Muitos dos componentes do telescópio, especialmente seus instrumentos, foram projetados para serem removidos e substituídos facilmente durante as missões de manutenção. A principal prioridade científica desta missão é a instalação de dois novos instrumentos: o Wide Field Camera 3 (WFC3) e o Cosmic Origins Spectrograph (COS).

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A câmera WFC3 será a força propulsora de estudos sobre a energia e a matéria

negra, a formação de estrelas individuais e a descoberta de galáxias consideradas extremamente remotas até a chegada do Hubble. A WFC3 pode detectar três tipos diferentes de luz: o ultravioleta próximo, o visível e o infravermelho próximo, mas não simultaneamente. O alcance da câmera é muito maior do que dos instrumentos pré-existentes a bordo.

Os astronautas irão remover o instrumento WFPC2 (Wide Field and Planetary Camera 2) para dar lugar à nova câmera. A WFC3 tem maior resolução, ou maior habilidade para distinguir detalhes, e um campo de visão mais amplo do que a WFPC2.

A evolução de galáxias, a formação de planetas, a origem de elementos necessários à vida e a teia cósmica de gás intergaláctico serão algumas das áreas de estudo para o COS (Cosmic Origins Spectrograph). O espectrógrafo é um instrumento que separa a luz em suas cores componentes, revelando informações sobre o objeto emissor de luz. O COS vê apenas em luz ultravioleta e irá aprimorar em pelo menos 10 vezes a sensitividade do Hubble a este tipo de luz, e em até 70 vezes a observação de objetos extremamente esmaecidos.

O COS ocupará o lugar do aparelho instalado durante a primeira missão de manutenção do Hubble para corrigir o defeito do espelho do microscópio, o Corrective Optics Space Telescope Axial Replacement (COSTAR). Desde sua primeira missão de manutenção, todos os instrumentos de substituição do Hubble já tinham tecnologia incorporada para corrigir a visão defeituosa do telescópio, tornando o COSTAR obsoleto.

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