生快 | 哈勃空間望遠鏡28歲了！

太空老將哈勃空間望遠鏡昨天度過了自己的28歲生日。1990年的4月24日，它乘坐「發現號」太空梭離開地球，並在次日25號被釋放進入軌道，開始了迄今已經28年的漫長探索之旅。

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朝銀河系的中心核球（central bulge）方向，旅行至礁湖星雲（Lagoon Nebula）的核心，這是一個位於人馬座的豐富的恆星誕生區。

礁湖星雲顯示的區域大約有4光年，由哈勃空間望遠鏡的第三代廣角相機（WFC3），在2018年2月12日至2月18日期間觀測拍攝。/ NASA, ESA, and G. Bacon, D. Player, J. DePasquale, F. Summers, and Z. Levay (STScI) Acknowledgement: Fujii, Digitized Sky Survey, ESO/VPHAS, and Crisp

4月19日，NASA發布了今年的哈勃紀念圖，礁湖星雲（Lagoon Nebula），它距離我們大約4000光年，這裡是一個巨大的恆星搖籃。

哈勃空間望遠鏡升空28周年紀念圖/NASA, ESA, and STScI

礁湖星雲中心是一顆巨星，名為Herschel 36，質量大約是我們太陽質量的32倍，直徑大約是太陽直徑的9倍。Herschel 36誕生於大約100萬年前，目前非常活躍，按照恆星的標準，它很年輕，而我們50億歲的太陽和它相比，就顯的老很多。

兩種不同波段下的礁湖星雲，左圖在可見光波段下拍攝，右圖在紅外波段下拍攝。 /NASA, ESA, and STScI

「超脫平凡，塵世之外。」

整整28年來，這台空間望遠鏡幾乎已經成了地球人民的「全民望遠鏡」，為多少人貢獻了精美的電腦桌面，屏保和手機美圖。

28年時間裡，哈勃空間望遠鏡對超過40000個不同目標進行了150萬次以上的觀測，徹底刷新了我們對於宇宙的印象和認識。

哈勃望遠鏡拍攝的土星圖像，可以看出極光的變化 /NASA

當然哈勃望遠鏡的升空不僅僅是為了拍一些好看的照片，它所採集的海量數據極大地加深了科學界對於宇宙的認識，近到我們的太陽系，遠到最遙遠的星系，以及神秘的超新星和星雲。

哈勃老矣，尚能飯否？

1990年4月24日，發現號太空梭執行STS-31任務：運送哈勃望遠鏡升空 /NASA

但哈勃的故事，除了驚艷，也絕非一帆風順。

眾所周知，哈勃空間望遠鏡在升空後不久就被發現有「視力問題」，導致觀測效果根本達不到預期。當時這件事讓美國宇航局一度非常憂慮，畢竟考慮到哈勃望遠鏡項目花費了高達15億美元的稅款，這還是1990年的幣值，折算到2017年的價格，大概是28.7億美元，也就是181億人民幣。這著實是一筆巨款。

1990年4月25日，發現號太空梭在軌道上釋放哈勃望遠鏡進入軌道/ NASA

好在，工程師們設計了一個給哈勃「戴近視眼鏡」的天才挽救方案，並在1993年由「奮進號」太空梭對哈勃望遠鏡成功進行了首次在軌維修 ，才讓這台昂貴的設備不至於「出師未捷身先死」。

在那之後，太空梭前前後後對哈勃望遠鏡進行了4次在軌維修和升級任務，最後一次是在2009年。而由於2011年起，美國所有太空梭都退役了，人類實際上已經失去了對航天器在軌道上進行維修升級的能力，如果這個時候哈勃望遠鏡出現任何意外，地面上的人們恐怕就只能望天興嘆了。

哈勃望遠鏡正在進行第四次太空維修與升級工作，背後的地平線上，即將迎來日出 /NASA

好在經過2009年升級改造之後的哈勃望遠鏡至今依舊「身體倍棒，炯炯有神」。按照目前的估算，這台太空老兵很有希望能夠堅持到2020年之後，等待那個後續的「詹姆斯·韋伯望遠鏡」來接過「全民望遠鏡」的接力棒。

不過，後者實在非常先進，技術跨度有點大，美國宇航局拚命折騰了10多年，花的錢都可以造一艘航母了，發射日期仍然不斷跳票。

哈勃望遠鏡的繼任者。計劃於2020年發射升空的詹姆斯·韋伯空間望遠鏡 /NASA

從瑕疵，到完美。

哈勃望遠鏡拍攝的木星極光 /NASA

當義大利天文學家伽利略在1610年將一台望遠鏡指向夜空開始，人類進入瞭望遠鏡天文時代，相比於之前的肉眼觀測，這是一次技術上的重大飛躍，後來發生的事也證明了這一點：伽利略對於夜空的觀測，在統治千年的托勒密地心說的棺材板上，敲下了一顆扎紮實實的釘子。

