ไม่กี่สัปดาห์หลังการส่งกล้องโทรทรรศน์ฮับเบิลขึ้นสู่อวกาศ ภาพถ่ายที่ได้ก็เผยให้เห็นถึงปัญหาด้านภาพอย่างร้ายแรง แม้ว่าภาพถ่ายที่ได้จากกล้องฮับเบิลจะชัดกว่าภาพถ่ายจากพื้นโลก แต่มันก็ไม่คมชัดเท่าที่ตั้งใจไว้และคุณภาพของภาพก็ต่ำกว่าที่คาดหวังไว้มาก ภาพถ่ายแหล่งกำเนิดเป็นจุดมีรัศมีแผ่ออกมาเกิน 1 พิลิปดา ทั้ง ๆ ที่ตั้งใจไว้ว่าจะให้มีขนาดเล็กกว่า 0.1 พิลิปดา[27]

การวิเคราะห์ภาพถ่ายที่ได้ทำให้ทราบสาเหตุของปัญหาว่าเกิดจากการที่กระจกหลักถูกขัดไม่ได้รูปร่างตามที่กำหนดไว้ แม้ว่ามันอาจจะเป็นกระจกที่ถูกขัดให้เที่ยงตรงที่สุดเท่าที่เคยมีมาด้วยความคลาดเคลื่อนไม่เกิน 1/65 ของความยาวคลื่นที่ตามองเห็น แต่ขอบของมันก็เรียบเกินไป รูปร่างของกระจกมีความคลาดเคลื่อนเพียง 2.3 ไมโครเมตรจากที่กำหนดไว้ แต่ความผิดพลาดเพียงเท่านั้นก็นับเป็นหายนะอันยิ่งใหญ่ ทำให้กระจกมีความคลาดทรงกลมอย่างมาก ส่งผลให้แสงที่สะท้อนจากขอบกระจกตกกระทบคนละจุดกับแสงที่สะท้อนจากกลางกระจก[28]

ผลกระทบจากข้อบกพร่องของกระจกขึ้นอยู่กับประเภทการสำรวจ การถ่ายภาพวัตถุสว่างยังคงให้ภาพที่มีความละเอียดสูง เครื่องวัดสเปกตรัมแทบไม่ได้รับผลกระทบ แต่การถ่ายภาพวัตถุมัวหรือภาพที่ต้องการความแตกต่างระหว่างความสว่างและความมืดสูงนั้นได้รับผลกระทบเป็นอย่างมากเพราะแสงตกกระทบไม่เพียงพอเนื่องจากแสงไม่ตกลงบนจุดโฟกัส โปรแกรมการสำรวจที่ตั้งใจไว้เกือบทั้งหมดต้องล้มเหลวเพราะทั้งหมดล้วนต้องการถ่ายภาพวัตถุที่มัวเป็นพิเศษ นาซาและกล้องโทรทรรศน์ฮับเบิลถูกนำมาล้อเลียนอย่างมาก อย่างไรก็ตาม สามปีแรกของการส่งกล้องฮับเบิลขึ้นสู่อวกาศ กล้องฮับเบิลยังคงทำการสังเกตการณ์ต่าง ๆ ออกมาเป็นจำนวนมาก การคำนวณค่าความคลาดเคลื่อนได้อย่างแม่นยำทำให้นักดาราศาสตร์สามารถลดความคลาดเคลื่อนของภาพลงได้โดยใช้เทคนิคการประมวลผลภาพแบบพิเศษ

สาเหตุของปัญหา

ภาพถ่ายของดาวฤกษ์ดวงหนึ่งมีแสงฟุ้งกระจายออกมาเป็นจำนวนมาก ทั้ง ๆ ที่มันควรจะเป็นเพียงจุดเล็ก ๆ

คณะกรรมการสืบสวนสาเหตุของปัญหา นำโดย ลูว์ อัลเลน ผู้อำนวยการห้องทดลองการขับเคลื่อนด้วยไอพ่น พบว่าเครื่องตรวจสอบกระจก (null corrector) หรืออุปกรณ์ที่ใช้ในการวัดรูปร่างกระจกถูกประกอบขึ้นอย่างผิดพลาด กล่าวคือ เลนส์อันหนึ่งของมันวางตำแหน่งเคลื่อนไป 1.3 มิลลิเมตร[29] ระหว่างการขัดกระจก บริษัทเพอร์กินเอลเมอร์ได้วิเคราะห์พื้นผิวกระจกด้วยเครื่องตรวจสอบกระจกตัวอื่นอีกสองตัว และพบว่ากระจกหลักมีความคลาดเคลื่อนทรงกลม แต่ทางบริษัทได้ละเลยต่อข้อผิดพลาดนี้โดยเชื่อว่าเครื่องตรวจสอบกระจกสองตัวนี้มีความเที่ยงตรงน้อยกว่าเครื่องตรวจสอบกระจกตัวแรกที่รายงานว่ากระจกได้รับการขัดอย่างถูกต้องแล้ว[30]

