ハッブル宇宙望遠鏡

ハッブル宇宙望遠鏡

2009年、ハッブル宇宙望遠鏡の5回目にして最後のミッションであるサービスミッション4 ( STS-125 ) を飛行し、離陸するスペースシャトル アトランティスから軌道上で撮影された写真。
名前	HST ハッブル
ミッションタイプ	天文学
オペレーター	STScI
コスパーID	1990-037B
SATCAT番号	20580
Webサイト	nasa.gov/ハッブル ハッブルサイト.org
ミッション期間	34年5ヶ月7日（継続中）[1]
宇宙船の特性
メーカー	ロッキード・マーティン（宇宙船） パーキンエルマー（光学機器）
打ち上げ質量	11,110 kg (24,490 ポンド) [2]
寸法	13.2m×4.2m（43フィート×14フィート）[2]
力	2,800ワット
ミッション開始
発売日	1990 年 4 月 24 日、12:33:51 UTC [3]
ロケット	スペースシャトル ディスカバリー号( STS-31 )
発射場	ケネディ、LC-39B
請負業者	ロックウェルインターナショナル
展開日	1990年4月25日[2]
入隊	1990年5月20日; 34年前[2] (May 20, 1990)
ミッション終了
減衰日	2030～2040年（推定）[4]
軌道パラメータ
参照システム	地球中心軌道[5]
政権	低軌道
近点高度	537.0 km (333.7 マイル)
遠点高度	540.9 km (336.1 マイル)
傾斜	28.47°
期間	95.42分
メイン望遠鏡
タイプ	リッチー・クレティエン反射鏡
直径	2.4メートル（7フィート10インチ）[6]
焦点距離	57.6メートル（189フィート）[6]
焦点比	24枚
収集エリア	4.0 m 2 (43平方フィート) [7]
波長	近赤外線、可視光線、紫外線
楽器 ニクモス 近赤外線カメラと多物体分光計 ACS 調査用高性能カメラ ワールドカップ3 広角カメラ3 コス 宇宙起源分光器 性感染症 宇宙望遠鏡撮像分光器 FGS ファインガイダンスセンサー
NASA の偉大な天文台 大型戦略科学ミッション 天体物理学部門

ハッブル宇宙望遠鏡（ HSTまたはハッブルとも呼ばれる）は、 1990年に地球低軌道に打ち上げられ、現在も運用されている宇宙望遠鏡である。最初の宇宙望遠鏡ではないが、最大かつ最も多用途な望遠鏡の一つであり、天文学にとって重要な研究ツールとして、また広報手段として知られている。ハッブル望遠鏡は天文学者エドウィン・ハッブルにちなんで名付けられ、NASAの偉大な天文台の1つである。宇宙望遠鏡科学研究所（STScI）がハッブルのターゲットを選択し、結果として得られるデータを処理し、ゴダード宇宙飛行センター（GSFC）が宇宙船を制御している。^[8]

ハッブル望遠鏡は 2.4 m (7 フィート 10 インチ) の鏡を備え、5 つの主な機器で電磁スペクトルの紫外線、可視光線、近赤外線領域を観測します。ハッブル望遠鏡は地球の大気の歪みの外側を周回するため、地上の望遠鏡よりも大幅に背景光が少ない状態で、極めて高解像度の画像を撮影できます。ハッブル望遠鏡は最も詳細な可視光線画像を記録しており、宇宙の奥深くまで見ることができます。ハッブル望遠鏡の観測の多くは、宇宙の膨張率の決定など、天体物理学の飛躍的進歩につながっています。

宇宙望遠鏡は1923年にすでに提案されており、ハッブル望遠鏡は1970年代に米国航空宇宙局（NASA）が欧州宇宙機関（ESA）の寄付を受けて資金提供し建造された。当初の打ち上げは1983年だったが、プロジェクトは技術的な遅れ、予算上の問題、そして1986年のチャレンジャー号の事故に見舞われた。ハッブル望遠鏡は1990年にようやく打ち上げられたが、主鏡の研磨が不適切だったため球面収差が生じ、望遠鏡の性能が損なわれた。1993年の整備ミッションで光学系は当初の品質に修正された。

ハッブル望遠鏡は、宇宙飛行士が宇宙でメンテナンスできるように設計された唯一の望遠鏡です。5回のスペースシャトルミッションで、5つの主要機器すべてを含む望遠鏡のシステムの修理、アップグレード、交換が行われました。5回目のミッションは、コロンビア号の事故（2003年）を受けて安全上の理由で当初は中止されましたが、NASA長官 マイケル・D・グリフィンが承認した後、2009年にサービスミッションが完了しました。ハッブル望遠鏡は2020年4月に30年間の運用を完了し^[1]、2030～2040年まで稼働すると予測されています。^[4]

ハッブル望遠鏡はNASAのグレート・オブザーバトリーズ計画における可視光望遠鏡であり、スペクトルの他の部分はコンプトン・ガンマ線天文台、チャンドラX線天文台、およびスピッツァー宇宙望遠鏡（赤外線帯域をカバー）によってカバーされている。^[9] ハッブル望遠鏡の後継となる中赤外線から可視帯域の望遠鏡はジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡（JWST）で、2021年12月25日に打ち上げられ、ナンシー・グレース・ローマン宇宙望遠鏡が2027年に続く予定である。^{[10] [11] [12]}

1923年、ロバート・H・ゴダードやコンスタンチン・ツィオルコフスキーとともに現代ロケット工学の父とみなされているヘルマン・オーベルトは、「惑星空間へのロケット」を出版し、ロケットによって望遠鏡を地球の軌道に打ち上げる方法について言及した。^[13]

ハッブル宇宙望遠鏡の歴史は、1946年に天文学者 ライマン・スピッツァーが発表した論文「地球外天文台の天文学的利点」にまで遡る。^[14]この論文で、スピッツァーは、地上の望遠鏡に比べて宇宙天文台が持つ2つの主な利点について論じた。第一に、角度分解能（物体をはっきりと見分けることができる最小の間隔）は、天文学者が「見える」と呼ぶ星の瞬きを引き起こす大気の乱流ではなく、回折によってのみ制限される。当時、地上の望遠鏡の分解能は0.5～1.0秒角に制限されていたが、直径2.5メートル（8フィート2インチ）の鏡を備えた光学望遠鏡の理論的な回折限界分解能は約0.05秒角である。第二に、宇宙望遠鏡は、地球の大気によって強く吸収される赤外線と紫外線を観測できる。^[14]

スピッツァーはキャリアの多くを宇宙望遠鏡の開発推進に捧げた。^[15] 1962年、米国科学アカデミーの報告書は宇宙計画の一環として宇宙望遠鏡の開発を推奨し、1965年にスピッツァーは大型宇宙望遠鏡の科学的目標を定義する任務を与えられた委員会の委員長に任命された。^[16]

また、 「ハッブルの母」ナンシー・グレース・ローマンの功績も重要だった。 ^{[17]ハッブル望遠鏡が}NASAの公式プロジェクトになるずっと前から、彼女は公開講演を行い、ハッブル望遠鏡の科学的価値を宣伝していた。ハッブル望遠鏡が承認された後、彼女はプログラム科学者となり、天文学者のニーズを実現可能にするための運営委員会を設立し^[18]、 1970年代を通して議会に証言書を書いてハッブル望遠鏡への継続的な資金援助を主張した。^[19]プロジェクト科学者としての彼女の仕事は、NASAの大規模科学プロジェクトの運営基準の設定に貢献した。^[20]

宇宙天文学は、科学者がロケット技術の進歩を利用した第二次世界大戦後に小規模に始まった。太陽の最初の紫外線スペクトルは1946年に得られ、^[21] NASAは1962年に紫外線、X線、ガンマ線のスペクトルを取得するために軌道太陽観測衛星（OSO）を打ち上げた。 ^[22]軌道太陽望遠鏡は、 1962年にイギリスによってアリエル計画の一環として打ち上げられ、1966年にNASAは最初の軌道天文台（OAO）ミッションを開始した。OAO-1のバッテリーは3日後に故障し、ミッションは終了した。その後、軌道天文台2号（OAO-2）が打ち上げられ、1968年の打ち上げから1972年まで、当初計画されていた1年の寿命をはるかに超えて、恒星と銀河の紫外線観測を行った。^[23]

OSO と OAO のミッションは、宇宙からの観測が天文学において果たす重要な役割を実証した。1968 年、NASA は、直径 3 メートル (9.8 フィート) の鏡を備えた宇宙反射望遠鏡(暫定的に大型軌道望遠鏡または大型宇宙望遠鏡 (LST) と呼ばれていた) の計画を策定し、1979 年に打ち上げを予定していた。これらの計画では、このような高額なプログラムが長期間稼働し続けるようにするために、望遠鏡の有人メンテナンス ミッションの必要性が強調されており、再利用可能なスペース シャトルの計画も同時に策定されていたことから、これを可能にする技術が間もなく利用可能になることが示唆されていた。^[24]

OAO 計画の継続的な成功により、天文学界では LST を主要目標にすべきだというコンセンサスがますます強まっていった。1970 年、NASA は 2 つの委員会を設立した。1 つは宇宙望遠鏡プロジェクトのエンジニアリング面を計画する委員会、もう 1 つはミッションの科学的目標を決定する委員会である。これらの委員会が設立されると、NASA にとって次のハードルは、地上の望遠鏡よりもはるかに費用がかかる機器の資金を獲得することであった。米国議会は、望遠鏡の予算案の多くの側面に疑問を呈し、当時は望遠鏡の潜在的な機器とハードウェアの非常に詳細な調査で構成されていた計画段階の予算を削減せざるを得なかった。1974 年、公共支出の削減により、議会は望遠鏡プロジェクトへのすべての資金を削減した。^[25]

1977年、当時のNASA長官ジェームズ・C・フレッチャーは、ハッブル宇宙望遠鏡にNASAの予算として500万ドルを名目上割り当てることを提案した。当時のNASA宇宙科学副長官ノエル・ヒナーズは、代わりにハッブル宇宙望遠鏡への資金を全面的に削減し、科学界が資金全額獲得のために奮闘するだろうと賭けた。ヒナーズは次のように回想している。^[26]

その年、私たちが全面的にスタートを切れないことは明らかでした。[ハッブル]の新たなスタートに反対する意見が[連邦議会]にありました。私の記憶では、その主な原因は予算状況でした。ジム・フレッチャーは、仮資金として500万ドルを投入することを提案しました。私はそのアイデアが気に入りませんでした。それは、今日の言葉で言えば、天文学界への「おごり」でした。「何かが入っているから、すべてはうまくいく」。

私は、コミュニティを活性化させるには、ゼロにしたほうがよいだろうと、自分の小さな頭の中で考えました。そうすれば、彼らは「おや、大変なことになっている」と言って、軍隊を動員するでしょう。だから、何も入れないことを主張しました。詳細な議論の内容や、議論があったかどうかは覚えていませんが、ジムがそれに賛成したので、ゼロにしました。私の観点からすると、それは、天文学コミュニティを刺激してロビー活動の面での努力を新たにするという、望ましい効果をもたらしました。後から考えると、それは素晴らしい政治的動きだったと思いますが、よく考え抜いたかどうかはわかりません。それは、その場の衝動によるものでした。

