人類的第三隻眼：「近視眼」哈勃望遠鏡，戴上眼鏡，超長服役30年

2023-03-31 18:33:05 2

天文學史上的兩次爭吵

如果我們回顧20世紀的天文學，我們會發現在眾多的發現中，天文學家埃德溫·哈勃發現的星系紅移是人類文明史上的一個裡程碑。

所謂的星系紅移指的是這樣一個事實，即銀河系之外的大多數星系都在遠離我們，而且離我們越遠，它們移動得越快。這一發現不僅使愛因斯坦自願承認了他對靜態宇宙的錯誤看法，而且成為了大爆炸的關鍵證據，從而開啟了現代宇宙學的發展。

除了埃德溫·哈勃，在天文學史上，還有另一個「哈勃」也對人類探索宇宙做出了巨大貢獻。這個「哈勃」是著名的哈勃空望遠鏡。

1990年4月24日是哈勃望遠鏡的服務日。今天是哈勃服務30周年。在過去的30年裡，哈勃給我們帶來了許多珍貴的照片，幫助科學家們克服了一個又一個科學問題。但是你知道嗎？

哈勃實際上是個近視的人。在過去的30年裡，它一直用一雙眼睛努力工作。其他「996」不能忍受它，但它完全是「007」，它一天24小時在空中巡邏。到底發生了什麼？

偉大的天文臺

首先，讓我們從天文觀測開始。早期人類實際上是通過肉眼觀察宇宙的。具體的原理是來自宇宙的電磁波到達地球並進入觀察者的眼睛。事實上，電磁波有一個非常完整的頻帶，但只有一部分能用肉眼觀察到。這部分也被稱為可見光頻帶。可見光譜實際上只是整個光譜的一小部分，這意味著人類看不到太多的光，這有點類似於色盲。

自從伽利略用望遠鏡觀察天文現象以來，人類天文學的水平發展很快。由於人類只能觀察地球上的宇宙，地球環境實際上對天文觀測有很大影響。這些因素主要包括地面的振動和其他電磁波的汙染。即使沒有這些，大氣本身也會對天文觀測造成嚴重幹擾。

因為大氣冷熱不均，當在地球表面觀察時，場景會抖動和模糊，就像散光一樣。不僅如此，大氣和地磁場還將屏蔽許多宇宙射線，使科學家不可能觀察到X射線帶和伽馬射線。因此，即使我們有能夠接收這些射線的儀器，由於地球環境的原因，其中一些也不會被接收到。在某種程度上，這加深了人類的「色盲」問題。

科學家們早就想解決這兩個問題。1946年，天文學家萊曼·斯皮策(Lehmann Spitzer)提出了一個大膽的想法，將望遠鏡移動到天空空，以避免地球的影響。

1970年，美國和歐洲航天局啟動了「大型軌道觀測項目」在這個計劃中，希望解決以上兩個問題。首先，移動望遠鏡到天空空來解決散光問題。其次，色盲的問題可以通過用四個空望遠鏡覆蓋電磁波的全部頻帶來解決。四個空望遠鏡是:

哈勃空望遠鏡:可見光和近紫外波段。康普頓伽馬射線天文臺:伽馬射線波段，硬X射線波段。錢德拉X射線天文臺:軟X射線帶。斯皮策空望遠鏡:紅外波段。

「近視」哈勃空望遠鏡

哈勃望遠鏡是四個0+望遠鏡中的第一個被送去的。它是迄今為止壽命最長的，迄今為止已經完成了100多萬次拍攝。它可以說是最成功的空望遠鏡。雖然它的成就非常輝煌，但它確實反映了中國的一句老話:一切順利。

起初，美國國會不願意批准哈勃項目的預算，但當時的科學家們嘗試了許多方法遊說國會，最終獲得了一半的項目資金，結果只是縮減了原來的項目。

其次，哈勃使用的主鏡有極高的技術要求，導致製造商延遲交貨，並延遲了三次。當他們準備好時，他們遇到了1986年的挑戰者號事故。

結果，哈勃0+望遠鏡的發射再次推遲。直到1990年4月24日，哈勃望遠鏡才正式發射，也就是它完成後的七年。

然而，在發射過程中，太陽能電池板幾乎沒有打開，幾乎導致發射失敗。這還不是最糟糕的。在哈勃的導航系統中，總共有6個陀螺儀，其中4個壞了，磁強計和電力系統也有問題。最嚴重的問題是，當拋光主鏡面時，成品比標準厚2微米，這使得哈勃無法聚焦。坦率地說，哈勃是近視的。

帶眼鏡的哈勃

這樣的事故無疑是美國宇航局的一大災難。然而，科學家們沒有放棄，而是決定抹去恥辱。他們計劃為哈勃望遠鏡「戴上一副眼鏡」，以糾正2微米的誤差。經過三年的努力，1993年太空人將奮進號太空梭帶到哈勃的軌道上來維護哈勃。

太空人不僅給哈勃望遠鏡戴上了眼鏡，還取代了陀螺儀和太陽能電池板。哈勃的眼鏡不再模糊哈勃拍攝的照片。它開始正常工作，並持續拍照。

這些照片有很大的科研價值。主要發現是什麼？

我們可以簡單地列舉幾個。

測量宇宙的年齡證實了星系中心黑洞的存在，發現了宇宙加速膨脹的證據，並觀察到許多系外行星...

哈勃的圖像精度遠遠好於地面望遠鏡，這可以說極大地促進了天文學的發展。

哈勃的繼任者

根據最初的計劃，哈勃望遠鏡應該服務到2005年。然而，它的服務時間遠遠超過了最初的計劃。到目前為止，科學家已經對哈勃進行了四次修復。最後一次安排在2009年。當時，計劃是盡一切努力對哈勃進行主要的維護和升級。從那以後，它將不會被維持。由於此次升級的技術要求極高，因此存在很高的風險。當亞特蘭蒂斯號太空梭前往哈勃軌道維護時，太空人正處於待命狀態，奮進號太空梭正準備救援。