Onde exatamente está a modificação que primeiro corrigiu a aberração esférica no espelho primário de Hubble?

O artigo da CBS News de abril de 2015 Como a NASA corrigiu a visão defeituosa do Hubble - e a reputação descreve a modificação feita pelos Telescópios Espaciais do Hubble pelo Ônibus Espacial que foi usada para corrigir a forte aberração esférica do espelho primário devido a uma figura altamente precisa mas incorreta.

acima: "Devido a uma supervisão durante a fabricação, a forma côncava do espelho primário do Hubble era muito rasa em suas bordas externas em 2 mícrons, uma pequena fração da largura de um cabelo humano. Como resultado, a luz das estrelas não foi focalizada no mesmo ponto, resultando em imagens tremidas. Essas três imagens mostram a mesma estrela vista de um telescópio terrestre, à esquerda, e do espelho não corrigido de Hubble, no centro. A imagem corrigida, após uma missão de reparo de ônibus espacial em 1993, é visto à direita " daqui . crédito: NASA

Do artigo:

Mas o maior impacto do espelho foi na câmera planetária de campo amplo, o instrumento esperado para fornecer as imagens visíveis e de infravermelho próximo mais facilmente compreensíveis pelo público e de enorme valor para os astrônomos.

"O verdadeiro assassino foi Jim Westphal (o principal investigador do WFPC no Jet Propulsion Laboratory em Pasadena, Califórnia), que tendia a ser muito negativo", lembrou Weiler. "Basicamente, ele disse que não podia fazer nada. Então era com isso que eu estava me preparando para entrar na conferência de imprensa".

Mas, como se viu, Weiler tinha dois ases na manga. Um que ele conhecia, um que ele não sabia.

O ás que ele conhecia foi sorteado sete anos antes, quando Weiler iniciou o trabalho para construir uma câmera de backup, a Wide Field Planetary Camera 2, uma cópia carbono do original. John Trauger foi o investigador principal, o homem encarregado do instrumento no JPL.

O ás que Weiler ainda não percebeu foi incorporado ao design da câmera de Trauger.

Logo após o surgimento da primeira imagem luminosa, "um dos grandes idosos da ótica aqui no JPL, Aden Meinel, ele e sua esposa Marjorie queriam ver como era a imagem", disse Trauger em entrevista. "Nós o mostramos na tela. ... E ele olhou para isso por cinco minutos e disse 'isso parece aberração esférica'."

"Foi a primeira vez que ouvi uma aberração esférica", lembrou Trauger. "O problema era que ele também disse 'bem, se é uma aberração esférica, você pode consertar com a Câmera Planetária Wide Field 2.' Ele sabia que tínhamos esses espelhos do tamanho de níquel em nosso sistema óptico, que recebiam uma imagem nítida do próprio espelho primário ... O último espelho antes da criação da imagem em nosso CCD era uma oportunidade de corrigir a frente de onda. Ele reconheceu isso também. "

Ao dar a esse espelho uma receita que contrariava exatamente a aberração esférica no espelho primário, o WFPC 2 seria capaz de atingir um foco perfeito e fazer toda a ciência pretendida.

Pergunta: Onde exatamente está a modificação que primeiro corrigiu a aberração esférica no espelho primário de Hubble? Ele pode ser identificado na imagem abaixo ou está localizado em outro lugar? A modificação foi apenas uma mudança na figura de um dos pequenos espelhos, ou outros elementos ópticos foram modificados, além de fazer parte da correção?

acima: "O objetivo comercial do COSTAR: pequenos espelhos nos braços motorizados direcionaram a luz corrigida para os espectrógrafos do Telescópio Espacial Hubble e a fraca câmera de objetos. O COSTAR e a Wide Field Planetary Camera 2 foram instaladas durante uma missão de ônibus espacial de 1993, corrigindo a visão falha do Hubble". A partir daqui . Eric Long / Instituição Smithsonian

A imagem fornecida é da COSTAR, que substituiu o fotômetro de alta velocidade e alimentou a luz corrigida para a Câmera de Objetos Fracos (FOC), o Espectrógrafo de Objetos Fracos (FOS) e o Espectrógrafo de Alta Resolução Goddard (GHRS). Como o WFPC2 já estava substituindo o WFPC1, a correção da aberração esférica do espelho primário poderia ser projetada (como foi para todos os instrumentos subseqüentes).

O layout geral das ópticas HST (OTA) e das câmeras WFPC é mostrado abaixo em uma figura tirada do documento SPIE de Rodgers e Vaughan 1993 :

A luz entra do canto superior esquerdo e é focada normalmente pelos espelhos primário e secundário do HST e, em seguida, parte do feixe é captada na câmera WFPC2.

