哈勃太空望遠(yuǎn)鏡是一臺巨大的太空望遠(yuǎn)鏡

哈勃太空望遠(yuǎn)鏡是一臺巨大的太空望遠(yuǎn)鏡。它在離地球表面580千米高空的軌道上運行。這臺望遠(yuǎn)鏡的重量令人難以置信，達(dá)到1.1萬千克。它的鏡面直徑達(dá)240厘米。1990年4月，美國航空航天局的航天飛機將它發(fā)射進入太空。到目前為止，它已通過向地面上的天文學(xué)家們發(fā)送無線電波的方式提供了無數(shù)極有價值的圖片。最近一段時期，“哈勃”似乎到了高產(chǎn)的時期，它發(fā)回的觀測數(shù)據(jù)使科學(xué)家們對宇宙的研究不斷取得突破性的進展。下面就回顧一下哈勃的巡天歷程。1990年4月25日清晨，美國佛羅里達(dá)州卡納維拉爾角肯尼迪航天中心，數(shù)百名天文學(xué)家和技術(shù)專家翹首注目。遠(yuǎn)處巨大的發(fā)射平臺上，“發(fā)現(xiàn)號”航天飛機如同展翼欲升的鯤鵬，正巍然倚靠在發(fā)射塔邊。航天飛機此次飛行肩負(fù)著重要使命，就是把耗資巨大、深受世人矚目的哈勃空間望遠(yuǎn)鏡（HST）送入太空。美國東部時間上午8點34分，隨著指令的發(fā)出，航天飛機噴云吐焰，在轟鳴聲中直上藍(lán)天，標(biāo)志著人類探索宇宙的歷程揭開了新的一頁。哈勃空間望遠(yuǎn)鏡以當(dāng)代美國天文學(xué)家哈勃的名字命名，是由美國國家航空航天局主持建造的四座巨型空間天文臺項目中的第一臺，也是迄今為止天文觀測項目中投資最多，最受關(guān)注的項目之一。天文學(xué)的研究以觀測為基礎(chǔ)。但由于地球大氣的吸收，波長在3000埃以下的紫外光波段對地面觀測者來說是一個“盲區(qū)”。即使在可見光和近紅外波段，由于大氣寧靜度的制約，通常3米左右口徑的大型地面光學(xué)望遠(yuǎn)鏡對星象的分辨率很難優(yōu)于1角秒。若在大氣層以外的觀測則只受衍射極限的限制，角分辨率可比地面觀測提高近10倍，達(dá)到0.1角秒，這相當(dāng)于能分辨出約10公里以外的一枚5分硬幣。對于天文學(xué)上許多懸而未決的"宇宙之謎"來說，高分辨率的觀測正是破解謎底的關(guān)鍵，這也是人類不惜工本進行空間天文觀測的主要原因。有關(guān)空間望遠(yuǎn)鏡的構(gòu)想，早在本世紀(jì)40年代就已顯露雛形，而具體的設(shè)計和建造則完成于70至80年代。哈勃空間望遠(yuǎn)鏡外觀象一個5層樓高的圓筒，其主體長13.2米，最大直徑4.3米（其中光學(xué)主鏡口徑為2.4米），兩塊長達(dá)12米左右的太陽能電池翼板伸展在鏡筒兩側(cè)，總重量達(dá)11.5噸。這是一座高度自動化的空間天文臺，它的主要性能要比通常的地面光學(xué)望遠(yuǎn)鏡優(yōu)越一個量級以上。哈勃空間望遠(yuǎn)鏡從1979年藍(lán)圖設(shè)計到1990年投入觀測，歷時10余年，耗資15億美元。若按重量計算，平均每克造價接近130美元，遠(yuǎn)比純金更貴。天文學(xué)家期望著憑借哈勃望遠(yuǎn)鏡那銳利無比的"神眼"，去洞察宇宙深層的奧秘，開辟天文觀測的黃金時代。在哈勃望遠(yuǎn)鏡上天之后，經(jīng)過最初幾周緊張的測試與調(diào)整，人們發(fā)現(xiàn)望遠(yuǎn)鏡的成象質(zhì)量與預(yù)期效果存在很大差距。按設(shè)計能力，在可見光波段，被觀測的點源60%以上星光應(yīng)能聚落在0.1角秒的小圓域內(nèi)，而實際結(jié)果只有15%的光線落入其中。經(jīng)過地面上專家們緊張忙碌的調(diào)查研究，很快查明其禍因是望遠(yuǎn)鏡在主鏡研磨制作過程中發(fā)生人為差錯，主鏡邊緣處比設(shè)計尺寸多磨去了2微米（約只有頭發(fā)絲的百分之一細(xì)），真可謂失之毫厘，但按照現(xiàn)代精密光學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)來看，這卻是一個大錯誤。它導(dǎo)致了望遠(yuǎn)鏡光學(xué)主鏡存在嚴(yán)重的球形象差，降低了觀測圖象的分辨率，使望遠(yuǎn)鏡的"視力"大受損傷，同時令其捕捉遙遠(yuǎn)天體信息的威力降低了將近20倍。