Weltraumteleskop: Wie lange h?lt Hubble noch?

太空望遠(yuǎn)鏡：哈勃能堅持多久？

31 Jahre alt ist das Observatorium im All nun – und zeigt sich mittlerweile sehr st?ranf?llig. Die Forschung wartet auf einen Nachfolger.

這座太空中的天文臺已經(jīng)有31年的歷史了--而且已經(jīng)非常容易受到干擾。研究人員正在等待下一個接班人。


Arbeit an Hubble – im Jahr 1997. (Bild: NASA)
07.04.2021 08:00 Uhr Von Neel V. Patel

圖釋：1997年哈勃望遠(yuǎn)鏡上的工作 文：2021年4月7日

Anfang M?rz verkündete die NASA, dass das Hubble-Weltraumteleskop wieder in den gesicherten Modus gegangen sei, "aufgrund eines Software-Fehlers an Bord". Die wissenschaftlichen Systeme des Teleskops seien zwar überhaupt nicht betroffen, doch alle entsprechenden Anwendungen wurden unterbrochen, w?hrend Crews auf der Erde darum bemüht waren, das Problem zu beheben. Die Raumfahrtagentur ver?ffentlichte keine Details dazu, woraus genau die technische Panne bestand, was sie hervorgerufen hatte oder was zu ihrer Reparatur unternommen wurde.

3月初，美國宇航局宣布，"由于機載軟件錯誤"，哈勃太空望遠(yuǎn)鏡已經(jīng)重新進入安全模式。它說，該望遠(yuǎn)鏡的科學(xué)系統(tǒng)完全沒有受到影響，但在地球上的工作人員努力修復(fù)問題時，所有相關(guān)應(yīng)用都被暫停了。美國宇航局沒有公布技術(shù)故障到底是由什么組成的，是什么原因造成的，以及正在采取什么措施來解決這個問題的細(xì)節(jié)。

Grund zur Sorge gibt es vermutlich nicht. Raumsysteme wie Hubble begeben sich immer in den gesicherten Modus, sobald eine Anomalie auftritt. Gesicherter Modus bedeutet, dass das Teleskop aufh?rt, sich auf gewünschte Ziele auszurichten und dann die gewünschten Daten zu sammeln. Stattdessen stellt es nur sicher, dass die Solar-Panels es weiterhin mit Energie versorgen. Das macht den Fehlerbehebungsprozess einfacher und nahtloser (insbesondere für ein Software-Problem, das mehrere Teile der Anlage beeinflussen kann).

可能沒什么可擔(dān)心的大問題。像哈勃這樣的太空系統(tǒng)，只要出現(xiàn)異常，總是會進入安全模式。安全模式是指望遠(yuǎn)鏡停止對準(zhǔn)所需目標(biāo)，然后收集所需數(shù)據(jù)。相反，它只是確保太陽能電池板繼續(xù)供電。這使得故障排除過程更容易、更完美（特別是對于可能影響系統(tǒng)多個部分的軟件問題）。
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Hubble wurde zuletzt 2018 in den gesicherten Modus versetzt, als es ein Problem mit zwei seiner Gyroskope gab, die es zur sicheren Orientierung im Orbit braucht. Innerhalb von drei Wochen war das Teleskop wieder online, ganz ohne bleibende Probleme. Der Shutdown erinnert einmal wieder daran, dass Hubble in die Jahre kommt. Sein schon drei Jahrzehnte w?hrender Dienst überdauert alles, was irgendwer erwartet h?tte, und die Zeit des Weltraumteleskop neigt sich ihrem Ende zu. Wie viel Zeit hat das Observatorium noch und was passiert, wenn es nicht mehr da ist?

哈勃最后一次進入安全模式是在2018年，當(dāng)時它的兩個陀螺儀出現(xiàn)了問題，它需要在軌道上安全地定位。在三周內(nèi)，望遠(yuǎn)鏡又恢復(fù)了運行，完全沒有出現(xiàn)持久的問題。暫停工作又一次提醒人們，哈勃在歲月中漸行漸遠(yuǎn)。它已經(jīng)服役了三十年，比任何人預(yù)計的都要長壽，太空望遠(yuǎn)鏡的時代即將結(jié)束。這個觀測站還有多少工作時間，它走了之后怎么辦？

Greiser Tausendsassa

老當(dāng)益壯

Hubbles alternde Hardware wurde zuletzt 2009 von Space-Shuttle-Astronauten gewartet. Damals sch?tzten Ingenieure, dass es wohl bis 2016 überdauern k?nnte. "Nach einigen Jahren im Flug und mit all den Renovierungsarbeiten haben Entwickler die überlebensf?higkeit und Zuverl?ssigkeit der Instrumente neu uiert und damit begonnen, alle Angaben weiter nach oben zu korrigieren", sagt Tom Brown, Leiter des Hubble Space Telescope Mission Office beim Space Telescope Science Institute in Baltimore. "Die jüngsten Sch?tzungen vermuten, dass wir eine exzellente Chance haben, noch bis mindestens 2026 wissenschaftlich damit arbeiten zu k?nnen, vielleicht auch noch das ganze Jahrzehnt. Es sieht aktuell sehr gut aus."

