Wo genau befindet sich die Modifikation, die zuerst die sphärische Aberration in Hubbles Hauptspiegel korrigierte?

Der CBS-Nachrichtenartikel vom April 2015, wie die NASA Hubbles fehlerhafte Vision reparierte, beschreibt die Modifikation, die das Space Shuttle an den Hubble-Weltraumteleskopen vorgenommen hat, um die starke sphärische Aberration des Hauptspiegels aufgrund einer hochgenauen, aber falschen Abbildung zu korrigieren.

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oben: „Aufgrund eines Versehens während der Herstellung war die konkave Form von Hubbles Hauptspiegel zu seinen äußeren Rändern hin um 2 Mikrometer zu flach, ein winziger Bruchteil der Breite eines menschlichen Haares. Als Ergebnis wurde das Sternenlicht nicht fokussiert am selben Punkt, was zu verschwommenen Bildern führt. Diese drei Bilder zeigen denselben Stern, wie er von einem bodengestützten Teleskop (links) und von Hubbles unkorrigiertem Spiegel (Mitte) aus gesehen wird. Das korrigierte Bild nach einer Reparaturmission eines Space Shuttles im Jahr 1993 ist von hier aus rechts zu sehen . Kredit: NASA

Aus dem Artikel:

Die größte Wirkung des Spiegels hatte jedoch die Wide Field Planetary Camera, das Instrument, von dem erwartet wurde, dass es die blendenden Bilder im sichtbaren und nahen Infrarotbereich liefert, die für die Öffentlichkeit am leichtesten verständlich und für Astronomen von enormem Wert sind.

„Der wahre Mörder war Jim Westphal (der WFPC-Hauptermittler am Jet Propulsion Laboratory in Pasadena, Kalifornien), der dazu neigte, sehr negativ zu sein“, erinnerte sich Weiler. „Im Grunde sagte er, er könne nichts tun. Damit bereitete ich mich darauf vor, in die Pressekonferenz zu gehen.“

Doch wie sich herausstellte, hatte Weiler zwei Asse im Ärmel. Eines wusste er, eines nicht.

Das Ass, von dem er wusste, wurde sieben Jahre zuvor gezogen, als Weiler mit der Arbeit begann, eine Rückfahrkamera zu bauen, die Wide Field Planetary Camera 2, eine Kopie des Originals. John Trauger war der Hauptforscher, der Mann, der am JPL für das Instrument verantwortlich war.

Das Ass, das Weiler noch nicht erkannt hatte, war in das Design von Traugers Kamera eingebaut.

Kurz nachdem das erste Lichtbild heruntergekommen war, „wollten einer der großen alten Männer der Optik hier am JPL, Aden Meinel, und seine Frau Marjorie sehen, wie das Bild aussah“, sagte Trauger in einem Interview. „Wir brachten es auf den Bildschirm. … Und er schaute sich das fünf Minuten lang an und sagte: ‚Das sieht nach sphärischer Aberration aus.'

„Das war das erste Mal, dass ich sphärische Aberration hörte“, erinnert sich Trauger. „Die Sache war, dass er auch sagte: ‚Nun, wenn es sich um eine sphärische Aberration handelt, können Sie sie mit der Wide Field Planetary Camera 2 beheben.‘ Er wusste, dass wir diese nickelgroßen Spiegel in unserem optischen System hatten, die ein scharfes Bild des Primärspiegels selbst erhielten ... Der allerletzte Spiegel, bevor das Bild auf unserem CCD erzeugt wurde, war eine Gelegenheit, die Wellenfront zu begradigen. Das hat er auch erkannt."

Indem man diesem Spiegel ein Rezept gab, das der sphärischen Aberration im Hauptspiegel genau entgegenwirkte, wäre der WFPC 2 in der Lage, einen perfekten Fokus zu erreichen und die gesamte beabsichtigte Wissenschaft zu leisten.

Frage: Wo genau befindet sich die Modifikation, die zuerst die sphärische Aberration in Hubbles Hauptspiegel korrigierte? Kann es im Bild unten identifiziert werden oder befindet es sich woanders? War die Modifikation nur eine Änderung in der Form eines der kleinen Spiegel, oder wurden neben der Korrektur auch andere optische Elemente modifiziert?

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oben: „Das geschäftliche Ende von COSTAR: Kleine Spiegel an motorisierten Armen lenkten korrigiertes Licht in die Spektrographen und die Kamera für schwache Objekte des Hubble-Weltraumteleskops. COSTAR und die Wide Field Planetary Camera 2 wurden während einer Shuttle-Mission im Jahr 1993 installiert, um Hubbles fehlerhafte Sicht zu korrigieren.“ Von hier . Eric Long/Smithsonian Institution

@BowlOfRed ja, das musste ich sehen, danke!

Antworten (4)

Das bereitgestellte Bild ist von COSTAR, das das Hochgeschwindigkeitsfotometer ersetzte und korrigiertes Licht in die Kamera für schwache Objekte (FOC), den Spektrographen für schwache Objekte (FOS) und den Goddard High Resolution Spectrograph (GHRS) einspeiste. Da der WFPC2 bereits den WFPC1 ersetzen sollte, konnte die Korrektur der sphärischen Aberration des Hauptspiegels (wie bei allen nachfolgenden Instrumenten) integriert werden.