受其影響，許多原定的重要觀測也將無法進行。無獨有偶，哈勃望遠(yuǎn)鏡還接二連三地遇上其它麻煩。人們發(fā)現(xiàn)，它的太陽能電池板因受熱不均產(chǎn)生微顫，破壞了望遠(yuǎn)鏡瞄準(zhǔn)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，進一步影響了觀測圖象的清晰度。此外，望遠(yuǎn)鏡機載導(dǎo)向系統(tǒng)中的6個陀螺，有兩個相繼失靈，另有一個也只能斷斷續(xù)續(xù)地工作。這一切使得這座曾被寄予厚望的空間望遠(yuǎn)鏡幾乎處于岌岌可危的境地。面對嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，美國國家航空航天局和其它科研機構(gòu)的科學(xué)家們使出周身解數(shù)，力挽狂瀾。他們在地面上利用先進的計算機圖象還原技術(shù)，盡可能彌補圖象的缺陷。由于主鏡在加工中所造成的偏差其形狀非常有規(guī)則，采用計算機處理后，可以把哈勃望遠(yuǎn)鏡在圖象清晰度上的損失控制到最小，使其角分辨率比起地面上最好的望遠(yuǎn)鏡仍優(yōu)越得多。僅此一點，已使得哈勃望遠(yuǎn)鏡最初三年的科學(xué)觀測依然成果輝煌，獲得大批珍貴資料。但是，哈勃望遠(yuǎn)鏡集光能力比原設(shè)計降低20多倍，這種損失在地面是無法補償?shù)?，天文學(xué)家只能期待對它作"脫胎換骨"的太空維修了。其實早在1979年，哈勃望遠(yuǎn)鏡尚處于藍(lán)圖階段，就已經(jīng)把進行太空維修納入可行性設(shè)計之中。按照設(shè)計方案，望遠(yuǎn)鏡上共有50余種元件和設(shè)備可在太空中作更換。哈勃望遠(yuǎn)鏡擁有5臺主要的科學(xué)觀測儀器，包括兩臺照相儀，兩臺光譜儀和一臺高速光度計。每臺設(shè)備都設(shè)計成相互獨立的組裝插件，可以分別或同時進行觀測，也可以單獨被撤換而不影響其它儀器。哈勃望遠(yuǎn)鏡頻頻“遇險”，于是美國國家航空航天局在1993年12月對其作了為期12天的太空維修。7名機組人員帶著7噸重的各種器材，于12月2日搭乘“奮進號”航天飛機駛?cè)胩?。此次太空之旅的意義非比尋常，不但是要修好望遠(yuǎn)鏡，矯正哈勃望遠(yuǎn)鏡的“視力”，更重要的是可以檢驗人類在太空里從事高難度操作的能力，也為今后空間城的建造積累寶貴的經(jīng)驗。“奮進號”啟程3天之后與哈勃相會。首先，宇航員用機械臂把哈勃望遠(yuǎn)鏡抓入飛船的敞開式貨艙中。在隨后幾天激動人心的緊張“手術(shù)”中，數(shù)位宇航員輪番步入太空，依照事先周密的安排和演練，有條不紊，精心根治哈勃望遠(yuǎn)鏡的諸多病患，終于“妙手回春”，全面恢復(fù)了望遠(yuǎn)鏡原設(shè)計的科學(xué)能力。在修復(fù)過程中，更換了哈勃望遠(yuǎn)鏡的兩臺陀螺儀和太陽能電池翼板上的驅(qū)動控制部件，解決了望遠(yuǎn)鏡空間定向的穩(wěn)定性問題。矯正望遠(yuǎn)鏡主鏡的像差是此次成敗的關(guān)鍵，宇航員們?yōu)楣h(yuǎn)鏡新裝了"光學(xué)矯正替換箱"，就仿佛給翳障迷蒙的近視眼配上一副“矯光眼鏡”，使其重現(xiàn)清明。在科學(xué)儀器方面，換裝上一臺加州噴氣推進實驗室制作的新一代的廣角行星照相儀，令望遠(yuǎn)鏡的天文觀測能力如虎添翼。此外，宇航員還安裝了新的計算機存儲器，進一步改善了電腦的使用效率。在與地面環(huán)境迥然不同的外層空間進行如此復(fù)雜而精細(xì)的工程維修，顯示出人類在空間中從事高難度活動的能力，堪稱科技史上的偉大創(chuàng)舉。誠如美國國家航空航天局的主管韋勒博士所言：“這次（維修）飛行無論成功與否，都將名存史冊”。令人們額手稱慶的是，這次太空維修行動最終獲得圓滿的成功。12月28日，哈勃望遠(yuǎn)鏡維修后拍攝的第一幅照片傳回地面，圖象之清晰令人欣喜和驚詫，天文學(xué)家們甚至都懷疑起自己的眼睛。韋勒博士說：“維修效果比我們最大膽的夢想還要棒。”康復(fù)后的哈勃望遠(yuǎn)鏡，不僅消除了像差，其分辨率甚至超過了原初的設(shè)計。