哈勃的老化硬件最后一次由航天飛機宇航員在2009年進行維修。當(dāng)時，工程師估計可能會持續(xù)到2016年。巴爾的摩太空望遠(yuǎn)鏡科學(xué)研究所哈勃太空望遠(yuǎn)鏡任務(wù)辦公室負(fù)責(zé)人湯姆-布朗說："經(jīng)過幾年的飛行和所有的整修，研發(fā)人員重新評估了儀器的生存能力和可靠性，并開始進一步上調(diào)所有的數(shù)據(jù)"。"最新的估計表明，我們有很好的機會能夠繼續(xù)用它做科學(xué)研究，至少到2026年，也許是整整十年。目前看來非常不錯。"

Hubble kam so ziemlich in jeder Art astronomischer Untersuchung der letzten Jahrzehnte zum Einsatz: Untersuchungen von Planeten und Monden in unserem Solarsystem, der Blick auf entfernte Sterne, Galaxien, Supernovas, Raumnebel und andere astrophysikalische Ph?nomene. Es geht den Ursprüngen des Universums nach. Die geleistete Arbeit in der Exoplanetenwissenschaft war im letzten Jahrzehnt besonders überraschend, wenn man bedenkt, dass es zum Zeitpunkt des Teleskop-Starts im Jahr 1990 noch fünf Jahre dauern würde, bis man überhaupt den ersten Exoplaneten entdecken würde, der einen sonnen?hnlichen Stern umkreist.

近幾十年來，哈勃幾乎被用于每一種天文學(xué)研究：研究太陽系的行星和衛(wèi)星，觀察遙遠(yuǎn)的恒星、星系、超新星、太空星云和其他天體物理現(xiàn)象。它追溯了宇宙的起源?？紤]到在1990年發(fā)射望遠(yuǎn)鏡時，距離發(fā)現(xiàn)第一顆繞太陽狀恒星運行的系外行星還需要5年時間，過去10年在系外行星科學(xué)方面所做的工作特別令人驚訝。
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Hubble nützt wenig dazu, tats?chliche Exoplaneten zu finden, aber es hilft bei Folge-Beobachtungen, die Planeten und deren Atmosph?ren charakterisieren k?nnen, sobald sie gefunden sind. Wenn das James-Webb-Weltraumteleskop (JWST) im Laufe des Jahres seine Arbeit aufnimmt, k?nnte die kombinierte Kraft der beiden Observatorien Wissenschaftlern dabei helfen, eine der Erde ?hnliche Welt zu identifizieren, in der Leben m?glich ist.

哈勃在尋找實際的系外行星方面用處不大，但它有助于后續(xù)觀測，一旦發(fā)現(xiàn)行星及其大氣層的特征。當(dāng)詹姆斯-韋伯太空望遠(yuǎn)鏡(JWST)今年晚些時候開始運行時，兩個天文臺的聯(lián)合力量可以幫助科學(xué)家確定一個類似于地球的世界，在那里生命是可能存在的。

Hubble kann teilweise Ausf?lle kompensieren

哈勃可以部分補償故障損失

Das JWST wird oft als Nachfolger von Hubble bezeichnet, aber das trifft den Sachverhalt nicht ganz. Hubble kann das Universum in sichtbaren und ultravioletten Wellenl?ngen beobachten, w?hrend das JWST sich auf Infrarot-Beobachtungen fokussiert, die dabei helfen k?nnen, Objekte aus der Frühzeit des Universums zu untersuchen und die chemische Zusammensetzung anderer Welten zu charakterisieren. Da Hubble sich im All befindet, ist ein Einfluss der Erdatmosph?re kein Problem, auch wenn die UV-Strahlung es belastet.

詹姆斯韋伯通常被稱為哈勃的繼任者，但這并沒有完全抓住事實。哈勃可以用可見光和紫外光波長觀測宇宙，而韋伯則專注于紅外觀測，可以幫助研究宇宙早期的物體，并描述其他世界的化學(xué)成分。由于哈勃是在太空中，所以地球大氣層的影響是不存在的，即使紫外線輻射給它帶來壓力。

Das ist besonders kritisch, wenn man kaum untersuchte Ph?nomene genauer betrachten will. Man nehme beispielsweise die 2017 entdeckten Gravitationswellen, die durch die Kollision von zwei Neutronensternen entstanden sind. Hubble war in der Lage, die Nachwehen des Ereignisses zu beobachten und konnte Daten au?erhalb des Infrarot-Spektrums bereitstellen, die genutzt werden konnten, um erstaunlich scharfe Details zu liefern.

