真正的“高精尖”科技——哈勃望遠鏡

哈勃證實了銀河系外其他星系的存在,並發現了大多數星系都存在紅移的現象,建立的哈勃定律是宇宙大爆炸理論的有力證據。成為天文領域公認的星系天文學創始人和觀測宇宙學的開拓者。被天文學界尊稱為天文學之父。為紀念哈勃的貢獻,小行星2069、月球上的哈勃環形山以及哈勃太空望遠鏡均以他的名字來命名。

概念和理論背景

空間望遠鏡的歷史可以追溯至1946年天文學家萊曼·斯皮策所的論文《在地球之外的天文觀測優勢》,他以空間望遠鏡為事業,致力於空間望遠鏡的推展。在1962年,美國國家科學院在一份報告中推薦空間望遠鏡作為發展太空計劃的一部分。長期致力於空間望遠鏡的斯皮策被NASA任命為一個科學委員會的主任委員,目的就是建造一架空間望遠鏡。

真正的“高精尖”科技——哈勃望遠鏡

哈勃望遠鏡內部結構

NASA在1966年至1972年間,一共發射四顆衛星的一系列太空觀測計劃,提供了許多天體的第一批紫外線觀測的優質資料。其中有兩次軌道天文臺是失敗的,而成功的其他兩次則在天文學的領域內為太空觀測的優點提供了良好的認識,並鼓舞了後續的哈勃太空望遠鏡。這項計劃被稱為軌道天文臺(英語簡稱:OAO)。

真正的“高精尖”科技——哈勃望遠鏡

哈勃望遠鏡最具代表性的圖像之一是鷹星雲(M16)的這一部分。它被稱為“創造的支柱”

軌道天文臺任務的成功凸顯出空間望遠鏡的重要,NASA於1968年制定了建造直徑3米反射望遠鏡的詳細計劃:暫定名稱是大型軌道望遠鏡或大型空間望遠鏡(英語簡稱:LST),計劃中強調期間必須有人進入太空進行維護,才能確保這個代價昂貴的空間望遠鏡執行長期任務;計劃中還提到必須同步發展可以重複利用的航天飛機技術,才能使望遠鏡計劃成為可行計劃。

設計與製造的初衷

相比地面天文臺,空間望遠鏡要耗費許多倍的資金。在1974年,在裁減政府開支的鼓動下,福特總統剔除了所有進行空間望遠鏡的預算。為回應此,NASA開展了大規模的信件和文字宣傳,許多天文學家親自前往拜會參眾兩院的議員,最後國會同意撥付原先一半預算。

真正的“高精尖”科技——哈勃望遠鏡

哈勃觀測到的M系列星雲

預算的縮減導致鏡片的口徑由3米縮為2.4米,對此歐洲空間局表示願意提供經費和一些望遠鏡上需要的儀器,回饋的是歐洲空間局可以使用不少於15%的望遠鏡觀測時間,NASA接受了這一要求。預算到位後的1978年使得空間望遠鏡開始設計並命名為哈勃。

建造與發射的坎坷

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天文學家利用造父變星恆星的週期性變化來確定天文距離。箭頭指向哈勃望遠鏡觀察到的仙女座星系中的造父星

一般的望遠鏡鏡片在拋光之後的準確性大約是可見光波長的十分之一,但是空間望遠鏡觀測的範圍是從紫外線到近紅外線,作為望遠鏡最關鍵部分的鏡片和光學系統,在設計上有很嚴格的規範。鏡片的拋光從1979年開始持續到1981年5月,此時拋光的進度已經落後並且超過了預算,為了節約經費,將發射日期延後至1984年10月。鏡片在1981年底全部完成,並且鍍上了25nm厚的鎂氟保護層和75nm厚的鋁增強反射。

真正的“高精尖”科技——哈勃望遠鏡

梅西耶1號(蟹狀星雲)

因為在光學望遠鏡組合上的預算持續膨脹,進度也落後的情況下,NASA將發射的日期再延至1985年的4月。隨後又延至1986年3月,最後又延至1986年9月,這時整個計劃的總花費已經高達11億7500萬美元。1986年挑戰者號的事故則讓航天飛機暫停升空,迫使哈勃空間望遠鏡的發射又向後延遲。不斷推遲的時間導致望遠鏡和其附件都必須儲藏在無塵室內,也使得已經超支的總成本更為高漲。

真正的“高精尖”科技——哈勃望遠鏡

1990年4月24日,發現號航天飛機執行STS-31任務,部署哈勃望遠鏡

隨著航天飛機在1988年再度開始升空,終於在1990年4月24日由發現號航天飛機執行的STS-31任務中,哈勃望遠鏡成功的進入設計軌道。

取得的成就

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被稱為“神秘山”的船底座星雲。在其中,看到沿著星雲的牆壁上升著帶有灰塵的冷氫氣

自空間望遠鏡計劃於1977年正式啟動以來,來自美國和歐洲的數千人通過各方面來參與該計劃。在航天飛機工作人員的支持下,已有30多名宇航員飛往哈勃望遠鏡建設、升級和維修哈勃望遠鏡。來自數十個國家的數千名天文學家使用了哈勃並分析了其數據,迄今已生成超過15,000份同行評審論文。

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哈勃揭示了行星狀星雲的驚人多樣性和驚人的複雜性。

哈勃望遠鏡不但幫助天文學家解決了一些長期困擾的問題,而且導出新的理論來闡述這些結果。由哈勃空間望遠鏡的觀測數據也刷新人類對宇宙年齡的認識。60年代初期,黑洞作為某些星系的核心被發現還是一種假說,通過哈勃望遠鏡的觀測使得星系的核心是黑洞成為一種普遍和共同的認知,從而對星系中黑洞的研究與星系發展具有劃時代的意義。

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