คณะกรรมการสืบสวนกล่าวว่าปัญหานี้เป็นความผิดของบริษัทเพอร์กินเอลเมอร์ นาซาพบว่าบริษัทเพอร์กินเอลเมอร์ไม่ได้ถือว่ากระจกเป็นอุปกรณ์ที่สำคัญของกล้องโทรทรรศน์และยังมั่นใจในตัวเองมากจนไม่ให้นาซาเข้ามาตรวจสอบกระบวนการการผลิต คณะกรรมการสืบสวนวิพากษ์วิจารณ์บริษัทเพอร์กินเอลเมอร์ในเรื่องปัญหาการจัดการอย่างรุนแรง นอกจากนี้ นาซายังถูกวิพากษ์วิจารณ์ที่ไม่ยอมแก้ไขปัญหาการควบคุมคุณภาพ เช่น การยึดถือผลการทดสอบจากอุปกรณ์เพียงอุปกรณ์เดียว[31]

การแก้ไข

กระจกสำรองที่สร้างโดยบริษัทอีสท์แมนโกดัก ปัจจุบันตั้งอยู่ที่พิพิธภัณฑ์อากาศและอวกาศแห่งชาติ ในวอชิงตัน ดี.ซี.[32] เป็นกระจกที่ผ่านการขัดอย่างถูกต้องแล้ว แต่ยังไม่ได้เคลือบ

กล้องโทรทรรศน์ฮับเบิลถูกออกแบบมาให้รับการซ่อมบำรุงในอวกาศได้ นักดาราศาสตร์จึงเริ่มหาทางแก้ไขปัญหาทันทีหลังจากพบปัญหาโดยจะนำไปแก้ไขในภารกิจซ่อมบำรุงครั้งแรกที่มีกำหนดในปี ค.ศ. 1993 แม้ว่าบริษัทโกดักและบริษัทไอเทคได้สร้างกระจกสำรองสำหรับกล้องฮับเบิลขึ้นมาแล้ว แต่มันเป็นไปไม่ได้ที่จะนำกระจกเหล่านี้ขึ้นไปติดตั้งบนอวกาศ หรือหากจะนำกล้องโทรทรรศน์กลับมาบนโลกเพื่อมาซ่อมก็จะต้องเสียค่าใช้จ่ายจำนวนมหาศาลและเสียเวลามาก อย่างไรก็ตาม แม้ว่ากระจกจะมีความคลาดเคลื่อนแต่ก็เป็นความคลาดเคลื่อนที่สามารถวัดได้อย่างละเอียด นักดาราศาสตร์จึงแก้ปัญหาด้วยการสร้างอุปกรณ์เสริมที่มีความคลาดเคลื่อนเท่ากับกระจกเดิมแต่มีทิศตรงกันข้ามขึ้นไปติดตั้งบนกล้องโทรทรรศน์ เปรียบเสมือนการสวม "แว่นตา" ให้กับกล้องโทรทรรศน์นั่นเอง[33]

สิ่งแรกที่ต้องทำคือการวัดค่าความคลาดเคลื่อนของกระจกหลักอย่างละเอียด นักดาราศาสตร์พบว่าค่าคงที่เชิงกรวยของกระจกอยู่ที่ −1.01324 แทนที่จะเป็น −1.00230 ตามที่ตั้งใจไว้[34] การคำนวณความคลาดเคลื่อนโดยวิเคราะห์จากเครื่องตรวจกระจกของบริษัทเพอร์กินเอลเมอร์และจากเครื่องวัดการแทรกสอดให้ผลลัพธ์เดียวกัน

เนื่องจากเครื่องมือต่าง ๆ มีรูปแบบแตกต่างกัน การแก้ไขภาพจึงทำโดยวิธีที่ต่างกันไป กล้องถ่ายภาพสนามกว้างและดาวเคราะห์ 2 ถูกสร้างขึ้นเพื่อนำไปแทนกล้องถ่ายภาพสนามกว้างและดาวเคราะห์ตัวเดิม โดยมันจะติดตั้งกระจกสะท้อนแสงเพื่อส่งแสงไปยังอุปกรณ์รับภาพแบบ CCD แปดตัว พื้นผิวของมันถูกสร้างให้มีความคลาดเคลื่อนที่จะสามารถหักล้างความคลาดเคลื่อนของกระจกหลักได้อย่างสิ้นเชิง อย่างไรก็ตาม อุปกรณ์ตัวอื่นไม่สามารถแก้ไขด้วยในวิธีนี้ได้ จึงจำเป็นต้องใช้อุปกรณ์ภายนอกเข้ามาช่วยแก้ไขภาพ[35]

ระบบแก้ไขภาพที่ช่วยให้แสงตกกระทบลงบน กล้องถ่ายภาพวัตถุมัว สเปกโตรกราฟวัตถุมัว และสเปกโตรกราฟความละเอียดสูงก็อดเดิร์ด นั้นเรียกว่า "เครื่องแก้ไขภาพกล้องโทรทรรศน์อวกาศ" (Corrective Optics Space Telescope Axial Replacement; COSTAR) ประกอบด้วยกระจกสองกระจก กระจกอันหนึ่งใช้สำหรับแก้ไขความคลาดทรงกลม[36] แต่การที่จะติดตั้งอุปกรณ์นี้ได้นั้น จะต้องเอาอุปกรณ์วิทยาศาสตร์อันใดอันหนึ่งทิ้งไป นักดาราศาสตร์ตัดสินใจเอาเครื่องวัดความสว่างความเร็วสูงออกไป[37]