[...] 500 万ドルあれば、どうせすべてうまくいっていると思わせることができますが、実際はそうではありません。ですから、彼らにメッセージを伝えましょう。私自身の考えでは、彼らに行動を起こすよう刺激を与えることです。ゼロにすれば、確かにそのメッセージは伝わります。それだけ簡単なことだったと思います。最初に誰かに相談せず、ただ「やってみよう」と思っただけです。ほら、うまくいきました。もう一度やるかはわかりません。

政治的策略は功を奏した。ハッブル宇宙望遠鏡がNASAの予算からゼロにされたことを受けて、天文学者たちの間で全国規模のロビー活動が行われた。多くの天文学者が下院議員や上院議員と直接会い、大規模な手紙キャンペーンが組織された。米国科学アカデミーは宇宙望遠鏡の必要性を強調する報告書を発表し、最終的に上院は議会が当初承認した予算の半分に同意した。^[27]

資金の問題によりプロジェクトの規模が縮小され、提案された鏡の直径は3メートルから2.4メートルに縮小され、コストを削減し^[28]、望遠鏡のハードウェアをよりコンパクトで効率的に構成できるようになりました。主衛星で使用するシステムをテストするための1.5メートル（4フィート11インチ）の宇宙望遠鏡の提案は取り下げられ、予算上の懸念から欧州宇宙機関（ESA）との協力も促されました。ESAは資金を提供し、望遠鏡の第一世代の機器の1つとそれを動かす太陽電池、および米国で望遠鏡に取り組むスタッフを提供することに同意しました。その見返りとして、ヨーロッパの天文学者に望遠鏡での観測時間の少なくとも15％が保証されました。^[29]議会は最終的に1978年に3600万ドルの予算を承認し、LSTの設計は1983年の打ち上げを目指して本格的に始まりました。^[27] 1983年、この望遠鏡はエドウィン・ハッブルにちなんで命名されました。 ^[30]ハッブルは、ジョルジュ・ルメートルによる20世紀最大の科学的発見の一つである「宇宙は膨張している」という発見を確認しました。^[31]

宇宙望遠鏡プロジェクトが承認されると、プログラムの作業は多くの機関に分割されました。マーシャル宇宙飛行センター（MSFC）は望遠鏡の設計、開発、構築の責任を負い、ゴダード宇宙飛行センターはミッションの科学機器と地上管制センターの全体的な管理を任されました。^[32] MSFCは光学会社パーキンエルマーに宇宙望遠鏡の光学チューブアセンブリ（OTA）と精密誘導センサーの設計と構築を委託しました。ロッキードは望遠鏡を収容する宇宙船の建造と統合を委託されました。^[33]

光学的には、HST はほとんどの大型プロ用望遠鏡と同様に、リッチー・クレティエン設計のカセグレン反射鏡である。2 つの双曲面鏡を備えたこの設計は、広い視野にわたって優れた結像性能で知られているが、鏡の形状の製造とテストが難しいという欠点がある。望遠鏡の鏡と光学系が最終的な性能を決定するため、これらは厳格な仕様に合わせて設計された。光学望遠鏡の鏡は通常、可視光の波長の約 10 分の 1 の精度で研磨されているが、宇宙望遠鏡は可視光から紫外線 (より短い波長) までの観測に使用することになっており、宇宙環境を最大限に活用できるように回折限界になるように指定されていた。したがって、その鏡は 10 ナノメートル、つまり赤色光の波長の約 1/65 の精度で研磨する必要があった。^[34]長波長側では、OTAは最適な赤外線性能を考慮して設計されていませんでした。たとえば、ミラーはヒーターによって安定した（そして暖かい、約15℃）温度に保たれています。これにより、ハッブルの赤外線望遠鏡としての性能が制限されます。^[35]

パーキンエルマー社（PE）は、特注の極めて高度なコンピュータ制御研磨機を使用して、鏡を必要な形状に研磨する予定でした。^[33]しかし、最先端の技術が問題に遭遇した場合に備えて、NASAはPEにコダック社に下請けを依頼し、従来の鏡研磨技術を使用してバックアップミラーを製作しました。^{[36] （コダック社と}アイテック社のチームは、元の鏡研磨作業にも入札しました。彼らの入札では、2社が互いの作業を二重チェックすることになっており、これにより、後に問題を引き起こした研磨エラーをほぼ確実に検出できました。）^[37]コダック社の鏡は現在、国立航空宇宙博物館に常設展示されています。^{[38] [39]この取り組みの一環として製作されたアイテック社の鏡は現在、}マグダレナリッジ天文台の2.4m望遠鏡で使用されています。^[40]

パーキンエルマーの鏡の製作は1979年に始まり、コーニング社が超低膨張ガラスから製造したブランクから始まった。鏡の重量を最小限に抑えるため、ハニカム格子を挟んだ厚さ25 mm（0.98インチ）の上部プレートと下部プレートで構成されていた。パーキンエルマーは、さまざまな力を加える130本のロッドで鏡を背面から支えることで微小重力をシミュレートした。 ^[41]これにより、展開時に鏡の最終形状が正しく仕様通りになることが保証された。鏡の研磨は1981年5月まで続いた。当時のNASAの報告書ではパーキンエルマーの経営体制に疑問が投げかけられ、研磨はスケジュールより遅れ、予算を超過し始めた。費用を節約するため、NASAはバックアップ鏡の作業を中止し、望遠鏡の打ち上げ日を1984年10月に変更した。^[42]鏡は1981年末に完成し、 9,100リットル（2,000英ガロン、2,400米ガロン）の熱い脱イオン水で洗浄し、その後65nm厚のアルミニウムの反射コーティングと25nm厚のフッ化マグネシウムの保護コーティングを施した。^{[35] [43]}

パーキンエルマー社がOTAの残りの部分を製作するための予算とスケジュールが膨らみ続ける中、この重要なプロジェクトに対する同社の能力について疑問が表明され続けた。「不安定で日々変化する」スケジュールに対応して、NASAは望遠鏡の打ち上げ日を1985年4月まで延期した。パーキンエルマー社のスケジュールは四半期ごとに約1か月遅れ続け、時には作業日ごとに1日遅れることもあった。NASAは打ち上げ日を1986年3月、そして9月まで延期せざるを得なかった。この時点で、プロジェクトの総予算は11億7500万ドルにまで上昇していた。^[44]

望遠鏡と機器を収容する宇宙船もまた、大きな技術的課題であった。宇宙船は、直射日光から地球の影の暗闇への頻繁な通過に耐える必要があり、これにより温度の大きな変化が生じるが、同時に望遠鏡を極めて正確に向けられるだけの安定性も備えていなければならない。多層断熱材の覆いが望遠鏡内の温度を安定させ、望遠鏡と機器が収まる軽量アルミニウム製の外殻を囲んでいる。外殻内では、グラファイトエポキシのフレームが望遠鏡の作動部品をしっかりと位置合わせしている。^{[45]グラファイト複合材は}吸湿性があるため、ロッキード社のクリーンルームでトラスが吸収した水蒸気が後に宇宙の真空中に放出され、望遠鏡の機器が氷で覆われる恐れがあった。このリスクを軽減するため、望遠鏡を宇宙に打ち上げる前に窒素ガスパージが行われた。^[46]

望遠鏡と機器を収容する宇宙船の建造はOTAの建造よりもやや順調に進んだが、ロッキード社は予算とスケジュールの遅れに見舞われ、1985年の夏までに宇宙船の建造は予算を30%超過し、スケジュールは3か月遅れた。MSFCの報告書によると、ロッキード社は建造において自ら主導権を握るよりもNASAの指示に頼る傾向があったという。^[47]

HST の初期の主要コンピュータ 2 台は、ロックウェル・オートネティクス社製の 1.25 MHz DF-224 システム (3 つの冗長 CPU を含む) と、ウェスティングハウス社と GSFC 社がダイオード トランジスタ ロジック (DTL) を使用して開発した冗長NSSC - 1 ( NASA標準宇宙船コンピュータ モデル 1) システム2 台でした。DF-224 のコプロセッサは、1993 年のサービス ミッション 1 中に追加されたもので、Intel ベースの 80386 プロセッサと 80387 数学コプロセッサの 2 つの冗長ストリングで構成されていました。^[48] DF-224 とその 386 コプロセッサは、1999 年のサービス ミッション 3A 中に、25 MHz の Intel ベースの 80486 プロセッサ システムに置き換えられました。^{[49]新しいコンピュータは、置き換えられた}DF-224よりも 20 倍高速で、6 倍のメモリを備えています。一部の計算タスクを地上から宇宙船に移すことでスループットが向上し、最新のプログラミング言語を使用できるようになるためコストも削減されます。^[50]

さらに、科学機器やコンポーネントの一部には、独自の組み込みマイクロプロセッサベースの制御システムが搭載されていました。MAT（多重アクセストランスポンダ）コンポーネントであるMAT-1とMAT-2は、ヒューズ・エアクラフトのCDP1802CDマイクロプロセッサを使用しています。^[51]広視野惑星カメラ（WFPC）もRCA 1802マイクロプロセッサ（または古い1801バージョン）を使用していました。^[52] WFPC-1は、1993年のサービスミッション1中にWFPC-2に置き換えられ、2009年のサービスミッション4中に広視野カメラ3（WFC3）に置き換えられました。このアップグレードにより、ハッブル宇宙望遠鏡の宇宙をより深く見ることができ、3つの広いスペクトル領域で画像を提供できるようになりました。^{[53] [54]}

打ち上げられたHSTには、広視野惑星カメラ（WF/PC）、ゴダード高解像度分光器（GHRS）、高速光度計（HSP）、微光天体カメラ（FOC）、微光天体分光器（FOS）の5つの科学機器が搭載されていました。WF/PCは放射状の機器ベイを使用し、他の4つの機器はそれぞれ軸方向の機器ベイに設置されていました。^[55]

WF/PCは、主に光学観測を目的とした高解像度の画像装置である。NASAのジェット推進研究所によって構築され、特に天体物理学的に興味深いスペクトル線を分離する48個のフィルターセットを組み込んでいた。この装置には、2台のカメラに分割された8個の電荷結合素子（CCD）チップが含まれており、それぞれ4個のCCDを使用している。各CCDの解像度は0.64メガピクセルである。^[56]広視野カメラ（WFC）は解像度を犠牲にして広い角度の視野をカバーし、惑星カメラ（PC）はWFチップよりも長い有効焦点距離で画像を撮影し、より大きな倍率を実現した。^[55]

ゴダード高解像度分光器（GHRS）は、紫外線で動作するように設計された分光器でした。これはゴダード宇宙飛行センターによって構築され、 90,000のスペクトル分解能を達成しました。 ^[57]また、紫外線観測に最適化されていたのは、ハッブル宇宙望遠鏡のどの機器よりも高い空間分解能を持つFOCとFOSでした。これらの3つの機器は、CCDではなく、光子計数デジコンを検出器として使用しました。FOCはESAによって構築され、FOSはカリフォルニア大学サンディエゴ校とマーティン・マリエッタ・コーポレーションによって構築されました。 ^[55]

