NASA 拒絕哈勃救援任務並削減太空望遠鏡的科學專案

官員表示,NASA 哈勃太空望遠鏡的硬體故障可能會導致科學產出減少,但該航天機構尚未準備好開展私人維修任務

A photograph of the Hubble Space Telescope in low-Earth orbit

在軌道上執行三十多年後,NASA 的哈勃太空望遠鏡已顯露老態。這張哈勃影像是由宇航員於 2009 年 5 月 19 日在亞特蘭蒂斯號太空梭上拍攝的,當時正值太空梭計劃對該軌道天文臺進行的最後一次維護任務完成之後不久。

NASA

在經歷了三十多年的革命性宇宙發現之後,哈勃太空望遠鏡正在對其執行進行新的調整,並進入其劃時代任務的暮年。

NASA 表示,哈勃目前仍處於良好狀態,它以每小時 17,000 英里的速度在地球上方約 320 英里的軌道上執行,但該天文臺自5 月 24 日以來一直處於“安全模式”。這僅僅是望遠鏡科學執行暫停的日益頻繁的安全模式事件系列中的最新一起。最近的這些中斷事件大多與來自一個故障陀螺儀的錯誤讀數有關。陀螺儀是一種利用高速旋轉輪的角動量來測量哈勃望遠鏡在追蹤天空目標時轉動速度和運動的裝置。地面控制人員已多次重置這個麻煩的陀螺儀,但錯誤讀數很快又會重新出現。

如果沒有陀螺儀的引導,望遠鏡幾乎就像盲飛一樣,無法準確鎖定大多數天體。如果沒有哈勃——即使是現在,它仍然擁有可見光和紫外光中最清晰的太空天象——通往宇宙的關鍵視窗將會關閉。哈勃仍然嚴重“供不應求”——天文學家使用這個術語來形容望遠鏡的研究提案數量超過其有限的可用觀測時間的情況。它還與新的即將到來的強大的太空望遠鏡形成了強大的協同效應,用於研究系外行星、爆發的恆星和遙遠的星系。


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哈勃攜帶六個陀螺儀,全部安裝於 2009 年最後一次太空梭維修望遠鏡的任務期間。包括這個有問題的陀螺儀在內,只有三個陀螺儀仍然處於活動狀態。通常,這三個陀螺儀協同工作,以高效且精確地操縱和指向望遠鏡。

但一種新的“常態”現在已經到來。在 6 月 4 日的新聞釋出會上,NASA 官員宣佈,該航天機構正在將哈勃望遠鏡過渡到“單陀螺儀模式”,這是一項在望遠鏡可用陀螺儀數量減少的情況下繼續科學執行的應急計劃。這次過渡將使哈勃望遠鏡僅剩一個完全正常執行的陀螺儀作為備用,並且需要重新配置航天器和地面控制,以及修訂所有科學觀測計劃。但官員表示,該望遠鏡應該會在 6 月中旬恢復執行。

NASA 天體物理學部主任馬克·克拉姆平在新聞釋出會上表示:“在執行方面,我們認為這是支援哈勃望遠鏡在本十年及未來十年開展科學工作的最佳方法,因為其進行的大部分觀測將完全不受此變化的影響。” “單陀螺儀模式實際上使哈勃望遠鏡恢復了穩定的科學執行,這非常重要,並且它使我們能夠保持另一個陀螺儀工作,儘管我們將使其保持通電狀態以備將來使用。”

單陀螺儀模式是在 20 多年前的哥倫比亞號太空梭災難之後制定的,該災難暫停了未來哈勃維修任務的計劃。單陀螺儀模式涉及一個多步驟過程,該過程依賴於其他機載儀器來替代望遠鏡失效的陀螺儀。第一步是使用哈勃望遠鏡的磁力計和太陽感測器以及一個陀螺儀來確定航天器相對於地球和太陽的方位。這使哈勃能夠指向目標 10 度以內的範圍,之後天文臺的星 Tracker,然後是精細制導感測器分別進行調整,最終將其對準目標的精度提高到 150 毫角秒以內。

NASA 表示,這接近於正常三陀螺儀模式所達到的精度,這相當於將雷射束指向 200 多英里外的一角硬幣——並且,對於哈勃望遠鏡一些最精細的觀測,需要保持長達 24 小時的時間。事實上,自 2021 年以來,望遠鏡的所有科學觀測都依賴於單陀螺儀模式的一個版本,使用三個陀螺儀來回轉到目標,然後在資料收集開始後,透過單個陀螺儀和精細制導感測器來穩定其視野。