A configuração óptica do WFPC2 é mostrada em mais detalhes abaixo (extraída da seção de descrição do instrumento no Manual do Instrumento WFPC2 ) . O texto logo acima afirma:

A frente de onda HST aberrante é corrigida através da introdução de um erro igual, porém oposto, em cada um dos quatro relés Cassegrain. Uma imagem do espelho primário HST é formada nos espelhos secundários nos relés Cassegrain. (O espelho dobrável no canal do PC possui uma pequena curvatura para garantir isso.) A aberração esférica do espelho primário do telescópio é corrigida nesses espelhos secundários, que são extremamente asféricos.

indicando que a correção para o primário do HST é feita na parte denominada 'Espelho Secundário' no diagrama. Observe que é o espelho secundário do telescópio mini-Cassegrain que está dentro de cada um dos 3 canais de campo largo e 1 canal planetário da câmera dentro do próprio WFPC2 e não o espelho secundário do telescópio principal que está fora do diagrama e faz parte do 'OTA' (telescópio óptico) Montagem)

O pequeno espelho dentro do WFPC2 que forneceu a correção para esse instrumento não é visível nessa fotografia, pela simples razão de que a fotografia mostra o COSTAR , um dispositivo de diferença.

Pelo que vale, três dos quatro braços projetados nessa imagem carregam os espelhos corretivos que o COSTAR usou para fixar a entrada óptica na Câmera de Objetos Fracos, no Espectrógrafo de Alta Resolução Goddard e no Espectrógrafo de Objetos Fracos. Você pode ver que os braços da extrema esquerda e da segunda da direita têm dois espelhos cada (objetos pequenos, escuros e circulares), o que significa que eles fornecem correção para o FOS e o FOC (acho que o corretor FOS é o segundo braço direito); esses dois instrumentos têm dois modos, exigindo espelhos de correção separados para cada modo. Um dos outros braços tem o espelho de correção para o GHRS. (Admito que não sei por que existem quatro braços.)

A imagem que você tem é de COSTAR. A modificação no Hubble foi realmente remover outro instrumento e colocar o COSTAR dentro. Uma vez dentro, foi implantado e os outros instrumentos foram corrigidos. Então, a coisa toda na imagem é a modificação.

Com o tempo, novos instrumentos foram construídos e instalados no Hubble. Esses instrumentos (como o WFPC2) foram criados para ter a correção dentro do instrumento. Quando todas as câmeras originais foram substituídas, o COSTAR não era mais necessário e também foi removido.

O HST tem espaço para 4 instrumentos principais. Cada um deles consiste em uma caixa com componentes eletrônicos, com um CCD ou outro detector em uma extremidade, no plano focal do telescópio . O quinto instrumento, o WFPC, é colocado radialmente na frente do plano focal.

Esta imagem é mais tarde na carreira de Hubble. FOS, FOC e GHRS (veja abaixo) foram substituídos por STIS, NICMOS e ACS. O princípio permanece o mesmo.

Durante a Missão de Serviço 1, duas grandes mudanças foram feitas:

1. o WFPC foi substituído por WFPC2. O WFPC tinha óptica correcional embutida, conforme descrito na resposta do astrosnapper.

2. o fotômetro de alta velocidade (HSP) foi removido e o COSTAR instalado em seu lugar. O COSTAR não tinha um CCD. Em seu lugar, havia uma estrutura que continha uma série de espelhos, que se projetavam no espaço óptico em frente ao plano focal.

   Este diagrama mostra os espelhos COSTAR no local:

Após a instalação, armas pequenas com um espelho se desdobram da estrutura e nos caminhos ópticos da Câmera de Objetos Fracos (FOC), do Espectrógrafo de Objetos Fracos (FOS) e do Espectrógrafo de Alta Resolução Goddard (GHRS). Havia dois espelhos por instrumento. Esses espelhos corrigiram a imagem.

Aqui está o caminho óptico para o FOC:

No COSTAR, cada corretor consiste em um espelho de campo esférico Ml e um espelho de re-imagem asférico M2 (Fig. 1). A função de Ml é criar uma imagem do espelho primário do telescópio em M2. Um espelho esférico é suficiente.

M2 é uma esfera anamórfica de quarta ordem. O termo de quarta ordem compensa a aberração esférica e deve ser levemente anamórfico porque os espelhos corretores não formam um sistema centrado. O controle do astigmatismo exige que M2 seja anamórfico de segunda ordem também.

No total, são necessários cinco conjuntos de corretores. Eles servem as duas câmeras no FOC (câmeras f / 48 ef / 96), o espectrógrafo de comprimento de onda curto no FOS (azul FOS), o espectrógrafo de comprimento de onda longo no FOS (vermelho FOS) e o GHRS.

Em missões de serviço posteriores, os principais instrumentos foram substituídos por instrumentos com óptica corretiva incorporada, o último instrumento que precisava do COSTAR foi removido durante a Missão de Manutenção 3B. Portanto, na última missão de manutenção (4), o COSTAR pode ser substituído pelo Cosmic Origins Spectrograph (COS). O COSTAR foi levado de volta à Terra e agora pode ser visto no Smithsonian, que é onde a foto na pergunta foi tirada.