最終的な装置はウィスコンシン大学マディソン校で設計・製作されたHSPであった。これは変光星や明るさの変化する他の天体の可視光および紫外線観測に最適化されていた。1秒間に最大10万回の測定が可能で、測光精度は約2%以上であった。^[58]

HSTの誘導システムは科学機器としても使用できます。3つの精密誘導センサー（FGS）は主に観測中に望遠鏡を正確に向けるために使用されますが、非常に正確な天体測定にも使用できます。0.0003秒角以内の測定精度が達成されています。^[59]

宇宙望遠鏡科学研究所 (STScI) は、望遠鏡の科学的運用と天文学者へのデータ製品の提供を担当している。STScI は天文学研究大学協会 (AURA) によって運営されており、物理的にはメリーランド州ボルチモアのジョンズ・ホプキンス大学ホームウッドキャンパス内に位置する。ジョンズ・ホプキンス大学は、AURA コンソーシアムを構成する 39 の米国の大学と 7 つの国際関連機関のうちの 1 つである。STScI は、NASA と科学コミュニティ全体との間である種の権力闘争があった後に 1981 年に設立された^{[60] [61]}。NASA はこの機能を社内に残したいと考えていたが、科学者は学術機関に拠点を置くことを望んだ。^{[62] [63] 1984 年に}ミュンヘン近郊のガルヒング・バイ・ミュンヘンに設立された宇宙望遠鏡ヨーロッパ調整施設(ST-ECF) は、2011 年にこれらの活動が欧州宇宙天文学センターに移されるまで、ヨーロッパの天文学者に同様のサポートを提供していた。^[64]

STScI に課せられた複雑なタスクの 1 つは、望遠鏡の観測をスケジュールすることです。^[65]ハッブル宇宙望遠鏡は、サービス ミッションを可能にするために低地球軌道上にあり、その結果、ほとんどの天体ターゲットは各軌道の半分弱の間、地球に隠されます。望遠鏡が南大西洋異常帯を通過するときは、放射線レベルが上昇するため観測を行うことができません。また、太陽 (​​水星)、月、地球の周囲には、かなり大きな立ち入り禁止区域があります。太陽回避角は約 50° で、OTA のどの部分も太陽光が照らさないようになっています。地球と月を回避することで、明るい光が FGS に当たらなくなり、散乱光が機器に入るのを防ぎます。FGS をオフにすると、月と地球を観測できます。地球観測は、プログラムのごく初期に、WFPC1 機器のフラット フィールドを生成するために使用されました。ハッブル宇宙望遠鏡の軌道極からおよそ24°以内には、いわゆる連続観測領域（CVZ）があり、この領域では対象物が長期間掩蔽されることはありません。 ^{[66] [67] [68]}

軌道の歳差運動により、CVZ の位置は 8 週間にわたってゆっくりと移動する。地球の縁は常に CVZ 内の領域から約 30° 以内にあるため、CVZ の観測中は散乱地球光の明るさが長時間高くなることがある。ハッブルは、高度約 540 キロメートル (340 マイル)、傾斜角 28.5° の低地球軌道を周回している。^[5]軌道上の位置は時間とともに変化するため、正確に予測することはできない。上層大気の密度は多くの要因によって変化するため、ハッブルが予測した 6 週間後の位置は最大 4,000 キロメートル (2,500 マイル) の誤差が生じる可能性がある。観測スケジュールは通常、数日前に確定される。リードタイムが長ければ、観測予定時刻までにターゲットが観測できなくなる可能性があるためである。^[69] HSTのエンジニアリングサポートは、 STScIから南に48km（30マイル）離れたメリーランド州グリーンベルトにあるゴダード宇宙飛行センターのNASAと請負業者の職員によって提供されています。ハッブルの運用は、ハッブルの飛行運用チームを構成する4つの飛行管制官チームによって24時間監視されています。^[65]

1986年1月までに、ハッブル宇宙望遠鏡の打ち上げ予定日は同年10月で実現可能と思われたが、チャレンジャー号の事故により米国の宇宙計画は停止し、シャトル艦隊は地上にとどまり、打ち上げは数年間延期せざるを得なくなった。この延期の間、望遠鏡はクリーンルームに保管され、電源を入れられ、窒素でパージされ、打ち上げが再スケジュールされるまで続いた。このコストのかかる状況（1か月あたり約600万ドル）により、プロジェクト全体のコストは上昇した。しかし、この延期により、エンジニアは広範囲にわたるテストを実施し、故障しやすい可能性のあるバッテリーを交換し、その他の改善を行う時間ができた。^{[70]さらに、ハッブル}宇宙望遠鏡を制御するために必要な地上ソフトウェアは1986年には準備が整っておらず、1990年の打ち上げでもようやく準備が整っただけだった。^[71]シャトルの飛行再開後、スペースシャトルディスカバリー号は1990年4月24日、STS-31ミッションの一環としてハッブル宇宙望遠鏡の打ち上げに成功した。^[72]

打ち上げ時に、NASAはインフレ調整後の2010年のドルで約47億ドルをこのプロジェクトに費やしました。 ^{[73]ハッブルの累積コストは2015年のドルで約}113億ドルと推定されており、これにはその後のすべてのサービスコストが含まれますが、継続的な運用は含まれず、NASA史上最も費用のかかる科学ミッションとなっています。^[74]

ハッブル宇宙望遠鏡には、一度に 5 つの科学機器と、主に望遠鏡の照準に使われるが、科学的な天体測定にも時々使われる精密誘導センサーが搭載されている。初期の機器は、シャトルの整備ミッション中に、より高度な機器に置き換えられた。COSTAR は科学機器というよりは補正光学装置であったが、4 つの軸方向機器ベイの 1 つを占めていた。

2009 年の最終サービス ミッション以降、アクティブな機器は ACS、COS、STIS、WFC3 の 4 つです。NICMOS は休止状態ですが、将来 WFC3 が故障した場合には復活する可能性があります。

• 調査用先進カメラ(ACS; 2002 年～現在)
• 宇宙起源分光器(COS; 2009 年～現在)
• 補正光学宇宙望遠鏡軸交換(COSTAR; 1993–2009)
• 微光天体カメラ(FOC; 1990–2002)
• 微光天体分光器(FOS; 1990–1997)
• ファインガイダンスセンサー(FGS; 1990 年～現在)
• ゴダード高分解能分光器(GHRS/HRS; 1990–1997)
• 高速光度計(HSP; 1990–1993)
• 近赤外線カメラと多天体分光計(NICMOS; 1997 年～現在、2008 年以降休止中)
• 宇宙望遠鏡撮像分光器(STIS; 1997年～現在 (2004年～2009年は休止))
• 広視野惑星カメラ(WFPC; 1990–1993)
• 広視野惑星カメラ2 (WFPC2; 1993–2009)
• 広視野カメラ 3 (WFC3; 2009 年～現在)

以前の機器のうち3つ（COSTAR、FOS、WFPC2）はスミソニアン国立航空宇宙博物館に展示されています。^{[75] [76] [77]} FOCはドイツのドルニエ博物館にあります。^[78] HSPはウィスコンシン大学マディソン校のスペースプレイスにあります。^[79]最初のWFPCは解体され、一部のコンポーネントはWFC3で再利用されました。^{[80] [81]}

望遠鏡の打ち上げから数週間後、返ってきた画像から光学系に重大な問題があることが判明した。最初の画像は地上の望遠鏡のものよりも鮮明に見えたが、ハッブルは最終的に鮮明な焦点を合わせることができず、得られた最高の画像品質は予想を大幅に下回るものだった。点光源の画像は、設計基準で指定されていた直径0.1秒角（485 n rad ）の円内に 点像分布関数（PSF）が集中するのではなく、1秒角以上の半径に広がってしまった。 ^{[82] [83]}

欠陥のある画像を分析した結果、主鏡が間違った形に研磨されていたことが判明した。この鏡は、これまでに作られた光学鏡の中で最も精密に形作られた鏡の一つで、約10ナノメートルの滑らかさであると考えられていたが、^[34]外周が約2200ナノメートル（約1⁄450mmまたは1⁄11000インチ）ほど平坦すぎた。[ 84 ]この差^{は壊滅的で、深刻な球面収差}、つまり鏡の端で反射した光が中心で反射した光とは異なる点に焦点を合わせる欠陥を引き起こした。[ ^85]

ミラーの欠陥が科学的観測に及ぼす影響は、個々の観測によって異なる。収差のあるPSFの中心部は、明るい物体の高解像度観測を可能にするほど鮮明であり、点光源の分光法は感度の低下によってのみ影響を受ける。しかし、大きな焦点の合っていないハローへの光の損失は、暗い物体や高コントラストの画像化に対する望遠鏡の有用性を著しく低下させた。これは、ほとんどすべての宇宙論プログラムが、例外的に暗い物体の観測を必要とするため、実質的に不可能であることを意味した。^[85]これにより、政治家はNASAの能力に疑問を抱き、科学者はより生産的な取り組みに費やすことができたコストを嘆き、コメディアンはNASAと望遠鏡についてジョークを言うことになった。1991年のコメディ映画「裸の銃を持つ男21人」では、歴史的な災害が展示されるシーンで、ハッブル宇宙望遠鏡がタイタニック号とヒンデンブルク号と一緒に描かれている。^{[86] [87]}それにもかかわらず、ハッブル宇宙望遠鏡のミッションの最初の3年間、光学補正が行われる前に、望遠鏡はそれほど要求の厳しくないターゲットの多数の生産的な観測を行った。^{[88]誤差はよく特徴付けられ安定していたため、天文学者は}デコンボリューションなどの高度な画像処理技術を使用して、欠陥のあるミラーを部分的に補正することができた。^[89]

ジェット推進研究所所長のルー・アレンが率いる委員会が設立され、この誤差がどのようにして生じたのかを突き止めた。アレン委員会は、適切な形状の非球面鏡を作るための試験装置である反射ヌルコレクターが誤って組み立てられていたことを突き止めた。1つのレンズが1.3 mm (0.051 インチ) ずれていたのだ。^[90]鏡の初期の研削と研磨の際、パーキンエルマー社は2つの従来の屈折ヌルコレクターで鏡の表面を分析した。しかし、最終製造工程 (フィギレーション) では、非常に厳しい許容誤差を満たすように特別に設計された特注の反射ヌルコレクターに切り替えた。この装置の組み立てが間違っていたため、鏡は非常に正確に研削されたものの、形状が間違っていた。製造中、従来のヌルコレクターを使用したいくつかの試験で、球面収差が正しく報告された。しかし、これらの結果は無視され、反射ヌルコレクターの方が正確であると考えられていたため、誤差を捉える機会を逃した。^[91]