矯正后的望遠(yuǎn)鏡可使點源70%的光線聚在0.1角秒內(nèi)，已非常接近于物理學(xué)定律所決定的極限。在隨后的幾年里，哈勃望遠(yuǎn)鏡所獲觀測圖象的質(zhì)量空前之高，得到一系列極有價值的發(fā)現(xiàn)，對天體物理學(xué)的進步作出了卓越的貢獻(xiàn)。1997年2月，“發(fā)現(xiàn)號”航天飛機升空與哈勃望遠(yuǎn)鏡再次相會，此次服務(wù)飛行的主要任務(wù)是為哈勃望遠(yuǎn)鏡換裝上兩臺新一代的儀器。一臺名為“空間望遠(yuǎn)鏡成象光譜儀”，它使用新的、更為靈敏的探測器，并且能同時對多個目標(biāo)作光譜測量，而原先的光譜儀一次只能觀測一個目標(biāo)，新舊兩種設(shè)備的工作效率不可相提并論；另一臺是“近紅外照相儀”,原先哈勃望遠(yuǎn)鏡上的照相機只能在可見光和紫外波段觀測，近紅外照相儀則可在2.5微米以下的近紅外波段進行成象觀測，尤其適合觀測研究恒星形成區(qū)和高紅移星系方面的諸多奧秘現(xiàn)象。儀器設(shè)備的更新?lián)Q代使哈勃空間望遠(yuǎn)鏡觀測宇宙的能力百尺竿頭，更上一步。對哈勃望遠(yuǎn)鏡的最后一次維修飛行定于2002年3月進行。此后，隨著歲月流逝，漸漸能量耗散，設(shè)備毀損，哈勃望遠(yuǎn)鏡將在太空中孤獨地走完最后的歷程，直至壽終正寢。哈勃空間望遠(yuǎn)鏡將于21世紀(jì)之初完成其歷史使命，而人類駛向遼闊太空的航程則還剛剛起步?！暗厍蚴侨祟惖膿u籃，但人不會永遠(yuǎn)生活在搖籃里”。如今，人類的目光已經(jīng)指向銀河深處。建立空間站，漫游太陽系，已不再只是少數(shù)先驅(qū)者頭腦中的理想或者科幻小說里的奇景。也許到不遠(yuǎn)的將來，回首今天，人們會普遍意識到，哈勃空間望遠(yuǎn)鏡自身的業(yè)績和它成功的太空維修，正是人類拓展空間疆域歷程中堅實的一大步。哈勃望遠(yuǎn)鏡長13.3米，直徑4.3米，重11.6噸，造價近30億美元，于1990年4月25日由美國航天飛機送上高590千米的太空軌道（圖1）。哈勃望遠(yuǎn)鏡以時速2.8萬千米沿寂靜的太空軌道運行，默默地窺探著太空的秘密。圖1哈勃太空望遠(yuǎn)鏡哈勃望遠(yuǎn)鏡是有史以來最大、最精確的天文望遠(yuǎn)鏡。它上面的廣角行星相機可拍攝到幾十到上百個恒星照片，其清晰度是地面天文望遠(yuǎn)鏡的10倍以上，其觀測能力等于從華盛頓看到1.6萬千米外悉尼的一只螢火蟲。1999年4月，利用哈勃望遠(yuǎn)鏡拍攝的深空圖像，美國紐約州立大學(xué)斯托尼布魯克分校的研究人員發(fā)現(xiàn)了宇宙邊緣附近有一個距離地球130億光年的古老星系，這是迄今為止人類所發(fā)現(xiàn)的最遙遠(yuǎn)的天體；利用全新的近紅外儀器，透過茫茫的星際，人們發(fā)現(xiàn)了“皮斯托”星，這是至今發(fā)現(xiàn)的最大的一個天體。利用哈勃望遠(yuǎn)鏡的寬視場和行星攝像機，科學(xué)家獲取了第一張伽瑪射線爆發(fā)的光學(xué)照片；哈勃望遠(yuǎn)鏡上的超級攝譜儀又向人們揭示了超新星的化學(xué)成分。哈勃望遠(yuǎn)鏡所收集的圖像和信息，經(jīng)人造衛(wèi)星和地面數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)，最后到達(dá)美國的太空望遠(yuǎn)鏡科學(xué)研究中心。利用這些極其珍貴的太空圖像和宇宙資料，科學(xué)家們?nèi)〉昧艘幌盗型黄菩缘某删汀３良哦嗄甑奶煳膶W(xué)領(lǐng)域，正發(fā)生著天翻地覆的變化。哈勃望遠(yuǎn)鏡預(yù)計2010年“退休”。21世紀(jì)的太空望遠(yuǎn)鏡研制計劃正緊鑼密鼓地在全世界范圍內(nèi)展開。21世紀(jì)初葉，將有數(shù)臺大型天文觀測設(shè)備送入外層空間，這將是繼哈勃望遠(yuǎn)鏡取得的輝煌成就之后的，人類探測太空的又一次大手筆?？臻g紅外望遠(yuǎn)鏡將于2001年發(fā)射升空，其主鏡口徑84厘米，配備有靈敏度極高的紅外探測元件。為徹底避開地球紅外輻射的干擾，它將遨游于近百億米之遙的深空軌道。