NASA 戈達德太空飛行中心的哈勃專案經理帕特里克·克勞斯在昨天的新聞釋出會上表示:“我們仍然相信,在 2020 年代剩餘時間和 2030 年代,我們有很高的可靠性和可能性非常成功地執行哈勃望遠鏡,進行開創性的科學研究。”“我們仍然得出結論,在 2035 年之前,至少有一個陀螺儀執行的機率大於 70%……因此,我們不認為哈勃望遠鏡已到末日。我們確實認為它是一個非常有能力的天文臺。我們已準備好與其他在軌天文臺以及將加入我們軌道的天文臺一起開展激動人心的科學研究。”

然而,單陀螺儀模式仍然會對哈勃望遠鏡的效能施加新的限制。該天文臺現在需要更多時間來尋找任何給定的目標,使其變得更加遲緩,並降低其觀測排程的效率。這種遲緩也意味著哈勃望遠鏡現在迴轉得太慢,無法追蹤火星軌道內的物體,儘管克勞斯指出,此類觀測歷來佔望遠鏡工作的不到 1%。這一變化還將大大減少哈勃望遠鏡在任何給定時間可訪問的天空區域,從而阻礙其研究超新星和其他需要快速響應的短暫天體物理爆發的能力。

太空望遠鏡科學研究所 (STScI) 的哈勃任務負責人湯姆·布朗說:“單陀螺儀模式將哈勃望遠鏡可以觀測的天空區域減少了大約一半,但這只是在任何一個時間點,整個天空將在一年中進入視野。”

NASA 前哈勃專案科學家、現已退休的愛德華·鄭說:“基本上,如果你是一位希望使用哈勃望遠鏡研究瞬變現象的天文學家,那麼轉向單陀螺儀模式可能會讓你有點緊張。”“但我認為大多數其他觀測不會受到太大影響。我個人的感覺是,在做出這一改變後,哈勃仍然會 100% 供不應求。”

克勞斯在新聞釋出會上援引2016 年一項研究的估計資料,承認過渡到單陀螺儀模式可能會使哈勃望遠鏡的總體科學生產力降低高達 25%。

這種降低,再加上安全模式事件的趨勢性增加以及哈勃望遠鏡軌道逐漸衰減——預計將在 2030 年代中期至後期將望遠鏡拉入火熱的大氣層再入——重新點燃了一些方面呼籲 NASA 再次進行載人維護任務,再次拯救其最具標誌性的天文臺。

干預措施至少需要與哈勃望遠鏡會合以將其提升到更高的高度,但也可能需要宇航員進行艙外活動,以安裝新的陀螺儀或星 Tracker。在沒有太空梭的情況下,這次過程將依賴於不同的運載工具,例如 SpaceX 的載人龍飛船,該飛船作為太空行走宇航員的支援運載工具仍未經測試。億萬富翁兼私人宇航員賈裡德·艾薩克曼與 SpaceX 合作,已向 NASA 提議了這樣一項任務,甚至表示願意基本上自己出資。但由於擔心哈勃望遠鏡的科學以及任何機組人員的安全,該航天機構的反應一直冷淡

在新聞釋出會上,克拉姆平明確表示,NASA 的保留態度仍然沒有改變。“在探索了當前的商業能力後,我們目前不打算進行軌道提升,”他說。“雖然軌道提升是未來的一個選項,但我們認為我們需要做一些額外的工作來確定長期科學回報是否會超過短期科學風險……目前,我們正在退後一步。”

Lee Billings 是一位專門從事天文學、物理學、行星科學和航天飛行的科學記者,並且是大眾科學的高階編輯。他是廣受好評的著作《孤獨的五十億年:在星空中尋找生命》的作者,該書於 2014 年榮獲美國物理學會頒發的科學傳播獎。除了為大眾科學撰稿外,Billings 的作品還曾發表在《紐約時報》《華爾街日報》《波士頓環球報》《連線》《新科學家》《大眾科學》和許多其他出版物上。作為一位充滿活力的公眾演說家,Billings 曾為 NASA 的噴氣推進實驗室和谷歌做過特邀演講,並曾擔任《國家地理》、突破獎基金會、先鋒作品和其他各種組織舉辦的活動的主持人。

Billings 於 2014 年加入大眾科學,此前曾在SEED 雜誌擔任編輯。他擁有明尼蘇達大學新聞學學士學位。

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