。哈勃對太陽的凝視不僅實現了 QEH 清洗,還使工程師和科學家能夠準確地看到光線在望遠鏡內部的反射方式——這對於指向望遠鏡和分析未來的科學影像都很有用。

工程師們最終獲得的影像充滿了缺陷和偽影——如此明亮的光源會暴露任何相機中的許多問題。一些掃描也錯過了太陽,但總而言之,有足夠的可用影像建立我們恆星的有點粗糙的影像。這是有史以來第一張在遠紫外線下獲得的太陽影像,早於美國宇航局的專用空間太陽觀測站,例如太陽和太陽層探測器

即使在今天,當我與人們談論日食或太陽黑子觀測,並告誡他們永遠、永遠不要在沒有適當的安全措施和濾光片的情況下觀看太陽時,我有時會臉上露出狡猾的微笑——因為我知道美國宇航局超級謹慎和規避風險的工程師曾經使用有史以來最昂貴的天文臺之一,觀測天空中最亮和最危險的光源,從本質上是為了清潔相機。

事實證明,陽光確實是最好的消毒劑。

© .