委員会は、主にパーキンエルマー社に失敗の責任があるとした。NASAと光学機器メーカーの関係は、スケジュールの遅延やコスト超過が頻発したため、望遠鏡の建設中はひどく緊張していた。NASAは、パーキンエルマー社が鏡の建設を適切に検討または監督せず、最も優秀な光学科学者をプロジェクトに割り当てず（プロトタイプのときはそうした）、特に光学設計者を鏡の建設と検証に関与させなかったことを突き止めた。委員会はパーキンエルマー社のこうした管理上の失敗を厳しく非難したが、NASAも、単一の機器のテスト結果に全面的に頼るなど、品質管理の欠陥に気付かなかったことで批判された。^[92]

ハッブル望遠鏡が放棄されるのではないかと多くの人が恐れた。^[93]望遠鏡の設計には常に整備ミッションが組み込まれており、天文学者たちはすぐに、1993年に予定されている最初の整備ミッションで適用できる問題の潜在的な解決策を模索し始めた。コダックはハッブル望遠鏡のバックアップミラーを研磨していたが、軌道上でミラーを交換することは不可能であり、望遠鏡を地球に持ち帰って修理するのは費用と時間がかかりすぎる。代わりに、ミラーが間違った形に正確に研磨されていたという事実から、まったく同じ誤差を持つが逆の意味で新しい光学部品が設計され、整備ミッションで望遠鏡に追加され、球面収差を補正する「眼鏡」として効果的に機能することになった。 ^{[94] [95]}

最初のステップは、主鏡の誤差を正確に特徴づけることだった。点光源の画像から逆算して、天文学者は、製作時の鏡の円錐定数が−1.01390 ± 0.0002、意図した値ではなく−1.00230。^{[96] [97]}同じ数値は、パーキンエルマーが鏡の計算に使用したヌルコレクターの解析や、鏡の地上試験中に得られた干渉縞の解析によっても導き出されました。 ^[98]

HST の機器の設計上の理由から、2 つの異なる補正装置が必要でした。既存の WF/PC の置き換えが予定されていた広視野惑星カメラ 2 の設計には、2 台のカメラを構成する 4 つの独立した電荷結合素子 (CCD) チップに光を向けるためのリレー ミラーが含まれていました。これらの表面に逆誤差を組み込むことで、主レンズの収差を完全に打ち消すことができます。ただし、他の機器にはこの方法で構成できる中間面がないため、外部の補正装置が必要でした。^[99]

補正光学系宇宙望遠鏡軸交換(COSTAR) システムは、FOC、FOS、GHRS に焦点を合わせた光の球面収差を補正するために設計された。これは、光路上の 2 つのミラーと、収差を補正するための 1 つのグラウンドから構成される。^[100] COSTAR システムを望遠鏡に取り付けるには、他の機器の 1 つを取り外す必要があり、天文学者は高速光度計を犠牲にすることを選択した。^[99] 2002 年までに、COSTAR を必要とするすべての元の機器は、独自の補正光学系を備えた機器に置き換えられた。^[101]その後、COSTAR は取り外され、2009 年に地球に返還され、ワシントン DC の国立航空宇宙博物館で展示されている。^[102]以前 COSTAR が使用していたエリアは現在、Cosmic Origins Spectrographが占めている。^[103]

ハッブル宇宙望遠鏡は、軌道上で定期的な整備や機器のアップグレードが行えるように設計された。機器や寿命の限られたアイテムは、軌道上交換ユニットとして設計された。^[104] 5回の整備ミッション（SM 1、2、3A、3B、4）がNASAのスペースシャトルによって実施され、最初は1993年12月、最後は2009年5月であった。 ^[105]整備ミッションは、軌道上で望遠鏡を迎撃し、シャトルの機械アームで慎重に回収する操作から始まる繊細な作業であった。その後、必要な作業は4〜5日間にわたって複数回の係留宇宙遊泳で行われた。望遠鏡の目視検査の後、宇宙飛行士は修理を行い、故障または劣化した部品を交換し、機器をアップグレードし、新しい機器を設置した。作業が完了すると、大気抵抗による軌道低下に対処するために、通常はより高い軌道に上げた後、望遠鏡は再展開された。^[106]

ハッブル宇宙望遠鏡の最初の修理ミッションは、ミラーの問題が発見される前の1993年に予定されていた。宇宙飛行士が補正光学系を設置するために大がかりな作業を行う必要があり、修理が失敗するとハッブル宇宙望遠鏡を放棄するか永久に機能しなくなるため、修理ミッションはより重要視された。ミッション前に他の部品が故障したため、修理費用は5億ドルにまで上昇した（シャトルの飛行費用は含まない）。修理が成功すれば、スペースステーションアルファの建設が実現可能であることを示すのに役立つだろう。^[107]

1992年のSTS-49は宇宙作業の難しさを証明した。インテルサット603の救出は称賛されたが、宇宙飛行士たちはその際に無謀なリスクを冒した可能性がある。救出も、無関係な宇宙ステーションの試作部品の組み立ても、宇宙飛行士が訓練した通りには行われなかったため、NASAはハッブルの修理を含む計画と訓練を再評価することになった。NASAは、1976年以来衛星の修理手順に取り組んできたストーリー・マスグレイブと、STS-49の2人を含む6人の経験豊富な宇宙飛行士をこのミッションに割り当てた。アポロ計画以来初のミッションディレクター^{[説明が必要]}は、これまでの16回のシャトル飛行で乗組員を調整することになる。宇宙飛行士たちは約100の特殊ツールを使用する訓練を受けた。^[108]

これまでの宇宙遊泳では日光の下で熱が問題になっていた。ハッブル宇宙望遠鏡は日光の当たらないところで修理する必要があった。ミッションの7か月前に行われた真空訓練で、マスグレイブは宇宙服の手袋では宇宙の寒さから十分に身を守れないことを発見した。STS -57で軌道上で問題が確認された後、NASAはすぐに装備、手順、飛行計画を変更した。打ち上げ前に合計7回のミッションシミュレーションが行われ、これはシャトル史上最も徹底した準備だった。ハッブル宇宙望遠鏡の完全なモックアップは存在しなかったため、宇宙飛行士たちは多くの別々のモデル（スミソニアン博物館のものも含む）を研究し、そのさまざまな矛盾した詳細を頭の中で組み合わせた。^[109]

サービスミッション1は1993年12月にエンデバーに搭載され、10日間にわたっていくつかの機器やその他の装置の設置が行われた。最も重要なのは、高速光度計がCOSTAR補正光学系パッケージに交換され、WF/PCが内部光学補正システムを備えた広視野惑星カメラ2（WFPC2）に交換されたことである。太陽電池アレイとその駆動電子機器も交換され、望遠鏡指向システムの4つのジャイロスコープ、2つの電気制御ユニットとその他の電気部品、2つの磁力計も交換された。搭載コンピューターはコプロセッサを追加してアップグレードされ、ハッブルの軌道は加速された。^[84]

1994年1月13日、NASAはミッションの完全成功を宣言し、鮮明な画像を公開した。^{[110]このミッションは、5回の長時間の}船外活動を伴う、当時実施されたミッションの中で最も複雑なものの一つであった。この成功はNASAだけでなく、より高性能な宇宙望遠鏡を手に入れた天文学者にとっても恩恵であった。^{[76] [111]}

1997年2月にディスカバリー号が実施した整備ミッション2では、GHRSとFOSを宇宙望遠鏡撮像分光器（STIS）と近赤外線カメラおよび多天体分光計（NICMOS）に交換し、工学および科学テープレコーダーを新しいソリッドステートレコーダーに交換し、断熱材を修理した。^[112] NICMOSには、機器の熱雑音を減らすために固体窒素のヒートシンクが含まれていたが、設置後まもなく予期せぬ熱膨張によりヒートシンクの一部が光学バッフルに接触した。これにより機器の温度上昇率が上昇し、当初の予想寿命4.5年が約2年に短縮された。^[113]

ディスカバリー号が飛行した整備ミッション3Aは1999年12月に実施され、 搭載された6つのジャイロスコープのうち3つが故障したことを受けて整備ミッション3から分離したものであった。4つ目のジャイロスコープはミッションの数週間前に故障し、望遠鏡は科学的観測を行うことができなくなった。このミッションでは、6つのジャイロスコープすべてを交換し、精密誘導センサーとコンピューターを交換し、バッテリーの過充電を防ぐための電圧/温度改善キット（VIK）を設置し、断熱ブランケットを交換した。^[114]

2002年3月にコロンビアが飛行したミッション3Bの整備では、新しい機器が搭載され、FOC（天体測定に使用される精密誘導センサーを除いて、元の機器の最後のもの）が高性能測量用カメラ（ACS）に置き換えられました。これにより、すべての新しい機器に主鏡の収差補正が組み込まれているため、COSTARは不要になりました。^[101]このミッションでは、閉サイクルクーラーを搭載してNICMOSを復活させ^[113]、太陽電池アレイを2度目に交換して30パーセントの電力を供給しました。^[115]

計画ではハッブル宇宙望遠鏡の修理は2005年2月に行われることになっていたが、 2003年にコロンビア号が大気圏再突入時に分解した事故がハッブル宇宙望遠鏡計画やNASAの他のミッションに広範囲な影響を及ぼした。NASA長官ショーン・オキーフは、今後のシャトルミッションは飛行中に問題が発生した場合に国際宇宙ステーションの安全な避難場所に到達できるようにしなければならないと決定した。同一ミッション中にハッブル宇宙望遠鏡と宇宙ステーションの両方に到達できるシャトルはなかったため、今後の有人修理ミッションはキャンセルされた。^[116]この決定は、ハッブル宇宙望遠鏡は人間のリスクを冒す価値があると感じた多くの天文学者から批判された。^[117] 2004年までに計画されていたハッブル宇宙望遠鏡の後継機、ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡（JWST）は、少なくとも2011年までは打ち上げられないと予想されていました。JWSTは最終的に2021年12月に打ち上げられました。^[118]ハッブルの廃止と後継機の運用開始の間の宇宙観測能力のギャップは、HSTの重大な科学的影響を考えると、多くの天文学者にとって大きな懸念でした。^[119] JWSTは低地球軌道に配置されないため、早期に故障した場合に簡単にアップグレードまたは修理できないという考慮事項は、懸念をさらに深刻にしました。一方、NASAの当局者は、ハッブルの保守を継続すると他のプログラムの資金が消費され、JWSTが遅れることを懸念していました。^[120]

2004年1月、オキーフは、国民の抗議とNASAに救済策を探すよう求める議会の要請を受け、ハッブル宇宙望遠鏡の最後の整備ミッションをキャンセルするという自身の決定を見直すと述べた。米国科学アカデミーは公式委員会を招集し、2004年7月に明らかなリスクにもかかわらずハッブル宇宙望遠鏡は保存されるべきであると勧告した。その報告書は「NASA​​はハッブル宇宙望遠鏡へのスペースシャトル整備ミッションを妨げるような行動を取るべきではない」と強く主張した。^[121] 2004年8月、オキーフはゴダード宇宙飛行センターにロボット整備ミッションの詳細な提案書を作成するよう依頼した。これらの計画は後にキャンセルされ、ロボットミッションは「実現不可能」とされた。^[122] 2004年後半、バーバラ・ミクルスキ上院議員率いる数人の議員が公聴会を開催し、ブッシュ政権とNASAにハッブル宇宙望遠鏡の救出ミッションの計画中止の決定を再考させるため、全米の小学生からの何千通もの手紙を含む多くの国民の支持を得て戦いを続けた。^[123]