當(dāng)望遠(yuǎn)鏡在外層空間、處于極低溫的條件下進行觀測時，紅外波段的宇宙“面容”纖毫畢現(xiàn)，較之于地面觀測將清晰百萬倍。新“哈勃望遠(yuǎn)鏡”美國正在積極籌劃研制新一代太空望遠(yuǎn)鏡，旨在接替目前還在軌道運行的哈勃望遠(yuǎn)鏡。新一代望遠(yuǎn)鏡主鏡為口徑達(dá)7.5米，其觀察范圍比“哈勃”大4?6倍，清晰度卻不亞于“哈勃”。新一代望遠(yuǎn)鏡計劃2003年開始制造，重量預(yù)定3000千克，而“哈勃”重達(dá)10000千克。制造這么大而又這么輕的鏡片，要求在材料上有巨大的突破和進展。“哈勃”在對宇宙形成初期進行探測時留下了1億年到10億年之間空白，新一代望遠(yuǎn)鏡將填補這段空白，研究宇宙的甚早期，觀察諸星系形成時期的情況。“哈勃”專門用紫外線和可見光中的短波來觀測宇宙，而新一代望遠(yuǎn)鏡則用電磁光譜中波長較長的紅外線部分來深入探索宇宙。因為宇宙在擴張的過程中諸星系遠(yuǎn)離地球向外運動，它們的光變成波長較長的紅光，以紅外線的形式傳到地球上。新一代望遠(yuǎn)鏡不像“哈勃”那樣繞地球軌道，而是將穩(wěn)定地占據(jù)地球與太陽之間、月球以外約150萬公里的一條軌道?？臻g干涉望遠(yuǎn)鏡預(yù)計于2005年3月被送入預(yù)定軌道。它實際上由7架30厘米口徑的鏡面組成，進入軌道空間后將釋放排列成長達(dá)9米的望遠(yuǎn)鏡陣。運用光學(xué)干涉技術(shù)，其最終的空間分辨率可優(yōu)于哈勃望遠(yuǎn)鏡近千倍。建造空間干涉望遠(yuǎn)鏡，要求極高的技術(shù)水平，它的應(yīng)用將使天文學(xué)家分辨遙遠(yuǎn)恒星的能力邁上一個新的臺階。地外行星搜尋者“地外行星搜尋者”是美國宇航局空間計劃的“點睛”之筆，計劃于2012年發(fā)射升空。它匯集了人類太空望遠(yuǎn)鏡技術(shù)的精華，將在尋找太空生命方面嶄露頭角?！暗赝庑行撬褜ふ摺钡脑O(shè)計思路與空間干涉望遠(yuǎn)鏡相似，但在規(guī)模與性能上有重大突破。空間干涉望遠(yuǎn)鏡的可收卷鏡陣延伸9米上下，而“地外行星搜尋者”的鏡面陣列延展可達(dá)百米。利用它空前的分辨率，人們將足以探明，在太陽系鄰近數(shù)十光年之內(nèi)，是否存在與地球條件相似的行星，并進一步為解開地外生命的“懸念”獲取寶貴的線索?？傊?1世紀(jì)的“天眼”，將具備前所未有的高靈敏度、高分辨率、大視場以及多天體觀測能力。就整體而言，它們觀測宇宙的效能將全面超越其“老大哥”哈勃太空望遠(yuǎn)鏡，從而全方位地開闊人類探測宇宙的視界。哈勃號太空望遠(yuǎn)鏡是被送入軌道的口徑最大的望遠(yuǎn)鏡。它全長12.8米，鏡筒直徑4.27米，重11噸，由三大部分組成，第一部分是光學(xué)部分，第二部分是科學(xué)儀器，第三部分是輔助系統(tǒng)，包括兩個長11.8米，寬2.3米，能提供2.4千瓦功率的太陽電池帆板，兩個與地面通訊用的拋物面天線。鏡筒的前部是光學(xué)部分，后部是一個環(huán)形艙，在這個艙里面，望遠(yuǎn)鏡主鏡的焦平面上安放著一組科學(xué)儀器；太陽電池帆板和天線從筒的中間部分伸出。望遠(yuǎn)鏡的光學(xué)部分是整個儀器的心臟。它采用卡塞格林式反射系統(tǒng)，由兩個雙曲面反射鏡組成，一個是口徑2.4米的主鏡、另一個是裝在主鏡前約4.5米處的副鏡，口徑0.3米。投射到主鏡上的光線首先反射到副鏡上，然后再由副鏡射向主鏡的中心孔，穿過中心孔到達(dá)主鏡的焦面上形成高質(zhì)量的圖像，供各種科學(xué)儀器進行精密處理，得出來的數(shù)據(jù)通過中繼衛(wèi)星系統(tǒng)發(fā)回地面。除了光學(xué)部分，望遠(yuǎn)鏡的另外一個主要部分就是裝在主鏡焦平面上的八臺科學(xué)儀器，分別是：寬視場和行星照相機、暗弱天體照相機、暗弱天體攝譜儀、高分辨率攝譜儀、高速光度計和三臺精密制導(dǎo)遙感器。這些科學(xué)儀器是為望遠(yuǎn)鏡在最初幾年運轉(zhuǎn)期間所配備的。為了使太空望遠(yuǎn)鏡能夠充分利用最新技術(shù)成果，焦平面上的這些儀器設(shè)計成可作各種不同組合和更換方式。