哈勃空间望远镜:人类的眼睛

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  在搜索引擎的搜索框中输入“space telescope(空间望远镜)”,大多数搜索引擎的第一个反馈结果,要么是哈勃空间望远镜在美国的地面支持机构“空间望远镜科学协会”,要么是它在欧洲的地面支持机构“空间望远镜欧洲协调机构”。这无疑在提醒人们,哈勃空间望远镜几乎已经等同于“空间望远镜”的概念本身,虽然它并不是人类的第一个被发射到外层空间的天文观测装置,当然,也不会是最后一个。
   哈勃空间望远镜能在一个信息爆炸的时代享受如此荣誉,很大程度上可以归功于它自从1990年发射升空以来,为天文学研究做出的巨大贡献。这正如美国空间望远镜研究所前任所长斯蒂文所言:“如果对天文学史上所有望远镜的重要性进行排序,哈勃空间望远镜可以排到第三位,而最重要的望远镜是伽利略的望远镜,其次是埃德温·哈勃本人使用的望远镜。”
  半个多世纪前的梦想
   人类追求空间望远镜的历史,可以追溯到1946年美国天文学家莱曼·斯皮策发表的论文《在地球之外的天文观测优势》。在这篇文章里,斯皮策认为部署在太空中的天文望远镜,有两项地面天文台无法比拟的优势,其一是可以观测几乎完全被大气层吸收的紫外线和红外线;其二是光学观测不会被大气层干扰,角分辨率(物体能被清楚分辨的最小分离角度)的极限只会受限于衍射。简而言之,空间望远镜可以让人类“看得更清楚”。
   得益于斯皮策的新思路,一批空间望远镜或者说“空间天文台”,在20世纪60和70年代相继发射升空,并取得了相当不错的观测成绩。但即便如此,当美国国家航空航天局(NASA)1968年提出在太空中兴建镜片直径3米的反射望远镜的时候,由于这项工程所需的费用比任何地面天文台都要高昂数倍,因此仍然遭到了来自政界的质疑。1974年,时任美国总统杰拉尔德·福特下令取消所有关于空间望远镜的预算。但在大批天文学家的游说和努力争取之下,美国参议院决议恢复一半的预算。尽管预算削减使这架空间望远镜的镜片直径“缩水”到2.4米,而且被迫取消了一些观测设备,但在当时,这已经是最好的结果。
   1980年初,这架设计中的望远镜被命名为“哈勃空间望远镜”,以纪念在20世纪初期发现宇宙膨胀的天文学家埃德温·哈勃。
  戴上“眼镜”成为“人类之眼”
   哈勃空间望远镜最重要的零件,是直径2.4米的反射望远镜的镜片。生产镜片的工作,在20世纪70年代末被交给了美国著名的分析仪器制造商珀金·埃尔默公司。但由于这家公司坚持采用当时还不很完善的电脑控制抛光机完成这项工作,为保证望远镜的整体建造进度不受影响,柯达公司被委托使用传统方法磨制一块镜片,作为备份。
   在1979年开始磨制镜片之后,珀金·埃尔默公司的工作进度几乎一直严重落后于既定的时间表。哈勃空间望远镜的发射时间也因此被一再拖延,从最初计划的1983年延迟到1986年秋天。然而,1986年1月28日,“挑战者”号航天飞机在发射时坠毁,7名航天员殒命太空,于是NASA停飞了所有的航天飞机。就像遭遇机场关闭导致航班取消的旅客一样,已经“走到登机口”的哈勃空间望远镜,也只能回到“候机厅”——专供它栖身的无尘室里,等着NASA重新排定航天飞机的“航班时刻表”。
   1990年4月24日,哈勃空间望远镜终于被“发现”号航天飞机送入太空,并于次日入轨。但它传回地面的第一批照片,却让天文学家颇为失望。由于珀金·埃尔默公司在磨制镜片时的微小误差,升空后的哈勃空间望远镜性能大打折扣,就像一个拿着对焦不准的相机拍照的人,拍出来的图片都“虚”了。
   此时,人们意识到必须对哈勃空间望远镜做一次大修,以解决镜片的缺陷。但无论是将柯达生产的备用镜片拿到太空中更换,还是将望远镜装进航天飞机带回地球修理,成本都过于高昂。最终,维护方案被确定为给望远镜“量身定做”一套相当于眼镜的光学修正系统,并于1993年12月由“奋进”号航天飞机执行。在这次维护任务中,航天飞机还为望远镜带去了几件新的装备。
   此后,“视力”恢复正常的哈勃空间望远镜又接受过4次维护,用新的设备替换老旧的设备,为望远镜赋予新的能力。举例而言,1997年2月13日由“发现”号航天飞机完成的第二次维护,就以空间望远镜影像摄谱仪、近红外线照相机和多目标分光仪,替换了发射时安装在望远镜上的戈达德高解析摄谱仪和暗天体摄谱仪。到2009年5月最后一次维护结束之后,哈勃空间望远镜的性能已经比刚刚发射升空的时候提高了大约90倍。
  “哈勃”伟业后继有人
   到2012年,哈勃空间望远镜已经在太空中服役了22年。这架望远镜极大地拓展了天文学家的视野,帮助他们完成了天文学史上最激动人心的一些发现。
   通过哈勃空间望远镜观测得到的数据和图片,天文学家确认了宇宙在加速膨胀的事实,并精确测定了宇宙膨胀的速率,也就是“哈勃常数”。此外,哈勃空间望远镜还帮助天文学家测定了宇宙的尺寸和年龄,发现了位于银河系中央的黑洞,证实了伽马射线暴(太空中某一方向的伽马射线强度在短时间内突然增强,随后又迅速减弱的现象)是宇宙中最为明亮的天体,等等。1994年拍摄“苏梅克-列维9号”彗星撞击木星的过程,和1995年拍摄6500光年外的老鹰星云中恒星诞生的“创世之柱”,更是天文摄影中的名作。到2011年,依托哈勃空间望远镜的观测数据写成并发表的天文学论文已经超过10000篇。
   但随着时间的流逝,哈勃空间望远镜也不可避免地走向老化。就目前的状况来看,它的工作将在2013年或2014年,被新锐的詹姆斯·韦伯空间望远镜接替。它的主反射镜由铍制成,口径达到6.5米,面积为哈勃空间望远镜镜面的5倍以上。不仅如此,镜片直径达到8~16米的更新一代空间望远镜,也正在设计之中。随着光学、天文学和计算机技术的发展,空间望远镜会让人类看得更远。
  
  宇宙之巅
   科幻作家刘慈欣在小说《中国太阳》中这样写道:“(人类)看到的所有星空,在大得无法想象的宇宙中,也只是一粒灰尘,而这整个宇宙,不过是百亿年前一次壮丽焰火的余烬。”
   正如登上摩天楼或者电视塔的人,会发现印象中庞大的城市在脚下变得渺小一样,懂得仰望星空,因而让头脑登上“宇宙之巅”的人,也会真切地感觉到自身的渺小。地球、乃至整个太阳系,在广袤无垠的宇宙里,甚至都够不上“沧海一粟”的级别!
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