2005年4月にマイケル・D・グリフィンがNASAの新長官に指名され、状況は一変した。グリフィンは有人整備ミッションを検討すると述べたのだ。^[124]就任後すぐに、グリフィンはゴダード宇宙飛行士にハッブル宇宙望遠鏡の有人整備飛行の準備を進めることを許可し、次の2回のシャトルミッションの後に最終決定を下すと述べた。2006年10月にグリフィンは最終ゴーサインを出し、アトランティスによる11日間のミッションは2008年10月に予定された。ハッブル宇宙望遠鏡のメインデータ処理ユニットは2008年9月に故障し、^[125] 2008年10月25日にバックアップがオンラインになるまで、すべての科学データの報告が停止した。^[126]バックアップユニットが故障するとハッブル宇宙望遠鏡は無力になるため、整備ミッションは延期され、主要ユニットの交換が組み込まれた。^[125]

2009年5月にアトランティスによって飛行された整備ミッション4（SM4）は、ハッブル宇宙望遠鏡の最後の定期シャトルミッションであった。^{[103] [127]} SM4では、交換用データ処理ユニットの設置、ACSおよびSTISシステムの修理、改良型ニッケル水素電池の設置、および6つのジャイロスコープを含むその他の部品の交換が行われた。SM4では、2つの新しい観測機器、広視野カメラ3（WFC3）と宇宙起源分光器（COS）^[128]とソフトキャプチャランデブーシステムも設置され、これにより、将来、有人またはロボットによるハッブル宇宙望遠鏡のランデブー、捕獲、および安全な廃棄が可能になる。^[129] ACSの高解像度チャンネルは修理できず無効になったが、^{[130] [131] [132]} SM4中に達成された作業により、望遠鏡は完全に機能するようになった。^[103]

億万長者で民間宇宙飛行士の ジャレッド・アイザックマンは、スペースXの宇宙船を使用してハッブル宇宙望遠鏡の修理ミッションに資金を提供することを提案した。NASAは「数億ドル」を節約できるが、この提案は「スペースXのリスクに対する考え方とリスクを受け入れる姿勢がNASAと大きく異なる」ため物議を醸した。 ^[133] 2024年6月、別のジャイロスコープの故障の後、NASAは民間修理ミッションの提案を拒否した。^[134]

プログラムの開始以来、数多くの研究プロジェクトが実施されてきた。その中には、ハッブル宇宙望遠鏡とほぼ単独で実施されたものもあれば、チャンドラX線天文台や欧州南天天文台の超大型望遠鏡などの施設と連携したものもある。ハッブル宇宙望遠鏡は寿命の終わりに近づいているが、それでも大きなプロジェクトが予定されている。一例として、現在（2022年）実施中のULLYSESプロジェクト（必須標準としての若い星の紫外線レガシーライブラリ）は、3年間にわたって一連の高質量および低質量の若い星を観測し、星の形成と組成に光を当てる予定である。もう1つはOPALプロジェクト（外惑星大気レガシー）で、長期間にわたるベースライン観測を行うことで、外惑星（木星や天王星など）の大気の進化とダイナミクスを理解することに焦点を当てている。^[135]

2013年8月のプレスリリースでは、CANDELSは「ハッブル宇宙望遠鏡史上最大のプロジェクト」と呼ばれている。この調査は「初期宇宙における銀河の進化と、ビッグバンから10億年未満における宇宙構造の最初の種を調査することを目指している」^[136]。CANDELSプロジェクトのサイトでは、調査の目標を次のように説明している。^[137]

Cosmic Assembly 近赤外線深部銀河系外レガシー調査は、WFC3/IR と ACS による 250,000 個を超える銀河の深部画像化を通じて、z = 8 から 1.5 までの銀河進化の最初の 3 分の 1 を記録するように設計されています。また、z > 1.5 を超える最初の Ia 型超新星を発見し、宇宙論の標準光源としての精度を確立します。5 つの主要な多波長空領域が選択され、それぞれに Spitzer およびその他の施設からの多波長データがあり、明るい銀河の広範な分光分析があります。5 つの広く離れたフィールドを使用することで、宇宙の変動が緩和され、z ~ 8 までの 10 ⁹太陽質量までの銀河の統計的に堅牢で完全なサンプルが得られます。

正式名称は「ハッブル・ディープ・フィールド・イニシアチブ2012」で、重力レンズ効果を利用して空白領域にある高赤方偏移銀河を研究し、「遠方宇宙の最も暗い銀河」を観測することで、初期銀河形成に関する知識を深めることを目的としている。 ^[138]フロンティア・フィールドのウェブページには、このプログラムの目標が次のように説明されている。

• これまではアクセスできなかったz = 5-10の銀河群を明らかにする。これらの銀河は、現在知られているどの銀河よりも10倍から50倍暗い。
• 最も初期のL*以下の銀河の恒星質量と星形成の歴史についての理解を深める
• z > 5における星形成銀河の統計的に意味のある形態学的特徴を初めて提供する
• クラスターレンズ効果によって内部構造を識別できるほど十分に引き伸ばされた、またはクラスターレンズ効果によって分光学的追跡ができるほど十分に拡大されたz > 8の銀河を見つけること。^[139]

宇宙進化サーベイ（COSMOS）^[140]は、宇宙時間（赤方偏移）と局所銀河環境の両方の関数として銀河の形成と進化を調べるために設計された天文サーベイです。このサーベイは、ほとんどの主要な宇宙ベースの望遠鏡といくつかの大型地上望遠鏡による分光法とX線から電波画像化によって2平方度の赤道領域をカバーしており、^[141]銀河系外天体物理学の重要な焦点領域となっています。COSMOSは、当時ハッブル宇宙望遠鏡によって追求された最大のプロジェクトとして2006年に開始され、空白のフィールドで深宇宙をマッピングする目的でカバーされた最大の連続した空の領域であり、空の月の面積の2.5倍、CANDELSの最大領域の17倍の大きさです。初期のCOSMOS調査から生まれたCOSMOS科学協力は、最大かつ最長の銀河系外協力であり、その協調性と開放性で知られています。周囲の銀河の研究は、半平方度以上の広い空の領域でのみ行うことができます。^{[142] 200万を超える銀河が検出され、}宇宙の年齢の90％に及びます。COSMOS協力は、ケイトリン・ケイシー、ジェイハン・カルタルテペ、ヴェルネサ・スモルシックが主導し、12か国から200人以上の科学者が参加しています。^[140]

誰でも望遠鏡の使用時間を申請できます。国籍や学術的所属に制限はありませんが、分析のための資金は米国の機関にのみ提供されます。^[143]望遠鏡の使用時間をめぐる競争は激しく、各サイクルで提出された提案の約5分の1がスケジュールに時間を確保します。^{[144] [145]}

提案の募集はほぼ毎年行われ、1サイクルは約1年続く。提案はいくつかのカテゴリーに分かれており、「一般観測者」提案が最も一般的で、日常的な観測をカバーしている。「スナップショット観測」とは、ターゲットの捕捉などのオーバーヘッドを含め、望遠鏡の観測時間が45分以下で済む観測である。スナップショット観測は、通常の一般観測者プログラムでは埋められない望遠鏡スケジュールのギャップを埋めるために使用される。^[146]

天文学者は「ターゲット・オブ・オポチュニティ」提案を行うことができ、提案に含まれる一時的なイベントがスケジュールサイクル中に発生した場合、観測がスケジュールされる。さらに、望遠鏡時間の最大10％が「ディレクターの裁量」（DD）時間として指定される。天文学者は年間を通じていつでもDD時間の使用を申請することができ、通常、この時間は超新星などの予期しない一時的な現象の研究に与えられる。^[147]

DD時間のその他の用途としては、ハッブル・ディープ・フィールドとハッブル・ウルトラ・ディープ・フィールドの観測につながった観測や、望遠鏡時間の最初の4サイクルにおけるアマチュア天文学者による観測などがある。^{[148] [149]}

2012年、ESAはハッブル宇宙望遠鏡の生データに隠された「宝物」の発見を促進するため、ハッブル宇宙望遠鏡の公開画像処理コンテストを開催した。^{[150] [151]}

STScIの初代所長リカルド・ジャコーニは1986年に、所長の裁量時間の一部をアマチュア天文学者に望遠鏡の使用を許可することに充てる意向を発表した。割り当てられる時間は1サイクルあたりわずか数時間であったが、アマチュア天文学者の間で大きな関心を集めた。^{[148] [149]}

アマチュア天文学者の時間の提案は、アマチュア天文学者の委員会によって厳格に審査され、真に科学的価値があるとみなされ、専門家の提案と重複せず、宇宙望遠鏡の独自の機能を必要とする提案にのみ時間が与えられた。13人のアマチュア天文学者に望遠鏡の時間が与えられ、1990年から1997年の間に観測が行われた。 ^[148]そのような研究の1つは、「遷移彗星 - OHの紫外線探索」であった。最初の提案「イオの食後増光とアルベド変化に関するハッブル宇宙望遠鏡の研究」は、太陽系研究を専門とする雑誌Icarus [152]に掲載された。別のアマチュアグループによる2番目の研究もIcarusに掲載された。^[ 153 ]^しかし、その後、STScIの予算削減によりアマチュア天文学者による研究の支​​援が不可能になり、追加のアマチュアプログラムは実施されていない。^{[148] [149]}

ハッブルの定期的な提案には、アマチュアや市民科学者による発見や成果も含まれる。これらの観測は、多くの場合、プロの天文学者との共同作業で行われる。最も初期の観測例の1つは、アマチュア天文学者のS.ウィルバー^{[155]によって発見され、}カリフォルニア工科大学のJ.ウェストファルの提案によりハッブル宇宙望遠鏡によって観測された、 1990年の土星の大^白斑[154]である。 [ ^{156] [157]}ハッブルによるその後のプロ・アマチュア観測​​には、フォールウェルピエス銀河やグリーンピース銀河など、ギャラクシー動物園プロジェクトによる発見が含まれる。^{[158] [159] 「銀河の宝石」プログラムは、}ギャラクシー動物園のボランティアによるオブジェクトのリストに基づいており、オンライン投票によって短縮された。^[160]さらに、アマチュア天文学者によって発見された2I/ボリソフなどの小惑星や、木星と土星のガス巨星、天王星と海王星の氷巨星の大気の変化の観測もあります。^{[161] [162]}プロアマ協力の裏庭の世界では、 HSTはWISE J0830 + 2837と呼ばれる惑星質量の天体を観測するために使用されました。HSTによる非検出は、この特異な天体の分類に役立ちました。^[163]

