Широкоугольная и планетарная камера 2: История космического телескопа Хаббл

Введение

Камера широкого поля и планетарная камера 2 (WFPC2) — это камера, которая ранее была установлена на космическом телескопе Хаббл. Камера была построена в Лаборатории реактивного движения и имеет размеры, примерно как небольшой рояль. Она была установлена в 1993 году во время первой сервисной миссии (STS-61), заменив оригинальную камеру широкого поля и планетарную камеру (WF/PC) телескопа. С помощью WFPC2 были получены изображения «Глубокого поля Хаббла» в 1995 году, туманностей «Гравированные песочные часы» и «Яйцо» в 1996 году, а также «Глубокого поля Хаббла — Юг» в 1998 году. Во время миссии STS-125 WFPC2 была демонтирована и заменена на камеру широкого поля 3 в ходе первого выхода в открытый космос 14 мая 2009 года. После возвращения на Землю камера была ненадолго выставлена в Национальном музее авиации и космонавтики и в Лаборатории реактивного движения, прежде чем окончательно вернуться в Национальный музей авиации и космонавтики Смитсоновского института.

Дизайн

WFPC2 был создан Лабораторией реактивного движения НАСА, которая также построила предшествующую камеру WFPC, запущенную вместе с телескопом «Хаббл» в 1990 году. WFPC2 содержит внутреннюю корректирующую оптику для устранения сферической аберрации в главном зеркале телескопа «Хаббл». Приборы с зарядовой связью (ПЗС) в WFPC2 (разработанные в JPL и изготовленные компанией Loral) регистрировали электромагнитное излучение в диапазоне от 120 до 1000 нм. Это включало в себя диапазон 380–780 нм видимого спектра, весь ближний ультрафиолет (и небольшую часть дальнего ультрафиолета) и большую часть ближнего инфракрасного диапазона. Распределение чувствительности этих ПЗС приблизительно нормальное, с пиком около 700 нм и, соответственно, очень низкой чувствительностью на границах рабочего диапазона ПЗС. WFPC2 оснащен четырьмя идентичными ПЗС-детекторами, каждый размером 800x800 пикселей. Три из них, расположенные в форме буквы L, образуют широкоугольную камеру «Хаббла» (WFC). Рядом с ними находится Планетарная камера (PC) – четвертый ПЗС с другой (более узконаправленной) оптикой. Это обеспечивало более детальное изображение меньшей области поля зрения. Изображения, полученные с помощью WFC и PC, обычно объединяют, что создает характерный ступенчатый вид изображений WFPC2. При распространении в виде нес научных JPEG-файлов часть изображения, полученная с помощью PC, отображается с тем же разрешением, что и части, полученные с помощью WFC, но астрономы получают исходный пакет научных изображений, в котором изображение PC представлено в его собственном, более детальном формате. Для того чтобы ученые могли наблюдать определенные части электромагнитного спектра, WFPC2 оснащен вращающимся колесом, которое перемещает различные оптические фильтры в световой поток (между апертурой WFPC2 и ПЗС-детекторами). В комплект поставки входит 48 фильтров, в том числе: набор стандартных широкополосных фотометрических фильтров; градиентный фильтр, содержащий широкий спектр узкополосных фильтров. Помещая целевой объект в определенную часть поля зрения, оператор может использовать точно подобранный узкополосный фильтр. Ряд узкополосных оптических фильтров, настроенных на длины волн различных атомных эмиссионных линий.

WFPC2 was built by NASA's Jet Propulsion Laboratory, which also built the predecessor WFPC camera launched with Hubble in 1990. WFPC2 contains internal corrective optics to fix the spherical aberration in the Hubble telescope's primary mirror. The charge coupled devices (CCDs) in the WFPC2 (designed at JPL and manufactured by Loral) detected electromagnetic radiation in a range from 120 nm to 1000 nm. This included the 380 nm to 780 nm of the visible spectrum, all of the near ultraviolet (and a small part of the extreme ultraviolet band) and most of the near infrared band. The sensitivity distribution of these CCDs is roughly normal, with a peak around 700 nm and concomitantly very poor sensitivity at the extremes of the CCDs' operating range. WFPC2 featured four identical CCD detectors, each 800x800 pixels. Three of these, arranged in an L formation, comprise Hubble's Wide Field Camera (WFC). Adjacent to them is the Planetary Camera (PC), a fourth CCD with different (narrower focused) optics. This afforded a more detailed view over a smaller region of the visual field. WFC and PC images are typically combined, producing the WFPC2's characteristic stairstep image. When distributed as non scientific JPEG files the PC portion of the image is shown with the same resolution as the WFC portions, but astronomers receive a raw scientific image package which presents the PC image in its native, higher detail. To allow scientists to view specific parts of the electromagnetic spectrum the WFPC2 featured a rotating wheel which moves different optical filters into the lightpath (between the WFPC2's aperture and the CCD detectors). The 48 filter elements included:

A set of standard wideband photometric filters. A graduated filter, featuring a wide range of very narrowband filters. By positioning the target object at a precise part of the field, the operator can use an accurately picked narrowband filter. A number of narrowband optical filters tuned to the wavelengths of various atomic emission lines.

Выступление

Как и ожидалось, в ходе своей миссии WFPC2 испытала деградацию ПЗС-матриц, что привело к появлению дефектных ("горячих") пикселей. Операторы телескопа проводили ежемесячные калибровочные тесты для составления их каталога: при закрытой апертуре WFPC выполнялась серия длительных экспозиций, и пиксели, значительно отличающиеся от почти чёрного уровня, помечались. Чтобы избежать ложных срабатываний, вызванных космическими лучами, выходные данные различных калибровочных снимков сравнивались. Постоянно "горячие" пиксели регистрировались, и астрономы, анализирующие необработанные изображения WFPC2, получали список этих пикселей. Как правило, астрономы настраивали своё программное обеспечение для обработки изображений, чтобы игнорировать эти неисправные пиксели. Для широкополосной съёмки WFPC2 в значительной степени была заменена камерой Advanced Camera for Surveys, установленной во время сервисной миссии 3B в 2002 году. Однако отказ ACS в начале 2007 года привёл к возвращению WFPC2 к роли основной камеры видимого света для телескопа "Хаббл". WFPC2 была демонтирована с HST во время сервисной миссии 4 в мае 2009 года для возвращения на Землю и последующей музейной экспозиции. Ей на смену пришла Wide Field Camera 3, оснащённая двумя ПЗС-матрицами для регистрации ультрафиолетового и видимого света, каждая размером 2048x4096 пикселей, и отдельной ИК-ПЗС-матрицей 1024x1024, способной принимать инфракрасное излучение с длиной волны до 1700 нм.