然而伽利略時代的望遠鏡畢竟能力有限，比如伽利略就未能分辨出土星的光環，他將在土星兩側看到的兩個凸起稱作是「土星的耳朵」。而即便隨著光學和鏡片研製技術的突飛猛進，我們早已能夠建造口徑越來越大的望遠鏡，但是仍然面對一個障礙，那就是地球的大氣層。

地球的大氣窗口，棕色越高，透明度越差。越往左側波長越短，越往右側波長越長。可以看到，在最左側的伽馬射線和X射線波段地球大氣幾乎是不透明的，中間紅外波段同樣大氣透明度很差。在這些波段，地面觀測效果不好，就很需要發射空間望遠鏡/wiki

湍動的氣流不僅讓天體畫面變得模糊，更嚴重的是，地球大氣層會阻擋很多波段的電磁波，使其無法抵達地面。比如來自天體的伽馬射線和X射線等波段的信號，在地面上就幾乎完全不能觀測。

1923年，德國科學家赫爾曼·奧伯斯（Hermann Oberth）首先指出，如果可以將望遠鏡放到地球大氣層之外，運行在地球軌道上，那就能夠有效避開大氣層的影響。

1994年，蘇梅克·列維9號彗星撞擊木星，哈勃望遠鏡拍攝的圖像記錄下了當時的撞擊在木星大氣中留下的「傷疤」 /NASA

隨著火箭技術日臻成熟，這種設想變得越來越可行。1968年，美國宇航局便擬定了被稱作「大型空間望遠鏡」的方案，擬研製一座口徑約3米的空間望遠鏡，並瞄準1979年發射升空。

當時誰也沒想到，人類擁有大型空間望遠鏡的道路，走得比登月還要漫長得多。

火星 /NASA

1975年，歐洲空間局（ESA）加入了美國的這個項目，雙方開始共同出資承擔項目費用，這個聯合項目，後來將逐漸成為今天哈勃望遠鏡的雛形。

1977年，美國國會在經過漫長審議後終於通過了為空間望遠鏡項目撥款的決定。而太空梭項目的順利推進，以及1981年首次太空梭發射的成功，為大型空間望遠鏡的軌道部署提供了合適手段。

蝴蝶星雲 /NASA/hubblesite.org

大型空間望遠鏡項目後來被重新命名為「哈勃空間望遠鏡」（HST），以紀念已故的美國天文學家，宇宙學家埃德溫·哈勃（Edwin Hubble），他最大的貢獻之一是發現宇宙要遠遠超出銀河系的範圍，並且，宇宙似乎處於膨脹之中。

1990年4月24日，「發現」號太空梭發射，執行STS-31次飛行任務。一天之後，1990年4月25日，太空梭藉助機械臂，成功將哈勃望遠鏡釋放進入地球軌道。自此，這台價值15億美元的「太空巨眼」安放到位，大功告成！但事情後來的發展，卻偏離了最初的設想。

蝌蚪星系，這個星系的詭異形狀可能與遠古時期的一次星系間碰撞有關 /NASA/hubblesite.org

哈勃望遠鏡上最開始安裝的設備包括「廣角行星相機」（WFPC），「戈達德高解析度光譜儀」（GHRS），「暗弱天體相機」（FOC），「暗弱天體光譜儀」（FOS）以及「高速光度計」。

但這裡有一個問題。這些設備都很好，很先進，可是哈勃最關鍵的主鏡面有瑕疵。地面工程師在哈勃進入軌道後首次試驗拍攝時便意識到了這個問題：最重要的主鏡面在磨製時出現了大約相當於頭髮絲直徑1/50尺度的偏差，這一看似極小的瑕疵導致了嚴重的球面像差效應，成像模糊不清。

1993年12月，修理前和修理後的哈勃望遠鏡成像質量對比 /NASA

後面的事大家也都知道了：美國宇航局在整整3年之後才終於對哈勃望遠鏡進行了「眼科手術」。1993年12月2日，「奮進號」太空梭上的7位宇航員花費超過5天，多次進行長時間的太空行走，才完成了給哈勃望遠鏡加裝「光學補償鏡」的工作。

很快，經過維修後的哈勃望遠鏡拍攝的第一幀圖像傳回地球，控制室一片沸騰——因為此刻屏幕上顯示的成像質量，完美無瑕。

「哈勃超深場」圖像。當你看著這張照片，你正在回溯宇宙的歷史。這張照片里的每一個點都是一個星系，其中很多出現在宇宙年齡僅有4億~6億年的時期。是的，你的目光看到了100多億年前的畫面，而那時，連太陽系都還不存在，遑論地球，或是你 /NASA/Hubblesite.org

你是我的眼。

文/塵埃 老嚴

編輯/懷塵

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