1980 年代初頭、NASA と STScI は、重要なプロジェクトについて議論するために 4 つのパネルを招集しました。これらは、科学的に重要で、各プロジェクトに明示的に割り当てられた望遠鏡の相当な時間を必要とするプロジェクトでした。これにより、望遠鏡が予想よりも早く故障した場合に備えて、これらの特定のプロジェクトが早期に完了することが保証されました。パネルは、3 つのプロジェクトを特定しました。1) クエーサー吸収線を使用して近傍の銀河間物質を調査し、銀河間物質の特性と銀河および銀河群のガス含有量を決定すること。^[164] 2) 他の機器のいずれかが使用されているときはいつでも広視野カメラを使用してデータを取得する中深度調査^[165] 3)距離スケールの較正における外部および内部の誤差を減らすことでハッブル定数を 10% 以内で決定するプロジェクト。^[166]

ハッブルは天文学における長年の課題の解決に貢献したが、同時に新たな疑問も提起した。いくつかの結果を説明するには 新たな理論が必要となった。

その主なミッション目標の1つは、セファイド変光星までの距離をこれまで以上に正確に測定し、ハッブル定数の値を制限することだった。ハッブル定数は宇宙の膨張速度の尺度であり、宇宙の年齢にも関係している。HSTの打ち上げ前は、ハッブル定数の推定値には通常最大50%の誤差があったが、ハッブルによるおとめ座銀河団やその他の遠方銀河団のセファイド変光星の測定では、±10%の精度の測定値が得られ、これはハッブルの打ち上げ以降に他の技術を使用して行われたより正確な測定と一致している。^[167]現在、推定年齢は約137億年だが、ハッブル望遠鏡が登場する前は、科学者は年齢を100億年から200億年と予測していた。^[168]

ハッブル宇宙望遠鏡は宇宙の年齢の推定精度の向上に貢献したが、同時に宇宙の将来に関する理論をも覆した。高 Z 超新星探索チームと超新星宇宙論プロジェクトの天文学者たちは、地上望遠鏡とハッブル宇宙望遠鏡を使って遠方の超新星を観測し、宇宙の膨張は重力の影響で減速するどころか加速しているという証拠を発見した。この 2 つのグループのメンバー 3 人が、その後、その発見によりノーベル賞を受賞した。 ^[169]この加速の原因はよくわかっていない。^[170]現在不明の原因を表す用語はダークエネルギーであり、現在の科学機器では暗い (直接見ることも検出することもできない) ことを意味する。^[171]

HST によって提供される高解像度のスペクトルと画像は、近傍銀河の中心にブラックホールが存在することを明らかにするのに特に適しています。1960 年代初頭には、いくつかの銀河の中心にブラックホールが存在するという仮説が立てられ、1980 年代には天文学者がブラックホールの候補をいくつか特定しましたが、ハッブル宇宙望遠鏡による研究では、ブラックホールはおそらくすべての銀河の中心に共通していることが示されています。^[172]ハッブル宇宙望遠鏡のプログラムでは、核ブラックホールの質量と銀河の特性が密接に関連していることもさらに明らかにされました。^{[173] [174]}

ハッブルによって可能になった宇宙を見るためのユニークな窓として、ハッブル・ディープ・フィールド、ハッブル・ウルトラ・ディープ・フィールド、ハッブル・エクストリーム・ディープ・フィールドの画像がある。これらは、ハッブルの比類のない可視波長に対する感度を利用して、光学波長でこれまでに得られた中で最も深い空の小さな部分の写真を作成した。これらの画像には数十億光年離れた銀河が写っており、それによって初期宇宙に関する情報が得られ、それに応じて多くの科学論文が生み出されている。ワイドフィールドカメラ3は、赤外線と紫外線でのこれらのフィールドの視野を改善し、 MACS0647-JD など、これまでに発見された中で最も遠い天体のいくつかの発見に貢献した。^[175]

非標準物体SCP 06F6は2006年2月にハッブル宇宙望遠鏡によって発見されました。^{[176] [177]}

2016年3月3日、ハッブル宇宙望遠鏡のデータを使用した研究者らは、これまでで最も遠い確認銀河であるGN-z11を発見したと発表した。これは、ハッブル宇宙望遠鏡がビッグバンから約4億年後に存在していたと観測したものだ。^{[178]ハッブル宇宙望遠鏡による観測は、} CANDELS / GOODS -North調査の一環として、2015年2月11日と2015年4月3日に行われた。^{[179] [180]}

1994年のシューメーカー・レヴィ第9彗星と木星の衝突は、天文学者にとって幸運なタイミングでした 。サービスミッション1がハッブルの光学性能を回復してからわずか数か月後に起こったのです。ハッブルが撮影した木星の画像は、1979年のボイジャー2号の通過以来撮影されたものよりも鮮明で、数世紀に一度起こると考えられている巨大彗星と木星の衝突のダイナミクスを研究する上で非常に重要なものでした。^[181]

2015年3月、研究者らは木星の衛星の一つであるガニメデの周囲のオーロラの測定から、ガニメデには地下海があることが明らかになったと発表した。ハッブル宇宙望遠鏡を使ってオーロラの動きを研究した研究者らは、大きな塩水の海が木星の磁場とガニメデの磁場の相互作用を抑制していると結論付けた。この海は深さ100kmと推定され、厚さ150kmの氷の地殻の下に閉じ込められている。^{[182] [183]}

HSTは、準惑星である冥王星^[184] 、エリス^[185]、セドナ^[186]を含む太陽系の外縁部にある天体の研究にも使用されてきた。2012年6月から7月にかけて、ハッブル宇宙望遠鏡を使用した米国の天文学者は、冥王星を周回する小さな5番目の衛星であるスティックスを発見した。[ 187 ^]

2015年6月から8月にかけて、ハッブル望遠鏡は、地上望遠鏡による同様の探索で適切なターゲットが見つからなかったニューホライズンズ・カイパーベルト拡張ミッション（KEM）のカイパーベルト天体（KBO）ターゲットの探索に使用されました。 ^[188]この結果、少なくとも5つの新しいKBOが発見され、その中にはニューホライズンズが2019年1月1日に接近飛行した最終的なKEMターゲットである486958アロコスも含まれています。 ^{[189] [190] [191]}

2022年4月、NASAは、天文学者がハッブル宇宙望遠鏡の画像を使用して、天文学者がこれまでに観測した中で最大の氷の彗星核であるC/2014 UN271（ベルナルディネリ・ベルンシュタイン）彗星の核の大きさを決定できたと発表した。C/2014 UN271の核の質量は50兆トンと推定されており、これは太陽系の他の既知の彗星の質量の50倍である。^[192]

2015年12月11日、ハッブル宇宙望遠鏡は、史上初めて予測されていた超新星の再出現の画像を撮影した。この画像は、「Refsdal」と名付けられた。これは、重力によって超新星の光を歪めている銀河団のさまざまな質量モデルを使用して計算されたものである。この超新星は、ハッブル宇宙望遠鏡のフロンティア・フィールド・プログラムの一環として、2014年11月に銀河団MACS J1149.5+2223の背後で以前に観測された。銀河団からの光が地球に到達するまでに約50億年かかり、その背後にある超新星からの光は、それぞれの赤方偏移で測定すると、それよりも50億年長くかかっている。銀河団の重力効果により、超新星の画像が1枚ではなく4枚現れ、アインシュタインの十字の例となった。初期のレンズモデルに基づくと、5番目の画像が2015年末までに再び現れると予測されていました。^[194]レフスダールは予測どおり2015年に再び現れました。^[195]

2019年3月、ハッブル宇宙望遠鏡の観測と欧州宇宙機関のガイア宇宙望遠鏡のデータを組み合わせて、天の川銀河の質量は太陽の質量の約1.5兆倍であることが判明しました。これはこれまでの推定値の中間の値です。^[196]

ハッブルのデータによる他の発見には、オリオン星雲の原始惑星系円盤（プロプライド） ^[197]、太陽のような恒星の周囲に太陽系外惑星が存在する証拠^[198] 、そして未だ謎に包まれているガンマ線バーストの光学的な対応物^[199]などがある。ハッブルは重力レンズ効果を使用して、地球から約100億光年離れたMACS 2129-1と呼ばれる銀河を観測した。MACS 2129-1は、新しい星形成が停止した銀河に関する予想を覆し、楕円銀河の形成を理解する上で重要な結果となった。^[200]

2022年、ハッブル宇宙望遠鏡は、これまでに観測された中で最も遠い恒星の光を検出した。この恒星WHL0137-LS（愛称エアレンデル）は、ビッグバン後の最初の10億年以内に存在していた。この恒星はNASAのジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡によって観測され、エアレンデルが実際に恒星であることを確認する予定である。^[201]

多くの客観的な尺度が、ハッブルのデータが天文学に与えるプラスの影響を示しています。ハッブルのデータに基づいた15,000以上の論文が査読付きジャーナルに掲載され、^[202]さらに数え切れないほどの論文が会議の議事録に掲載されています。出版から数年後の論文を見ると、天文学の論文の約3分の1は引用がなく、ハッブルのデータに基づいた論文で引用がないのはわずか2％です。平均して、ハッブルのデータに基づいた論文は、ハッブル以外のデータに基づいた論文の約2倍の引用を受けています。毎年最も引用される200の論文のうち、約10％がハッブルのデータに基づいています。^[203]

HSTは明らかに天文学研究に貢献しているが、その経済的コストは大きい。異なるサイズの望遠鏡の相対的な天文学的利益に関する研究では、HSTデータに基づく論文はウィリアム・ハーシェル望遠鏡のような4メートル（13フィート）の地上望遠鏡よりも15倍多くの引用を生み出す一方で、HSTの建造と維持には約100倍のコストがかかることが判明した。^[204]

地上望遠鏡と宇宙望遠鏡のどちらを建設するかの決定は複雑である。ハッブルが打ち上げられる前から、開口マスキング干渉計などの特殊な地上技術によって、ハッブルが達成できるよりも高解像度の光学画像と赤外線画像が得られていたが、ハッブルが観測した最も暗い対象よりも約 10 ^{8倍明るい対象に限られていた。 [205] [206]}それ以来、適応光学の進歩により、地上望遠鏡の高解像度画像撮影能力は、暗い物体の赤外線画像撮影にまで拡張された。適応光学と HST 観測のどちらが有用かは、問われている研究課題の特定の詳細に大きく依存する。可視帯域では、適応光学は比較的狭い視野しか補正できないが、HST はより広い視野で高解像度の光学画像撮影を行うことができる。^[207]さらに、地上望遠鏡は地球の大気によって生成される散乱光の背景の影響を受けるため、ハッブルはより暗い物体を撮影することができる。^[208]

ハッブルは科学的成果に加えて、航空宇宙工学、特に低地球軌道（LEO）のシステムの性能にも多大な貢献をしてきました。これらの洞察は、ハッブルの軌道上での長い寿命、広範な計測機器、および詳細な研究ができるようにアセンブリを地球に帰還させたことに由来しています。特に、ハッブルは真空中のグラファイト複合構造の挙動、残留ガスと人間のサービスによる光学的汚染、電子機器とセンサーへの放射線損傷、および多層絶縁体の長期的挙動の研究に貢献しました。^[209]得られた教訓の1つは、加圧酸素を使用して懸濁液を送出するジャイロスコープは、電線の腐食により故障しやすいということでした。現在、ジャイロスコープは加圧窒素を使用して組み立てられています。^[210]もう1つは、LEOの光学面の寿命が驚くほど長いことです。ハッブルはミラーが使用できなくなるまでに15年しか持たないと予想されていましたが、14年後には測定可能な劣化は見られませんでした。^[117]最後に、ハッブル宇宙望遠鏡の整備ミッション、特に宇宙での整備用に設計されていない部品の整備ミッションは、軌道上での修理のための新しいツールや技術の開発に貢献しました。^[211]