如果想仔細(xì)觀察幾乎沒有研究的現(xiàn)象，這一點尤為關(guān)鍵。以2017年發(fā)現(xiàn)的引力波為例，它是由兩顆中子星碰撞而產(chǎn)生的。哈勃能夠觀察到事件的后果，并且能夠提供紅外光譜之外的數(shù)據(jù)，可以用來提供驚人的銳利細(xì)節(jié)。

Vier gro?e wissenschaftliche Instrumente sind derzeit aktiv an Bord von Hubble. Selbst wenn also ein oder zwei davon aufh?ren sollten, zu funktionieren, gibt es noch immer eine Menge wissenschaftlicher Projekte, die der Rest des Observatoriums erledigen kann. Das Teleskop ist zudem mit viel Redundanz gebaut, sodass der Ausfall einzelner Hardware- oder Software-Komponenten nicht unbedingt dazu führt, dass auch andere Instrumente den Geist aufgeben.

目前，哈勃號上有四臺主要科學(xué)儀器在運行。所以，即使其中有一兩個停止工作，其他儀器也有很多科學(xué)項目可以做。這臺望遠(yuǎn)鏡的構(gòu)造也有很大的冗余度，所以任何一個軟硬件組件的故障都不一定會導(dǎo)致其他儀器也出現(xiàn)故障。

Nachfolge in Sicht?

接班在望？
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Aktuell gibt es noch keine Pl?ne für eine gro?e Service-Mission. Sollte es einen katastrophalen Ausfall geben, der Hubble komplett offline schaltet, w?re es schwer vorstellbar, dass die NASA eine Reparaturmission für ein drei Jahrzehnte altes Observatorium genehmigen würde. Was also wird Hubble ersetzen, wenn es endgültig in den Ruhestand geht? Brown sagt, dass andere Nationen erste Pl?ne haben, Missionen ins All zu schicken, welche die Beobachtungen im sichtbaren und ultravioletten Bereich übernehmen k?nnten, die derzeit noch Hubble durchführt. Das Astrosat-Weltraumteleskop aus Indien macht zurzeit UV-Beobachtungen aus dem All, doch ist deutlich weniger m?chtig. China plant den Start eines Weltraumteleskops mit dem Namen Xuntian im Jahr 2024. Laut den staatlichen Medien soll es ein Gebiet beobachten k?nnen, dass 300-Mal gr??er ist als das von Hubble.

目前，還沒有執(zhí)行重大任務(wù)的計劃。如果發(fā)生災(zāi)難性故障，使哈勃完全脫機，很難想象美國宇航局會批準(zhǔn)對一個有三十年歷史的天文臺進行維修任務(wù)。那么當(dāng)哈勃最終退役時，將由什么來代替它呢？布朗說，其他國家已經(jīng)有了向太空派遣望遠(yuǎn)鏡的初步計劃，這些任務(wù)可以接替哈勃目前仍在進行的可見光和紫外線觀測。目前，印度的Astrosat太空望遠(yuǎn)鏡在太空中進行紫外線觀測，但它的威力要小得多。據(jù)國家媒體報道，中國計劃在2024年發(fā)射一臺名為 "巡天 "的太空望遠(yuǎn)鏡，這臺望遠(yuǎn)鏡將能觀測到比哈勃大300倍的區(qū)域。

Der wahre Hubble-Nachfolger k?nnte das von NASA lang vorgeschlagene "Large Ultraviolet Optical Infrared Surveyor"-Weltraumteleskop (kurz: LUVOIR) werden, ein Allzweckobservatorium, das in der Lage ist, multiple Wellenl?ngen zu beobachten (einschlie?lich infrarot, optisch und ultraviolett). Doch auch bei gesicherter Finanzierung würde LUVOIR frühestens 2039 an den Start gehen.
Gut m?glich ist dementsprechend, dass Hubble solange aktiv bleibt, bis es wirklich ersetzt werden kann. Die meisten Astronomen machen sich allerdings auf eine gro?e Wissenslücke gefasst, wenn es tats?chlich aufh?rt zu funktionieren. "Hubble ist wirklich das Beste für ultraviolette und optische Astronomie", sagt Brown. "So viel Forschung, insbesondere wenn es darum geht, Temperaturdaten und chemische Zusammenh?nge im Weltraum zu verstehen, h?ngt von den Informationen ab, die es liefert. Ich fürchte, dass die Weltraum-Community den Verlust wirklich spüren wird, wenn Hubble nicht mehr funktioniert."

真正的 "哈勃 "的繼任者可能是美國航天局提議已久的大型紫外線光學(xué)紅外測量儀（LUVOIR）空間望遠(yuǎn)鏡，這是一個能夠觀測多種波長（包括紅外、光學(xué)和紫外線）的通用觀測站。不過，即使資金到位，LUVOIR最早也要到2039年才能啟動。
相應(yīng)地，哈勃很有可能在真正能夠被取代之前一直保持活躍。然而，如果它真的停止工作，大多數(shù)天文學(xué)家都在為自己的重大知識空白做準(zhǔn)備。"哈勃真的是紫外線和光學(xué)天文學(xué)最好的東西，"布朗說。"很多研究，特別是在了解太空中的溫度數(shù)據(jù)和化學(xué)關(guān)系時，都取決于它提供的信息。如果哈勃停止工作，恐怕航天界真的會感到損失慘重。"