在望遠(yuǎn)鏡工作期間，可以通過航天飛機上的航天員進行維修更換，必要時，也可以用航天飛機將整個望遠(yuǎn)鏡載回地面作大的修理，然后再送入軌道。太空望遠(yuǎn)鏡的壽命按設(shè)計要求至少15年，估計實際可達(dá)幾十年。太空望遠(yuǎn)鏡在距地面500公里的太空上進行觀測，不僅不受惡劣氣候的影響，每天都可以進行觀測，而且擺脫了地球大氣的干擾，能夠達(dá)到地面上任何望遠(yuǎn)鏡也達(dá)不到的高靈敏度和高分辨能力。但不幸的是，由于制造上的誤差，哈勃太空望遠(yuǎn)鏡不能辨別140億光年以外的物體，而只能看清40億光年的物體。另外,它的太陽能電池板因熱脹冷縮還存在顫抖。為此，美國的數(shù)名宇航員于1993年進行了兩次檢修，經(jīng)過艱苦的努力，終于修復(fù)了患了“近視”的哈勃太空望遠(yuǎn)鏡,使其分辯率達(dá)到最初要求?！肮闭Q生1609年，意大利天文學(xué)家伽利略第一次將望遠(yuǎn)鏡指向星空，開啟了人類的望遠(yuǎn)鏡天文觀測時代。隨后人們發(fā)明了各種類型的天文望遠(yuǎn)鏡，口徑也越造越大。但無論口徑有多么大，望遠(yuǎn)鏡的分辨率都不能低于0.5角秒。從分辨率的角度來說，世界上最大的天文望遠(yuǎn)鏡也不會比愛好者手中的25厘米口徑的天文望遠(yuǎn)鏡好到哪里去。這到底是什么原因呢？看過星空的朋友一定知道人們常把星星的閃爍形容是它們在向我們眨眼。其實導(dǎo)致它們“眨眼”的真正原因就是我們的大氣層。它雖然可以讓我們免遭有害射線的輻射，但也成為了干擾甚至阻止我們窺探宇宙的屏障。閃爍的星光其實是那些被大氣層中的氣流彎曲了的光線。在我們看來，透過大氣層觀測星星就像透過一個注滿水的玻璃杯看它后面的物體。現(xiàn)在世界上運行的最大口徑的天文望遠(yuǎn)鏡是兩臺位于美國夏威夷莫納克亞天文臺的凱克（KECK）望遠(yuǎn)鏡，它們的口徑都已經(jīng)達(dá)到了10米。近年來出現(xiàn)的自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)可以有效地降低氣流引起的成像模糊問題，并突破了以前難以逾越的分辨率極限。但是即使有了它，望遠(yuǎn)鏡的成像還是難以完全避免受到氣流湍動的影響。如果是多云或者陰雨天氣，無論地面上的望遠(yuǎn)鏡口徑再大，裝備了再先進的設(shè)備，在光學(xué)波段內(nèi)也是無能為力的。那么最好的辦法就只有把望遠(yuǎn)鏡放到大氣層以外的地方去觀測了。早在1923年，德國火箭專家赫爾曼?奧伯斯（HermanOberth）就首先提出了在大氣層以外放置天文望遠(yuǎn)鏡的構(gòu)想。奧伯斯在他的一本書中這樣闡述他的觀點：“一架太空望遠(yuǎn)鏡可以避免很多大氣層給觀測造成的不良影響，如太空望遠(yuǎn)鏡不會遇上陰雨、有霧的夜晚，也不會觀測到閃爍的星光，而且根本不會存在大氣層對星體光譜中的紫外線和紅外線吸收的問題。但那時候人類還沒有發(fā)射人造地球衛(wèi)星和載人航天器的能力，因此他的構(gòu)想在那個年代根本無法實現(xiàn)。但他的構(gòu)想是那么超前，以至于許多年后科技的水平才追趕上了他的構(gòu)想。1946年，美國天文學(xué)家賴曼?斯畢茨爾（LymanSpitzer）提出一個更為現(xiàn)實的太空望遠(yuǎn)鏡計劃。然而直到上個世紀(jì)70年代，美國宇航局（NASA）和歐洲空間局（ESA）才最終采納了這個計劃，并準(zhǔn)備建造一架口徑3米的太空望遠(yuǎn)鏡。1977年，美國國會批準(zhǔn)撥款建造太空望遠(yuǎn)鏡，美國宇航局的專項資金開始源源不斷地投向該計劃。為了紀(jì)念美國天文學(xué)家埃德溫?哈勃（1889-1953）在上個世紀(jì)20年代發(fā)現(xiàn)了宇宙的膨脹，宇航局決定將該太空望遠(yuǎn)鏡命名為“哈勃太空望遠(yuǎn)鏡”。盡管后來宇航局決定將“哈勃太空望遠(yuǎn)鏡”的口徑縮小到2.4米，但該計劃仍然吸引著全世界天文學(xué)家的注意力。幾經(jīng)周折1981年，“哈勃太空望遠(yuǎn)鏡”的主鏡制作完成。同年，專門負(fù)責(zé)該項目的美國太空望遠(yuǎn)鏡科學(xué)研究院（STSCI）在美國馬里蘭州的巴爾的摩正式成立。