ハッブルのデータは当初、宇宙船に保存されていました。打ち上げられたときのストレージ設備は旧式のリール式テープドライブでしたが、ミッション2と3Aの整備中にソリッドステートのデータストレージ設備に置き換えられました 。ハッブル宇宙望遠鏡は、1日に約2回、静止軌道 追跡およびデータ中継衛星システム（TDRSS）の衛星にデータを無線送信し、その後、科学データはニューメキシコ州ホワイトサンズのホワイトサンズ試験施設にある直径60フィート（18メートル）の高利得マイクロ波アンテナ2基のうちの1つにダウンリンクされます。^[145]そこからデータはゴダード宇宙飛行センターの宇宙望遠鏡運用管制センターに送信され、最終的に宇宙望遠鏡科学研究所にアーカイブされます。^[145]毎週、HSTは約140ギガビットのデータをダウンリンクします。^[2]

ハッブル宇宙望遠鏡からの画像はすべてモノクロの グレースケールで、さまざまなフィルターを通して撮影され、それぞれが特定の波長の光を通し、各カメラに取り込まれています。カラー画像は、異なるフィルターを通して撮影された個別のモノクロ画像を組み合わせることで作成されます。このプロセスでは、赤外線と紫外線のチャンネルを含む画像の疑似カラーバージョンも作成され、赤外線は通常濃い赤、紫外線は濃い青としてレンダリングされます。^{[213] [214]}

ハッブル宇宙望遠鏡のデータは、最終的にはSTScI、^[215] CADC ^[216]およびESA/ESAC [ 217]のミクルスキ宇宙望遠鏡アーカイブを通じて利用可能となる。^{[217]データは通常、取得後12か月間は}主任研究者（PI）とPIが指名した天文学者のみが利用できる独占データである。PIは状況に応じてSTScIの所長に申請し、独占期間を延長または短縮することができる。^[218]

所長裁量時間内に行われた観測は専有期間の対象外となり、直ちに一般に公開される。フラットフィールドやダークフレームなどの較正データも直ちに一般に公開される。アーカイブ内のすべてのデータはFITS形式であり、天文学的分析には適しているが、一般利用には適していない。^[219]ハッブル遺産プロジェクトは、最も印象的な画像の一部をJPEGおよびTIFF形式で処理し、一般に公開している。^[220]

CCD で撮影された天文データは、天文学的分析に適したものになる前に、いくつかの較正手順を経る必要があります。STScI は、アーカイブからデータが要求されると、入手可能な最良の較正ファイルを使用して自動的に較正する高度なソフトウェアを開発しました。この「オンザフライ」処理では、大量のデータ要求が処理されて返されるまでに 1 日以上かかることがあります。データを自動的に較正するプロセスは「パイプライン削減」と呼ばれ、主要な天文台でますます一般的になっています。天文学者は、必要に応じて較正ファイルを自分で取得し、パイプライン削減ソフトウェアをローカルで実行できます。これは、自動的に選択されたもの以外の較正ファイルを使用する必要がある場合に望ましい場合があります。^[221]

ハッブルデータは、さまざまなパッケージを使用して分析できます。STScIは、生データファイルのパイプライン削減を実行するために必要なすべてのプログラムと、ハッブルデータの要件に合わせて調整された他の多くの天文画像処理ツールを含む、カスタムメイドの宇宙望遠鏡科学データ分析システム（STSDAS）ソフトウェアを維持しています。このソフトウェアは、人気のある天文データ削減プログラムであるIRAFのモジュールとして実行されます。 ^[222]

NASAは、納税者がその建設費と運用費に多大な貢献をしていることを考慮して、宇宙望遠鏡が一般大衆の想像力をかき立てることが重要だと考えた。 ^[223]欠陥のある鏡がハッブル望遠鏡の評判を著しく傷つけた困難な初期の数年間の後、最初の修理ミッションでハッブル望遠鏡は修復され、修正された光学系によって数多くの素晴らしい画像が撮影された。^{[76] [224]}

ハッブルの活動について一般の人々に情報を提供するのに役立った取り組みはいくつかある。米国では、宇宙望遠鏡科学研究所 (STScI) の広報室が広報活動を調整している。この事務所は、米国の納税者が宇宙望遠鏡プログラムへの投資の恩恵を得られるよう、2000 年に設立された。この目的のため、STScI は HubbleSite.org ウェブサイトを運営している。STScIから運営されているハッブル ヘリテージ プロジェクトは、観測された最も興味深く印象的な天体の高画質画像を一般の人々に提供している。ヘリテージ チームは、アマチュア天文学者とプロの天文学者、天文学以外のバックグラウンドを持つ人々で構成されており、ハッブル画像の美的性質を重視している。ヘリテージ プロジェクトには、科学的な理由により、フルカラー画像を作成するのに十分な波長で画像が撮影されていない可能性のある天体を観測するための時間が少し与えられている。^[220]

1999年以来、ヨーロッパにおけるハッブル宇宙望遠鏡の普及活動を主導するグループは、ハッブル欧州宇宙機関情報センター（HEIC）である。^{[225]このオフィスは、ドイツのミュンヘンにある}宇宙望遠鏡欧州調整施設内に設立された。HEICの使命は、欧州宇宙機関のハッブル宇宙望遠鏡普及活動と教育活動を行うことである。その活動は、ハッブル望遠鏡の興味深い成果と画像を紹介するニュースや写真のリリースの作成を中心に行われている。これらはヨーロッパ発のものが多く、ESAのハッブル宇宙望遠鏡のシェア（15%）とヨーロッパの科学者の天文台への貢献の両方に対する認知度を高めている。ESAは、世界クラスの科学ニュースを一般の人々と共有するために設計された、ハッブルキャストと呼ばれるビデオキャストシリーズを含む教育資料を制作している。[ ^226]

ハッブル宇宙望遠鏡は、そのアウトリーチ活動により、2001年と2010年に宇宙財団から2度の宇宙功績賞を受賞しました。 ^[227]

ハッブル宇宙望遠鏡のレプリカは、エドウィン・P・ハッブルの故郷であるミズーリ州マーシュフィールドの裁判所の芝生に展示されている。 ^[228]

ハッブル宇宙望遠鏡は2010年4月24日に宇宙での観測20周年を迎えた。これを記念して、NASA、ESA、宇宙望遠鏡科学研究所（STScI）はカリーナ星雲の画像を公開した。^[229]

2015年4月24日、ハッブル宇宙望遠鏡の宇宙探査25周年を記念して、STScIはハッブル25ウェブサイトを通じて、地球から約2万光年（6,100パーセク）離れたカリーナ座にあるウェスタールンド2星団の画像を公開した。 ^[230]欧州宇宙機関は、ウェブサイトに25周年記念ページを開設した。^{[231] 2016年4月、ハッブル宇宙望遠鏡の26回目の「誕生日」を記念して、}バブル星雲の特別なお祝い画像が公開された。^[232]

HSTはジャイロスコープを使用して回転を検出および測定し、軌道上で安定させ、天体ターゲットを正確かつ着実に指向できるようにします。通常、動作には3つのジャイロスコープが必要です。2つまたは1つでも観測は可能ですが、観測できる空の範囲が多少制限され、非常に正確な指向を必要とする観測はより困難になります。^[233] 2018年には、動作可能なジャイロスコープが3つ未満の場合は、1ジャイロスコープモードに切り替える計画でした。ジャイロスコープは、 5種類のセンサー（磁気センサー、光学センサー、ジャイロスコープ）と2種類のアクチュエーター（リアクションホイールと磁気トルカー）を使用する指向制御システムの一部です。^[234]

2003年のコロンビア号の事故後、再度の修理ミッションが可能かどうかは不明で、ジャイロスコープの寿命が再び懸念されたため、エンジニアは2ジャイロスコープモードと1ジャイロスコープモード用の新しいソフトウェアを開発し、潜在的な寿命を最大化しました。開発は成功し、2005年には、ミッションの寿命を延ばす手段として、通常の望遠鏡操作を2ジャイロスコープモードに切り替えることが決定されました。このモードへの切り替えは2005年8月に行われ、ハッブル宇宙望遠鏡には2つのジャイロスコープが使用中、2つがバックアップ、2つが動作不能という状態になりました。^[235] 2007年にはさらに1つのジャイロスコープが故障しました。 ^[236]

2009年5月の最終修理ミッションでは、6つのジャイロスコープすべてが交換され（2組は新品、1組は改修済み）、まだ機能していたのは3つだけだった。エンジニアは、ジャイロスコープの故障は、モーターに電力を供給する電線の腐食が原因であり、その腐食は、濃厚な懸濁流体を送るために使用された酸素加圧空気によって引き起こされたと判定した。^[210]新しいジャイロスコープモデルは加圧窒素を使用して組み立てられ^[210]、はるかに信頼性が高いと期待されていた。^[237] 2009年の修理ミッションでは、6つのジャイロスコープすべてが交換され、ほぼ10年後に故障したのは3つのジャイロスコープのみで、設計の平均予想稼働時間を超えた後だった。^[238]

2009年に交換された6つのジャイロスコープのうち、3つはフレックスリードの故障の影響を受けやすい旧設計で、3つは寿命が長い新設計だった。旧式ジャイロスコープの最初のものは2014年3月に故障し、2つ目は2018年4月に故障した。2018年10月5日、旧式ジャイロスコープの最後の1つが故障し、新型ジャイロスコープの1つがスタンバイ状態から起動した。しかし、その予備ジャイロスコープはすぐには動作限界内で動作しなかったため、科学者が問題の解決を試みている間、観測所は「安全」モードになった。^{[239] [240]} NASAは2018年10月22日に、「バックアップジャイロによって生成される回転速度は低下し、現在は正常範囲内です。ハッブルがこのジャイロで科学運用を再開できるように、追加のテストを行う予定です」とツイートした。^[241]

バックアップの新型ジャイロスコープを動作範囲内に回復させた解決策は、「電源をオフにして再度オンにする」と広く報告された。^[242]ジャイロスコープの「実行中の再起動」が実行されたが、これは効果がなく、障害の最終的な解決はより複雑だった。障害は、ジャイロスコープ内のフロートを囲む流体の不一致（気泡など）に起因していた。2018年10月18日、ハッブル運用チームは、不一致を軽減するために、宇宙船を一連の操作（宇宙船を反対方向に動かす）に指示した。これらの操作と、その後の10月19日の一連の操作の後、初めてジャイロスコープは正常範囲内で実際に動作した。^[243]