Das Gesamtlayout der HST-Optik (Optical Tube Assembly (OTA)) und der WFPC-Kameraoptik ist unten in einer Abbildung aus dem SPIE-Papier von Rodgers und Vaughan von 1993 dargestellt :

Das Licht tritt von oben links ein und wird wie gewohnt von den HST-Primär- und -Sekundärspiegeln fokussiert und dann wird ein Teil des Strahls in die WFPC2-Kamera aufgenommen.

Optisches Layout der HST- und WFPC-Optik

Die optische Konfiguration des WFPC2 wird unten detaillierter gezeigt (entnommen aus dem Instrumentenbeschreibungsabschnitt des WFPC2 Instrumentenhandbuchs ) WFPC2 optische Konfiguration. Der Text direkt darüber besagt:

Die aberrierte HST-Wellenfront wird korrigiert, indem in jedes der vier Cassegrain-Relais ein gleicher, aber entgegengesetzter Fehler eingeführt wird. Ein Bild des HST-Primärspiegels wird auf den Sekundärspiegeln in den Cassegrain-Relais gebildet. (Der Klappspiegel im PC-Kanal hat dafür eine kleine Krümmung.) Auf diesen extrem asphärischen Fangspiegeln wird die sphärische Aberration vom Hauptspiegel des Teleskops korrigiert.

Dies zeigt an, dass die Korrektur für den Primärspiegel des HST an dem Teil vorgenommen wird, der im Diagramm mit "Sekundärspiegel" gekennzeichnet ist. Beachten Sie, dass es sich um den Sekundärspiegel des Mini-Cassegrain-Teleskops handelt, der sich in jedem der 3 Weitfeld- und 1 Planetenkamerakanäle im WFPC2 selbst befindet, und nicht um den Sekundärspiegel des Hauptteleskops, der sich außerhalb des Diagramms befindet und Teil des 'OTA' (Optical Telescope Montage)

Danke, aber ich hoffe auf eine Antwort, die sich mit " Wo genau befindet sich die Modifikation , die zuerst die sphärische Aberration in Hubbles Hauptspiegel korrigiert hat? Kann sie im Bild unten identifiziert werden , oder befindet sie sich woanders? War die Modifikation nur eine Änderung in der Figur eines der kleinen Spiegel , oder wurden neben der Korrektur auch andere optische Elemente modifiziert ?
Die einfache Antwort ist, dass die im zitierten Text beschriebene Korrektur – das Modifizieren eines Spiegels in WFPC2 – in „dem Bild unten“ nicht sichtbar ist, weil das ein Bild eines anderen Geräts (COSTAR) ist.
Ich habe ein Diagramm des optischen Layouts von WFPC2 hinzugefügt, das angibt, wo die Korrektur stattfindet
Aus irgendeinem Grund hatte ich deinen letzten Kommentar und die Bearbeitung verpasst, danke!
Okay, ich glaube, ich habe dieses Diagramm endlich verstanden! Der f/24-Strahl oben links stammt vom Sekundärspiegel des Teleskops. Die im Diagramm gezeigten "Cassegrain"-Primär- und Sekundärkameras sind nicht das Teleskop, sondern stattdessen eine optische Relaiskamera, die das Bild "verkleinert", um es besser an das Format des CCD anzupassen. Besser spät als nie! Ich bin überrascht, dass der erste Fokus auf der Oberfläche des vierfacettierten Spiegels zu liegen scheint. Normalerweise versucht man, keine realen Bilder auf physischen Oberflächen zu haben (es sei denn, es handelt sich um Filme oder Sensoren), um zu vermeiden, dass Defekte oder Staub Teil des Bildes werden.

Der kleine Spiegel im WFPC2, der die Korrektur für dieses Instrument lieferte, ist auf diesem Foto nicht sichtbar, aus dem einfachen Grund, dass das Foto COSTAR zeigt , ein anderes Gerät.

Für das, was es wert ist, tragen drei der vier Projektionsarme in diesem Bild die Korrekturspiegel, die COSTAR verwendet hat, um den optischen Eingang für die Kamera für schwache Objekte, den hochauflösenden Spektrographen von Goddard und den Spektrographen für schwache Objekte zu fixieren. Sie können sehen, dass der Arm ganz links und der zweite von rechts jeweils zwei Spiegel haben (die kleinen, dunklen, kreisförmigen Objekte), was bedeutet, dass sie eine Korrektur für den FOS und den FOC bereitstellen (ich denke, der FOS-Korrektor ist der zweite -vom rechten Arm); Beide dieser Instrumente haben zwei Modi, was separate Korrekturspiegel für jeden Modus erfordert. Einer der anderen Arme hat den Korrekturspiegel für GHRS. (Ich gebe zu, ich weiß nicht, warum es vier Arme gibt.)

