Wo genau ist die Modifikation, die zuerst die sphärische Aberration im Hubble-Primärspiegel korrigierte?

Der CBS-Nachrichtenartikel vom April 2015 Wie die NASA Hubbles fehlerhafte Vision reparierte - und sein Ruf beschreibt die Modifikation, die das Space Shuttle an den Hubble-Weltraumteleskopen vorgenommen hat, um die starke sphärische Aberration des Primärspiegels aufgrund einer sehr genauen, aber falschen Zahl zu korrigieren.

oben: "Aufgrund eines Versehens während der Herstellung war die konkave Form des Hubble-Primärspiegels zu seinen Außenkanten um 2 Mikrometer zu flach, ein winziger Bruchteil der Breite eines menschlichen Haares. Infolgedessen wurde das Sternenlicht nicht fokussiert an derselben Stelle, was zu verschwommenen Bildern führt. Diese drei Bilder zeigen den gleichen Stern, wie er von einem bodengestützten Teleskop links und von Hubbles unkorrigiertem Spiegel in der Mitte aus gesehen wird. Das korrigierte Bild nach einer Space-Shuttle-Reparaturmission im Jahr 1993 ist rechts gesehen "von hier . Kredit: NASA

Aus dem Artikel:

Der größte Einfluss des Spiegels war jedoch auf die Weitfeld-Planetenkamera zu verzeichnen, deren Instrument voraussichtlich die blendenden sichtbaren Bilder und Bilder im nahen Infrarot liefern wird, die für die Öffentlichkeit am leichtesten verständlich und für Astronomen von enormem Wert sind.

"Der wahre Mörder war Jim Westphal (der Hauptforscher der WFPC im Jet Propulsion Laboratory in Pasadena, Kalifornien), der tendenziell sehr negativ war", erinnerte sich Weiler. "Im Grunde sagte er, er könne nichts tun. Also habe ich mich darauf vorbereitet, mit in die Pressekonferenz zu gehen."

Aber wie sich herausstellte, hatte Weiler zwei Asse im Ärmel. Eine, von der er wusste, eine, die er nicht kannte.

Das Ass, von dem er wusste, wurde sieben Jahre zuvor gezeichnet, als Weiler mit dem Bau einer Rückfahrkamera, der Wide Field Planetary Camera 2, begann, einer Kopie des Originals. John Trauger war der Hauptermittler, der für das Instrument bei JPL verantwortlich war.

Das Ass, das Weiler noch nicht erkannte, wurde in das Design von Traugers Kamera eingebaut.

Kurz nachdem das erste Lichtbild heruntergekommen war, "wollten Aden Meinel, einer der großen alten Männer der Optik hier bei JPL, er und seine Frau Marjorie sehen, wie das Bild aussieht", sagte Trauger in einem Interview. "Wir haben es auf dem Bildschirm angezeigt. ... Und er hat sich das fünf Minuten lang angesehen und gesagt, das sieht nach sphärischer Aberration aus."

"Das war das erste Mal, dass ich sphärische Aberration hörte", erinnerte sich Trauger. "Die Sache war, sagte er auch, 'nun, wenn es sich um eine sphärische Aberration handelt, können Sie sie mit der Weitfeld-Planetenkamera 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 erstellt wurde, war eine Gelegenheit, die Wellenfront zu begradigen. Das hat er auch erkannt. "

Indem dem Spiegel ein Rezept gegeben wird, das genau der sphärischen Aberration im Primärspiegel entgegenwirkt, kann der WFPC 2 einen perfekten Fokus erzielen und die gesamte beabsichtigte Wissenschaft ausführen.

Frage: Wo genau ist die Modifikation, die zuerst die sphärische Aberration im Hubble-Primärspiegel korrigiert hat? Kann es im Bild unten identifiziert werden oder befindet es sich an einer anderen Stelle? War die Modifikation nur eine Veränderung der Figur eines der kleinen Spiegel oder wurden andere optische Elemente modifiziert sowie Teil der Korrektur?

oben: "Das geschäftliche Ende von COSTAR: Kleine Spiegel an motorisierten Armen richteten korrigiertes Licht in die Spektrographen und die schwache Objektkamera des Hubble-Weltraumteleskops. COSTAR und die Weitfeld-Planetenkamera 2 wurden während einer Shuttle-Mission von 1993 installiert, um Hubbles fehlerhafte Sicht zu korrigieren." Von hier aus . Eric Long / Smithsonian Institution

Das bereitgestellte Bild zeigt COSTAR, das das Hochgeschwindigkeitsphotometer ersetzte und korrigiertes Licht an die Kamera für schwache Objekte (FOC), den Spektrographen für schwache Objekte (FOS) und den hochauflösenden Goddard-Spektrographen (GHRS) weiterleitete. Da der WFPC2 bereits den WFPC1 ersetzen sollte, konnte die Korrektur der sphärischen Aberration des Primärspiegels (wie bei allen nachfolgenden Instrumenten) berücksichtigt werden.