過去の整備ミッションでは、古い機器を新しいものに交換することで故障を回避し、新しいタイプの科学を可能にしてきました。整備ミッションがなければ、すべての機器は最終的に故障します。2004年8月、宇宙望遠鏡撮像分光器（STIS）の電源システムが故障し、機器が動作不能になりました。電子機器は元々完全に冗長化されていましたが、2001年5月に最初の電子機器セットが故障しました。^[244]この電源は、2009年5月の整備ミッション 4で修理されました。 ^[245]

同様に、高性能調査カメラ（ACS）のメインカメラの一次電子機器は2006年6月に故障し、バックアップ電子機器の電源は2007年1月27日に故障した。^[246]サイド1電子機器を使用して操作できたのは、機器のソーラーブラインドチャンネル（SBC）のみだった。広角チャンネル用の新しい電源はSM4中に追加されたが、簡単なテストで高解像度チャンネルには役立たないことが判明した。^[247]広視野チャンネル（WFC）は2009年5月にSTS-125によってサービスに復帰したが、高解像度チャンネル（HRC）はオフラインのままである。^[248]

2019年1月8日、ハッブル宇宙望遠鏡は、最も先進的な機器である広視野カメラ3にハードウェアの問題が疑われたため、部分的なセーフモードに入った。NASAは後に、機器内でセーフモードになった原因は、定義された範囲外の電圧レベルが検出されたためであると報告した。2019年1月15日、NASAは障害の原因はソフトウェアの問題であると述べた。テレメトリ回路内のエンジニアリングデータは正確ではなかった。さらに、それらの回路内の他のすべてのテレメトリにも誤った値が含まれていたため、これはテレメトリの問題であり、電源の問題ではないことが示された。テレメトリ回路と関連ボードをリセットした後、機器は再び機能し始めた。2019年1月17日、デバイスは通常の動作に戻り、同日に最初の科学観測を完了した。^{[249] [250]}

2021年6月13日、ハッブル宇宙望遠鏡のペイロードコンピューターは、メモリモジュールに問題があると疑われて停止した。6月14日にコンピューターを再起動しようとしたが失敗した。さらに、宇宙船に搭載されている他の3つのバックアップメモリ​​モジュールの1つに切り替える試みは6月18日に失敗した。6月23日と24日、NASAのエンジニアはハッブル宇宙望遠鏡をバックアップペイロードコンピューターに切り替えたが、これらの操作も同じエラーで失敗した。2021年6月28日、NASAは調査を他のコンポーネントにも拡大すると発表した。^{[251] [252]} NASAが問題の診断と解決に取り組んでいる間、科学的な運用は中断された。^{[253] [254]}ハッブル宇宙望遠鏡のコンピューターの1つに電力を供給している電源制御装置（PCU）の故障を特定した後、NASAはバックアップPCUに切り替えて、7月16日にハッブル宇宙望遠鏡を運用モードに戻すことができました。 ^{[255] [256] [257] [258]} 2021年10月23日、ハッブル宇宙望遠鏡の機器は同期メッセージの欠落を報告し^[259]、セーフモードに入りました。^[260] 2021年12月8日までに、NASAは完全な科学運用を回復し、同期メッセージの欠落に対する機器の耐性を高めるためのアップデートを開発していました。^[261]

ハッブルは極めて希薄な上層大気の中で地球を周回しており、時間の経過とともに抗力により軌道が減衰する。再ブーストされなければ、数十年以内に地球の大気圏に再突入するが、正確な日付は太陽の活動と上層大気への影響によって決まる。ハッブルが完全に制御不能な再突入で下降した場合、主鏡とその支持構造の一部はおそらく生き残り、損傷や人命の危険が残る。^[262] 2013年、副プロジェクトマネージャーのジェームズ・ジェレティックはハッブルが2020年代まで生き残ることができると予測した。^[4]太陽活動と大気抵抗、あるいはその欠如に基づくと、ハッブルの自然な大気圏再突入は2028年から2040年の間に起こるだろう。^{[4] [263]} 2016年6月、NASAはハッブルのサービス契約を2021年6月まで延長した。^[264] 2021年11月、NASAはハッブルのサービス契約を2026年6月まで延長した。^[265]

NASAのハッブル宇宙望遠鏡を安全に軌道から外すための当初の計画は、スペースシャトルを使って回収することだった。ハッブル宇宙望遠鏡は、おそらくスミソニアン協会に展示されていただろう。しかし、スペースシャトル艦隊が退役したため、これはもはや不可能であり、いずれにしても、ミッションのコストと乗組員のリスクを考えると、ありそうになかった。代わりに、NASAは、制御された再突入を可能にするために外部推進モジュールを追加することを検討した。^[266]最終的に、2009年に、スペースシャトルによる最後のサービスミッションであるサービスミッション4の一環として、NASAは、有人またはロボットミッションによる軌道からの離脱を可能にするソフトキャプチャメカニズム（SCM）を設置した。SCMは、シャトルに搭載され、「NASA​​がハッブル宇宙望遠鏡の安全な軌道からの離脱のためのさまざまなオプションを追求できるようにする」ためのデータを収集する相対ナビゲーションシステム（RNS）とともに、ソフトキャプチャおよびランデブーシステム（SCRS）を構成している。^{[129] [267]}

2017年時点で^[update]、トランプ政権は、科学的能力の継続とジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡の故障に対する保険として、2020年代のある時点で、シエラネバダ社によるドリームチェイサー宇宙船の有人バージョンを使用してハッブル宇宙望遠鏡の修理を行うという提案を検討していた。 ^[268] 2020年、ジョン・グランスフェルドは、スペースXのクルードラゴンまたはオリオンが10年以内に別の修理ミッションを実行できると述べた。ロボット技術はまだ十分に洗練されていないが、彼は、別の有人訪問により、新しいジャイロと機器を使用して「ハッブル宇宙望遠鏡をさらに数十年稼働させることができる」と述べた。^[269]

2022年9月、NASAとSpaceXは、ハッブル宇宙望遠鏡の修理と高軌道への打ち上げを目的としたクルードラゴンミッションの打ち上げの可能性を調査するための宇宙法協定に署名し、ハッブル宇宙望遠鏡の寿命をさらに20年延ばす可能性がある。^{[270]このミッションは}ポラリス計画の2番目のミッションとなる可能性がある。^{[271] [272]}

紫外線および可視光宇宙望遠鏡としてハッブルに直接代わるものはない。なぜなら、近い将来の宇宙望遠鏡はハッブルの波長範囲（近紫外線から近赤外線の波長）を再現せず、より遠方の赤外線帯域に集中するからである。これらの帯域は、高赤方偏移および低温の物体、一般に宇宙でより古くより遠くにある物体の研究に適している。これらの波長は地上から研究するのが困難または不可能であるため、宇宙望遠鏡の費用が正当化される。大型の地上望遠鏡はハッブルと同じ波長の一部を撮影でき、補償光学（AO）を使用することで解像度の点でHSTに匹敵することもあり、はるかに大きな集光力を持ち、より簡単にアップグレードできるが、非常に暗い宇宙背景での広い視野でのハッブルの優れた解像度にはまだ匹敵できない。^{[207] [208]}

ハッブルの後継機の計画は、次世代宇宙望遠鏡プロジェクトとして具体化し、ハッブルの正式な後継機であるジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡（JWST）の計画に至った。^{[273]スケールアップしたハッブルとは大きく異なり、地球と月からの熱干渉と光学干渉が軽減されるL2}ラグランジュ点で、地球からより低温で遠く離れた場所で動作するように設計されている。完全に修理可能なようには設計されていないが（交換可能な機器など）、他の宇宙船からの訪問を可能にするドッキングリングが設計に含まれている。^[274] JWSTの主な科学的目標は、既存の機器が届かない、宇宙で最も遠い物体を観測することである。HSTが現在検出している星よりも約2億8千万年古い初期宇宙の星を検出すると期待されている。 ^[275]この望遠鏡は、 1996年以来NASA、欧州宇宙機関、カナダ宇宙庁の国際協力によって構築されており、 ^{[276] 2021年12月25日に}アリアン5ロケットで打ち上げられました。 ^[277] JWSTは主に赤外線機器ですが、そのカバー範囲は600nmの波長の光、つまり可視スペクトルではおおよそオレンジ色まで広がっています。一般的な人間の目は約750nmの波長の光を見ることができるため、オレンジ色や赤色の光を含む最も長い可視波長帯と一部重複しています。^[278]

ハッブル宇宙望遠鏡やJWSTよりもさらに長い波長を観測する補完的な望遠鏡は、2009年5月14日に打ち上げられた欧州宇宙機関のハーシェル宇宙望遠鏡である。JWSTと同様に、ハーシェルは打ち上げ後にメンテナンスできるように設計されておらず、ハッブルのものよりもかなり大きな鏡を持っていたが、遠赤外線とサブミリ波のみを観測した。ハーシェルはヘリウム冷却を必要としたが、2013年4月29日にそれが尽きた。^[279]

21世紀の先進的な宇宙望遠鏡のさらなる構想としては、大型紫外線光学赤外線サーベイヤー（LUVOIR）^[281]がある。これは、概念上は8～16.8メートル（310～660インチ）の光学宇宙望遠鏡で、実現すればハッブル宇宙望遠鏡やスピッツァー宇宙望遠鏡よりも大幅に優れた解像度で、可視光、紫外線、赤外線の波長で天体を観測および撮影する能力を備え、ハッブル宇宙望遠鏡のより直接的な後継機となる可能性がある。2020年の天文学と天体物理学の10年計画調査のために作成された最終計画報告書では、2039年の打ち上げが提案された。^[282] 10年計画調査では最終的に、LUVOIRのアイデアを居住可能な太陽系外惑星観測者の提案と組み合わせて、2040年代に打ち上げ可能な新しい6メートルの主力望遠鏡を考案することが推奨された。^[283]

既存の地上望遠鏡や、現在提案されているさまざまな超大型望遠鏡は、純粋な集光力と、より大きな鏡による回折限界の点でハッブル宇宙望遠鏡を上回ることができますが、望遠鏡に影響を与える要因は他にもあります。場合によっては、補償光学 (AO) を使用することで、解像度においてハッブル宇宙望遠鏡に匹敵するか、それを上回ることができるかもしれません。しかし、地上の大型反射鏡に AO が搭載されても、ハッブル宇宙望遠鏡や他の宇宙望遠鏡が時代遅れになることはありません。ほとんどの AO システムは非常に狭い視野で画像を鮮明にします。たとえば、ラッキー カムはわずか 10 ～ 20 秒角の幅で鮮明な画像を生成しますが、ハッブル宇宙望遠鏡のカメラは 150 秒角 (2½ 分角) の視野で鮮明な画像を生成します。さらに、宇宙望遠鏡は、地球の大気によってほとんどが遮られている電磁スペクトル全体にわたって宇宙を研究することができます。最後に、背景の空は地上よりも宇宙の方が暗い。これは、空気が日中に太陽エネルギーを吸収し、夜間にそれを放出するため、低コントラストの天体を洗い流す、かすかな（しかしそれでも識別可能な）大気光が発生するためである。 ^[284]

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• 最大の赤外線望遠鏡のリスト
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• 宇宙望遠鏡のリスト

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