Vielen Dank für Ihre Mithilfe bei der Klärung! Irgendwo da draußen gibt es ein ausführliches Papier oder Dokument (oder mehrere), das all dies im Detail beschreibt. Wenn Sie zufällig an eine denken oder empfehlen können, wo ich mit der Suche beginnen kann (oder die besten Schlüsselwörter), wäre das großartig, aber ich denke, in diesem Fall ist es nicht notwendig.

Das Bild, das Sie haben, ist von COSTAR. Die Modifikation an Hubble bestand darin, tatsächlich ein anderes Instrument zu entfernen und COSTAR darin zu platzieren. Sobald es drinnen war, wurde es eingesetzt und die anderen Instrumente wurden korrigiert. Das Ganze im Bild ist also die Modifikation.

Im Laufe der Zeit wurden neue Instrumente gebaut und in Hubble installiert. Diese Instrumente (wie WFPC2) wurden so gebaut, dass sie die Korrektur innerhalb des Instruments haben. Als alle Originalkameras ersetzt wurden, wurde COSTAR nicht mehr benötigt und ebenfalls entfernt.

Danke, die leicht verständliche Zusammenfassung wird sehr geschätzt! Es war nicht ein spezieller oder zusätzlicher Spiegel oder eine Linse, die Hubble „reparierten“, sondern es wurden neue Instrumente installiert, deren gesamtes Design auf den heute bekannten Fehlern des ursprünglichen Teleskops basierte.
Das ist nicht richtig. COSTAR korrigierte das Bild für die Faint Object Camera (FOC), den Faint Object Spectrograph (FOS) und den Goddard High Resolution Spectrograph (GHRS). indem neue Elemente in ihren optischen Pfaden platziert werden. Bei späteren Missionen wurden die meisten dieser Instrumente durch neue Instrumente mit eingebauten Korrekturen ersetzt, wodurch COSTAR im Laufe der Zeit überflüssig wurde.

Das HST bietet Platz für 4 Hauptinstrumente. Jeder von ihnen besteht aus einer Box mit Elektronik, mit einem CCD oder einem anderen Detektor an einem Ende in der Brennebene des Teleskops . Das fünfte Instrument, WFPC, wird radial vor der Fokusebene platziert.

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Dieses Bild stammt von später in Hubbles Karriere. FOS, FOC und GHRS (siehe unten) wurden durch STIS, NICMOS und ACS ersetzt. Das Prinzip bleibt gleich.

Während der Wartungsmission 1 wurden zwei wesentliche Änderungen vorgenommen:

  1. der WFPC wurde durch WFPC2 ersetzt. WFPC hatte eine eingebaute Korrekturoptik, wie in der Antwort von Astrosnapper beschrieben.

  2. das High Speed ​​Photometer (HSP) wurde entfernt und an seiner Stelle COSTAR installiert. COSTAR hatte kein CCD. An seiner Stelle befand sich eine Struktur mit einer Reihe von Spiegeln, diese Struktur ragte vor der Brennebene in den Optikraum hinein.

    Dieses Diagramm zeigt die angebrachten COSTAR-Spiegel:

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Nach der Installation entfalteten sich kleine Arme mit jeweils einem Spiegel aus der Struktur und in die optischen Pfade für die Kamera für schwache Objekte (FOC), den Spektrographen für schwache Objekte (FOS) und den Goddard High Resolution Spectrograph (GHRS). Es gab zwei Spiegel pro Instrument. Diese Spiegel korrigierten das Bild.

Hier ist der optische Pfad für den FOC:

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Bei COSTAR besteht jeder Korrektor aus einem sphärischen Feldspiegel M1 und einem asphärischen Abbildungsspiegel M2 (Abb. 1). Die Funktion von M1 besteht darin, den Hauptspiegel des Teleskops auf M2 abzubilden. Ein sphärischer Spiegel genügt.

M2 ist eine anamorphotische Asphäre vierter Ordnung. Der Term vierter Ordnung kompensiert die sphärische Aberration und muss leicht anamorphotisch sein, da die Korrektorspiegel kein zentriertes System bilden. Die Kontrolle des Astigmatismus erfordert, dass M2 auch anamorphotisch zweiter Ordnung ist.

Insgesamt werden fünf Sätze Korrektoren benötigt. Sie bedienen die beiden Kameras im FOC (f/48 und f/96 Kameras), den kurzwelligen Spektrographen im FOS (FOS blau), den langwelligen Spektrographen im FOS (FOS rot) und das GHRS.

In späteren Servicemissionen wurden die Hauptinstrumente durch Instrumente mit eingebauter Korrekturoptik ersetzt, das letzte Instrument, das COSTAR benötigte, wurde während der Servicemission 3B entfernt. So konnte COSTAR bei der letzten Wartungsmission (4) durch den Cosmic Origins Spectrograph (COS) ersetzt werden. COSTAR wurde zur Erde zurückgebracht und ist jetzt im Smithsonian zu sehen, wo das Foto in der Frage aufgenommen wurde.

danke, das macht die sache noch klarer! Jetzt macht dieses verrückt aussehende Ding endlich Sinn für mich.
Wo genau befindet sich die Modifikation, die zuerst die sphärische Aberration in Hubbles Hauptspiegel korrigierte?
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