整個望遠(yuǎn)鏡的裝配工作又用了4年時間，一切進展都很順利。人們期待著航天飛機能夠盡早地將“哈勃太空望遠(yuǎn)鏡”送上軌道，然而意想不到的事情發(fā)生了！1986年1月28日，美國的“挑戰(zhàn)者號”航天飛機在升空后僅僅73秒突然發(fā)生爆炸，在天際中化做兩團火球。在場的人都驚呆了，不少人為逝去的7名宇航員抱頭痛哭。這一突發(fā)事件對美國宇航局的打擊十分巨大，導(dǎo)致美國宇航局所有航天飛機的發(fā)射暫停，直到一年以后才逐漸恢復(fù)。原定在此次發(fā)射幾個月后的“哈勃太空望遠(yuǎn)鏡”發(fā)射計劃也被迫取消了。人們在焦急和無奈中又苦熬了4年。1990年4月25日，“發(fā)現(xiàn)號”航天飛機終于載著“哈勃太空望遠(yuǎn)鏡”和全世界天文學(xué)家的期望升空了。當(dāng)?shù)诙臁肮胀h(yuǎn)鏡”被航天飛機送入了距離地面612公里的地球低軌道后，美國宇航局的天文學(xué)家們迫不及待地啟動了這架造價15億美元、重11噸、足有1輛公共汽車大小的望遠(yuǎn)鏡。然而，誰也沒有想到“哈勃太空望遠(yuǎn)鏡”發(fā)送回地面的第一張?zhí)祗w照片給他們的心頭蒙上了一層陰霾。經(jīng)過兩個多月的研究分析后，天文學(xué)家們找到了問題的所在——“哈勃太空望遠(yuǎn)鏡”的主鏡有嚴(yán)重的瑕疵！所以主鏡無法準(zhǔn)確地聚焦。原來，在磨制主鏡時，其邊緣區(qū)域只比設(shè)計的厚度薄了頭發(fā)絲的1/50，但就因為這絲毫的差距造成了成像的失敗。真是失之毫厘，謬之千里呀！之后的幾個月，來自美國宇航局和歐洲空間局的科學(xué)家和工程師們緊張地趕制出了一個可以比較完美地修正“哈勃太空望遠(yuǎn)鏡”主鏡聚焦錯誤的光學(xué)修正箱。有了光學(xué)修正箱后，天文學(xué)家們需要把這副“眼鏡”給“哈勃太空望遠(yuǎn)鏡”戴上。1993年12月，航天飛機載著宇航員和這個光學(xué)修正箱以及各種維修需要的物資奔赴“哈勃太空望遠(yuǎn)鏡”，去完成第一次維修任務(wù)（SM1）。當(dāng)航天飛機用機械臂捕獲在軌道上運行的“哈勃太空望遠(yuǎn)鏡”后，宇航員走出了航天飛機在太空中對它進行維修，按照設(shè)計方案將光學(xué)修正箱安裝到望遠(yuǎn)鏡上。憑借宇航局周密的計劃和宇航員出色的維修，所有維修任務(wù)都得以成功地完成，書寫了人類太空飛行史上光輝的一頁！維修任務(wù)完成后，“哈勃太空望遠(yuǎn)鏡”恢復(fù)了“視力”可以準(zhǔn)確地成像了！日常工作談到“哈勃太空望遠(yuǎn)鏡”的日常工作就不能不提到它的使命——探索太陽系、測量宇宙的尺度和年齡、探尋宇宙的起源和演化過程，以及揭開天體生命的神秘面紗。美國戈達(dá)德宇航中心（GSFC）和太空望遠(yuǎn)鏡科學(xué)研究院的幾百位科學(xué)家負(fù)責(zé)操作和控制“哈勃太空望遠(yuǎn)鏡”的活動?！肮胀h(yuǎn)鏡”每天工作24小時，常年如此，分秒不歇。那么它又是如何工作的呢？要讓“哈勃太空望遠(yuǎn)鏡”工作，首先就必須有觀測日程和計劃。每年太空望遠(yuǎn)鏡科學(xué)研究院都能收到超過1千個的觀測提議和申請。經(jīng)過由國際天文學(xué)家組成的鑒定組篩選后，最多會有300個觀測提議被采納。而要完成這300個觀測提議則需要進行差不多2萬次的獨立觀測！一旦一個觀測提議被采納，科學(xué)家們就要對其進行詳細(xì)的安排。此外，還必須綜合考慮其余被采納的觀測提議，以便安排具體的觀測時間。由于每年隨著地球的公轉(zhuǎn)，觀測目標(biāo)相對太陽的位置會發(fā)生變化，所以并不是所有的觀測目標(biāo)都適合觀測。“哈勃太空望遠(yuǎn)鏡”在觀測時必須避開接近太陽的方向，否則它會嚴(yán)重?fù)p壞！制訂好詳細(xì)的觀測時間日程表后，技術(shù)人員們還要將“哈勃太空望遠(yuǎn)鏡”的工作日程表轉(zhuǎn)換成細(xì)化到秒的計算機指令。然后，在執(zhí)行這些觀測任務(wù)的前幾天，將這些指令發(fā)送到“哈勃太空望遠(yuǎn)鏡”的計算機中保存。