老化的哈勃空间望远镜转向“单陀螺仪”操作

在超过34年的时间里，哈勃空间望远镜之所以能提供非凡的宇宙景象，部分原因是它可以快速、精确地瞄准，在1600多公里外保持激光稳定。据《科学》报道，现在，硬件故障迫使美国国家航空航天局（NASA）为其选择一个速度较慢的指向系统，尽管它仍然精确，但会降低望远镜的效率，限制它所能做的科学研究。

哈勃空间望远镜用陀螺仪测量它在太空中的运动，陀螺仪是一种快速旋转的轮子，可以感知来自三个方向的力。但是现在望远镜剩下的3个陀螺仪中有1个出了故障。为保证下一次故障时仍有一个能正常工作的陀螺仪，哈勃空间望远镜接下来将只依靠一个陀螺仪进行定位。

“我们相信这是支持哈勃空间望远镜顺利度过这十年并进入下一个十年的最佳方法。”NASA天体物理学部门主任Mark Clampin说。

NASA的哈勃空间望远镜项目经理Patrick Crouse透露，这样做的代价是观测时间减少了大约12%，整体科学产出减少了25%。

尽管天文学家多年来一直在为这一时刻做准备，但他们仍在努力适应这一新的现实。“我并不震惊，我很难过。”德国马克斯·普朗克天文研究所的Laura Kreidberg说。

哈勃空间望远镜的陀螺仪每分钟旋转19200转，精确但脆弱。为了对其进行维护，维修任务已在望远镜的使用寿命期内向其运送了16个替换陀螺仪。现在，只剩下最后2个了。在标准的三陀螺模式下，这些设备通过其精确的制导传感器帮助望远镜快速建立和维持视野。

然而，在单陀螺仪模式下，哈勃空间望远镜必须依赖其他传感器。首先，望远镜使用单陀螺仪同时测量太阳位置和地球磁场，以达到目标的10°或20个月球直径以内。然后由恒星跟踪器接手，在最终将任务移交给精细制导传感器之前，逐渐接近目标。缓慢的过程将阻止哈勃空间望远镜跟踪快速移动的目标，如月球或太阳系内的小行星，尽管这些目标通常只占其计划观测的1%或更少。

一个更大的限制来自这样一个事实，即从望远镜中部以固定角度向外观测的恒星跟踪器如果被地球阻挡，它将不起作用。这使哈勃空间望远镜在任何时刻都能有把握地指向的天空面积减半——从82%到大约40%。

在一年的时间里，该望远镜仍将能够看到整个天空，但其瞬时视场减半将阻碍其发现超新星等遥远瞬态现象的能力。太空望远镜科学研究所的哈勃任务负责人Thomas Brown说，恒星爆炸已经很罕见了，现在还必须在“天空的正确部分”观测它。

有限的视野也可能对系外行星天文学家带来打击，他们从地球角度观察系外行星穿过恒星表面的时刻来辨别外星大气的组分。为详细捕捉一颗系外行星的凌日现象，哈勃空间望远镜必须在极其精确的时间和位置反复观测。美国达特茅斯学院的博士候选人Keighley Rockcliffe说：“我的直觉是，在单陀螺仪模式下，可能需要几年时间才能成功观测到这种现象。”

单陀螺操作也可能使哈勃空间望远镜更难与新的韦布空间望远镜同时观测同一片天空。天文学家希望用两台望远镜同时瞄准系外行星，因为它们对光谱的不同部分敏感，综合数据将有助于揭示行星大气中较小的原子种类和较大的分子。

哈勃空间望远镜最后一次维修和升级是在2009年。NASA没有在未来进行更换陀螺仪或其他仪器的计划。

根据Crouse的说法，NASA估计，到2035年，哈勃空间望远镜至少有一个可用陀螺仪的可能性超过70%。Brown补充道，单陀螺仪模式的低效率估计是“相当保守的”，一旦望远镜的观测针对新模式进行了优化，“实际上可能不会损失那么多”。