Das Gesamtlayout der HST-Optik (der optischen Röhrenbaugruppe (OTA)) und der WFPC-Kameraoptik ist nachstehend in einer Abbildung aus dem SPIE-Papier von Rodgers und Vaughan 1993 dargestellt :

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

Die optische Konfiguration von WFPC2 wird nachstehend ausführlicher dargestellt (entnommen aus dem Abschnitt zur Gerätebeschreibung im WFPC2-Instrumentenhandbuch ) . Der Text direkt darüber lautet:

Die aberrierte HST-Wellenfront wird korrigiert, indem in jedes der vier Cassegrain-Relais ein gleicher, aber entgegengesetzter Fehler eingeführt wird. Auf den Sekundärspiegeln in den Cassegrain-Relais wird ein Bild des HST-Primärspiegels erzeugt. (Der Faltspiegel im PC-Kanal weist eine kleine Krümmung auf, um dies sicherzustellen.) Die sphärische Aberration vom Primärspiegel des Teleskops wird bei diesen Sekundärspiegeln korrigiert, die extrem asphärisch sind.

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

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

Für das, was es wert ist, tragen drei der vier vorspringenden Arme in diesem Bild die Korrekturspiegel, mit denen COSTAR den optischen Eingang der Kamera für schwache Objekte, den hochauflösenden Goddard-Spektrographen und den Spektrographen für schwache Objekte fixiert hat. 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 liefern (ich denke, der FOS-Korrektor ist der zweite vom rechten Arm); Beide Instrumente verfügen über zwei Modi, für die für jeden Modus separate Korrekturspiegel erforderlich sind. Einer der anderen Arme hat den Korrekturspiegel für GHRS. (Ich gebe zu, ich weiß nicht, warum es vier Arme gibt.)

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

Im Laufe der Zeit wurden in Hubble neue Instrumente gebaut und installiert. Diese Instrumente (wie WFPC2) wurden so gebaut, dass sie die Korrektur im Instrument haben. Als alle Originalkameras ausgetauscht wurden, wurde COSTAR nicht mehr benötigt und auch entfernt.

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, ist radial vor der Brennebene angeordnet.

Dieses Bild stammt aus Hubbles Karriere. FOS, FOC und GHRS (siehe unten) wurden durch STIS, NICMOS und ACS ersetzt. Das Prinzip bleibt das gleiche.

Während der Wartungsmission 1 wurden zwei wichtige Änderungen vorgenommen:

1. Die WFPC wurde durch WFPC2 ersetzt. In WFPC war eine Korrekturoptik eingebaut, wie in der Antwort von Astrosnapper beschrieben.

2. Das Hochgeschwindigkeitsphotometer (HSP) wurde entfernt und COSTAR an seiner Stelle installiert. COSTAR hatte kein CCD. An seiner Stelle befand sich eine Struktur mit einer Reihe von Spiegeln, die in den optischen Raum vor der Brennebene hineinragte.

   Dieses Diagramm zeigt die vorhandenen COSTAR-Spiegel:

Nach der Installation entfalteten sich kleine Arme mit jeweils einem Spiegel aus der Struktur in die Optikpfade für die Faint Object Camera (FOC), den Faint Object Spectrograph (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:

In COSTAR besteht jeder Korrektor aus einem sphärischen Feldspiegel M1 und einem asphärischen Bildgebungsspiegel M2 (Fig. 1). Die Funktion von Ml besteht darin, den Teleskop-Primärspiegel bei M2 abzubilden. Ein sphärischer Spiegel reicht aus.

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

Insgesamt sind fünf Korrektorsätze erforderlich. Sie dienen den beiden Kameras im FOC (1: 48- und 1: 96-Kameras), dem kurzwelligen Spektrographen im FOS (FOS blau), dem langwelligen Spektrographen im FOS (FOS rot) und dem GHRS.

In späteren Servicemissionen wurden die Hauptinstrumente durch Instrumente mit eingebauter Korrekturoptik ersetzt. Das letzte Instrument, das COSTAR benötigte, wurde während der Wartungsmission 3B entfernt. Bei der letzten Wartungsmission (4) konnte COSTAR 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.