這么多一系列的工作和觀測提議，可想而知完成這些觀測需要多么大的工作量！現(xiàn)在指令有了，下面就剩下找尋觀測目標(biāo)了。那么“哈勃太空望遠(yuǎn)鏡”又是如何瞄準(zhǔn)觀測目標(biāo)的呢？“哈勃太空望遠(yuǎn)鏡”不斷地圍繞地球飛行而且還要伴隨著地球以每小時11萬公里的速度環(huán)繞太陽運行，那么讓它對準(zhǔn)目標(biāo)的確有難度。和你用業(yè)余天文望遠(yuǎn)鏡找尋觀測目標(biāo)一樣，“哈勃太空望遠(yuǎn)鏡”先要找到這個觀測目標(biāo)附近的一對“引導(dǎo)星”，也就是兩顆相對于觀測目標(biāo)比較明亮的恒星（太空望遠(yuǎn)鏡科學(xué)研究院為此專門編了一個包含15,000,000顆亮星及其位置的星表，并將其連同觀測計劃計算機指令一起通過衛(wèi)星發(fā)送到“哈勃太空望遠(yuǎn)鏡”的主計算機中）。然后再由主計算機向“哈勃太空望遠(yuǎn)鏡”上的引導(dǎo)傳感器發(fā)送指令，引導(dǎo)望遠(yuǎn)鏡鎖定觀測目標(biāo)并執(zhí)行觀測任務(wù)。觀測拍攝的照片和數(shù)據(jù)將存儲在望遠(yuǎn)鏡上的計算機中，每日分幾次發(fā)送回地面，偶爾也直接發(fā)送。“哈勃太空望遠(yuǎn)鏡”觀測拍攝的照片和數(shù)據(jù)要抵達(dá)在美國馬里蘭州的巴爾的摩太空望遠(yuǎn)鏡科學(xué)研究院需要經(jīng)過144,000公里的接力式無線電傳送和光纜傳輸。原始的數(shù)據(jù)要變?yōu)椤肮胀h(yuǎn)鏡”拍攝的照片還要經(jīng)過一系列復(fù)雜的過程：首先，“哈勃太空望遠(yuǎn)鏡”觀測和拍攝的照片和數(shù)據(jù)被轉(zhuǎn)化成為數(shù)字信號通過望遠(yuǎn)鏡上的高增益天線發(fā)送給在地球軌道上運行的5顆“跟蹤和數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星"（TDRS）中的1顆。再由它發(fā)送給位于新墨西哥州的地面中繼站。然后，再轉(zhuǎn)發(fā)到戈達(dá)德宇航中心的地面控制系統(tǒng)，由那里的工作人員檢查數(shù)據(jù)的完整性和準(zhǔn)確性。最后，通過數(shù)據(jù)線將數(shù)據(jù)傳輸?shù)教胀h(yuǎn)鏡科學(xué)研究院來進行處理和校準(zhǔn)。在那里，技術(shù)人員將把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成具有科學(xué)意義的單元（如波長和亮度），然后將其存儲到12英寸的磁光碟中。這樣不斷的存儲，使超過對20,000個天體的100,000多次觀測所得到的并經(jīng)過處理的數(shù)據(jù)可以隨時被調(diào)用。然后，科學(xué)家們還將這些數(shù)據(jù)放到互聯(lián)網(wǎng)上供全球的科學(xué)家們進行下載和分析研究。這里值得一提的是，天文愛好者也可以向太空望遠(yuǎn)鏡科學(xué)研究院提交觀測提議。從1986年到1997年，一共有13個業(yè)余天文學(xué)家及其組織提交的觀測提議被采納。這也充分說明了天文學(xué)是一門大眾科學(xué)的事實，也表明業(yè)余天文學(xué)家們在國際天文界的貢獻(xiàn)是不可忽視的?！肮胀h(yuǎn)鏡”可以觀測到距離我們120億－130億光年的星系。有不少人問過這樣兩個問題：“哈勃太空望遠(yuǎn)鏡”能否觀測地球表面？為什么不拿“哈勃太空望遠(yuǎn)鏡”觀測月面？答案是在兩種情況下都不能?！肮胀h(yuǎn)鏡”每97分鐘圍繞地球一周，如果硬要來拍攝，照片會出現(xiàn)因為高速運行造成的模糊帶狀線條。如果對月亮進行觀測拍攝，由于月亮太亮了，會造成設(shè)備的損壞。而且就它的分辨率來說，也只能看清楚月面上籃球場大小的物體。這就遠(yuǎn)不如登月時，在月面上拍攝的照片更精細(xì)了。通過這個人類的第一座空間天文臺，天文學(xué)家們觀測到了以前無法看到的遙遠(yuǎn)星系，做出了一個又一個的新發(fā)現(xiàn)。很多震撼人心的照片也不斷涌現(xiàn)。它升空13年來做了553,000多次的拍攝，對超過25,000個天文目標(biāo)進行了觀測；每天向地面發(fā)回的數(shù)據(jù)量足以裝滿5套大百科全書；繞地球運行了32億多公里，超出了太陽到天王星的距離（29億公里）3億多公里！維修行動隨后的幾年中為了保證“哈勃太空望遠(yuǎn)鏡”能夠正常工作并充分利用它探測各種天體，美國宇航局又于1997年2月進行了第2次維修（SM2）,并為它安裝了兩臺新設(shè)備：1臺近紅外相機和多目標(biāo)分光儀（NICMOS）以及1臺太空望遠(yuǎn)鏡成像攝譜儀（STIS）,這兩臺設(shè)備都是當(dāng)時最先進的，比地面上任何一座望遠(yuǎn)鏡的靈敏度都高得多。1999年12月，在第2次維修中（SM3A）又為“哈勃太空望遠(yuǎn)鏡”更換了許多老化失靈的關(guān)鍵技術(shù)部件，包括6個陀螺儀、主計算機、1個引導(dǎo)傳感器、無線電發(fā)射器、數(shù)據(jù)磁帶機和“哈勃太空望遠(yuǎn)鏡”外面包裹著的熱絕緣材料。2002年3月1日,7名美國宇航員搭乘哥倫比亞號航天飛機再次光臨“哈勃太空望遠(yuǎn)鏡”去繼續(xù)第3次維修任務(wù)中尚未完成的部分（SM3B）。他們經(jīng)過預(yù)定的5次太空行走對它進行了維修保養(yǎng)。值得一提的是“哈勃太空望遠(yuǎn)鏡”在構(gòu)造上是模塊式的,適合宇航員對它進行維修和升級。它是第一個使用這種設(shè)計方案的太空天文臺。也許是巧合,2003年正當(dāng)我國各族人民歡慶春節(jié)之際,美國哥倫比亞號航天飛機在返回途中不幸失事。歷史重演了。原計劃2004年進行的第4次維修任務(wù)被迫取消。按照新的計劃,第4次維修任務(wù)將在2006年進行。屆時將給“哈勃太空望遠(yuǎn)鏡”安裝上兩臺新設(shè)備,一臺是宇宙起源攝譜儀（COS），另一臺是三號廣角照相機（WFC3）。命運幾何2002年9月，美國宇航局正式對外宣布，他們將選擇TRW公司，制造接替“哈勃太空望遠(yuǎn)鏡”的下一代太空望遠(yuǎn)鏡（NGST）——“詹姆斯?韋伯太空望遠(yuǎn)鏡”。但人們似乎更關(guān)心“哈勃太空望遠(yuǎn)鏡”的命運。按照其設(shè)計壽命為20年來計算，“哈勃太空望遠(yuǎn)鏡”在2010年就該退休了。由于宇航局無力在維持“哈勃太空望遠(yuǎn)鏡”運轉(zhuǎn)的情況下還投入大筆資金去研制“詹姆斯?韋伯太空望遠(yuǎn)鏡”所以宇航局的官員們考慮在2010年關(guān)閉它。但很多天文學(xué)家反對這樣做，原因主要有三點：其一，“詹姆斯?韋伯太空望遠(yuǎn)鏡”設(shè)計的觀測波段是紅外線，而“哈勃太空望遠(yuǎn)鏡”設(shè)計的觀測波段是紫外線和可見光；在此方面“哈勃太空望遠(yuǎn)鏡”無疑是獨一無二的。而且宇航局未來10到20年的計劃中都沒有一個可以替代它的空間天文臺。其二，“詹姆斯?韋伯太空望遠(yuǎn)鏡”現(xiàn)在還處于設(shè)計階段，只能在圖紙上看到它。就目前的進度可能到2011年還無法在軌運行。如果在它還沒有升空前就讓“哈勃太空望遠(yuǎn)鏡”提前退役，勢必出現(xiàn)幾年之久的空間天文觀測的真空。這對地面上的天文學(xué)家是無法接受的！其三，由于“哈勃太空望遠(yuǎn)鏡”在世界航天史和天文學(xué)史中的里程碑性作用，它被人們廣泛看作非凡的科學(xué)、教育和激發(fā)靈感的國家財產(chǎn)。人們早已將它視為一個象征，很多天文學(xué)家也都希望推遲它的退役時間。美國宇航局早先計劃在它退役后使用航天飛機將它載回地面永久保存，但2003年2月的航天飛機失事促使他們放棄了這個方案，認(rèn)為那樣實在太冒險了。但是如果放任它在太空中運行，由于它自身沒有任何推進裝置，在2013年前后它可能因為軌道不斷降低而墜毀，這樣很可能危及到地面上人們的安全。于是，宇航局想到耗資3億美元研制一個助推火箭將其安裝在“哈勃太空望遠(yuǎn)鏡”上，讓它去執(zhí)行“哈勃太空望遠(yuǎn)鏡”的自毀任務(wù)，也許就像俄羅斯宇航局對“和平號軌道站”做的那樣讓其墜毀到無人居住的南太平洋區(qū)域。但天文學(xué)家都不希望這樣的悲壯場景再次上演。人們寄希望于2