哈勃太空望远镜刚过 30 岁生日，其运行状况比以往更好

1990 年 4 月 24 日，发现号航天飞机从佛罗里达发射升空，它携带的仪器永远将天文学划分为两个时代：太空望远镜出现之前的时代和太空望远镜出现之后的时代。

哈勃太空望远镜位于地球模糊大气层之上，三十年来一直在黑暗中凝视着它，不加区分地收集射向其巨大镜子的所有杂散光束。从附近的卫星到遥远的行星、爆炸的恒星和遥远的星系，这台世界上第一台也是最著名的太空望远镜拍摄了所有这些图像，产生了超过 140 万张观测数据的庞大图库。现在，NASA 正在用另一张照片来庆祝哈勃发射 30 周年——这是一张令人惊叹的照片。

这张照片是今年早些时候为纪念天文台的里程碑而拍摄的，照片捕捉到了大麦哲伦星云中旋转的气体形成的恒星。大麦哲伦星云是一个围绕着我们自己的小星系，可以在南半球的天空中看到。中心的炽热年轻恒星每颗都比我们的太阳重十倍，蓝色的云（颜色表示不同的气体类型）代表从一颗恒星喷出的碎屑。

美国国家航空航天局天体物理学家、哈勃望远镜高级项目科学家詹妮弗怀斯曼说：“它让我们感受到宇宙的美丽和正在进行的活动。”

很难夸大——甚至无法描述——哈勃望远镜以其敏锐的洞察力对天文学的改变有多么深刻。摆脱了地球大气层的模糊影响，这架望远镜可以做到相当于从华盛顿特区看到东京的萤火虫云，或者从一英里外看到一根头发。地面望远镜的精度很难达到这一精度的十分之一。

望远镜利用这种视野观察宇宙的远近。天文学家利用哈勃望远镜发现了木卫二上可能存在的水喷泉，拍摄了木星上的极光视频，拍摄了围绕其他恒星运行的系外行星的照片，观察了恒星和气体在黑洞周围的运动，并记录了宇宙的膨胀。“它改写了你所关注的每个领域的教科书，”美国宇航局科学与探索理事会主任马克·克兰平说。

这是一笔非凡的遗产，特别是考虑到这座神童天文台的职业生涯一开始就是以可耻的失败开始的。

一面近八英尺长的镜子位于航天器的核心位置，经过精心打磨，表面光滑无比。但不幸的是，它的形状不对。在制造过程中，工程师们用两种不同的工具测量了镜子的曲率，一种是较旧的手动仪器，另一种是较新的激光设备。第一种工具表明镜子有缺陷，而第二种工具则表明它的形状正确，因此，团队没有调查分歧，而是选择相信这个高科技小窍门。2019 年 12 月 3 日，宇航员凯瑟琳·沙利文 (Kathryn Sullivan) 在纽约市交响乐空间表演艺术中心的一次演讲中说道：“如果你超出预算、落后于进度，人们又对你生气，你就会忍不住说服自己给出一个你喜欢的答案。”

这种被称为“球面像差”的缺陷，一毫米的误差对人眼来说是无法察觉的，但却破坏了哈勃望远镜的视野。NASA 立刻意识到，他们这架崭新的太空望远镜（历经数十年的规划，发射时耗资 47 亿美元）传回的图像中心清晰，但光晕模糊。天文学家们纷纷翻阅数学教科书，寻找纠正数据的方法，在糟糕的情况中取得最佳效果，而这次任务却成了全国的笑柄。年轻的杰·雷诺曾在深夜开玩笑说，政府应该“击落”哈勃望远镜，让“它从痛苦中解脱出来”。

但 NASA 另有想法。任务规划人员将望远镜的设计与航天飞机计划结合起来，使宇航员能够使用该机器。经过三年的忙碌，工程师们设计了第二面镜子，可以像一副眼镜一样纠正第一面镜子的像差，然后一组宇航员（包括 Sullivan）将其安装到位。宇航员还安装了一台新的红外摄像机，开启了升级哈勃部件的传统，这种升级将持续五次任务。“这样，每次他们来访时，我们都会拥有一个新的天文台，”Wiseman 说。

因此，尽管哈勃望远镜已经老了，但它的许多部件都得到了翻新。克兰平说，镜子、支架和许多电子箱都是原装的，但太阳能电池板、电池、仪器、反作用轮（用于指向）和计算机都已升级——有些升级是在 2009 年进行的。航天飞机计划已经结束，所以哈勃望远镜现在飞得超出了我们的范围。但如果望远镜能以某种方式返回地球，它的重量实际上会比发射时重 3,000 磅。

天文学界充分利用了所有这些硬件。哈勃望远镜每周发射约 19 GB 的数据，相当于连续观看 6 小时的高清 Netflix。该望远镜的数据已促成了 17,000 多篇期刊论文，去年的论文发表量超过 1,000 篇。研究人员为使用哈勃望远镜展开了激烈竞争，大约 90% 的提案被拒绝。

在无数的科学亮点中，怀斯曼和克兰平都指出了哈勃特别彻底改变的两个领域：系外行星科学和宇宙学。

克兰平回忆说，哈勃望远镜发射时，距离第一颗系外行星通过间接方式被发现还有五年，天文学家们就该望远镜是否能够直接发现它们展开了争论。哈勃望远镜已经观测到一些年轻的行星，它们大多仍因形成时的热量而闪闪发光，但哈勃望远镜真正的成功之处在于捕捉到行星大气层经过恒星前方时发出的光线。这种技术在工程师建造哈勃望远镜时还不存在，但后来被用来发现液态水，甚至外星世界的云层。“如果你在 30 年前问任何人他们是否认为这是可能的，”克兰平说，“他们会认为你疯了。”

但哈勃最强大的超能力或许是它能够窥视过去，因为光速会将距离和时间联系起来。哈勃的深空研究项目已经将时间越来越长地凝视着太空的黑暗区域，放大天空中的微小斑点，以分辨出每个星系所包含的数千个星系。来自最远星系的光需要数十亿年才能到达我们这里，哈勃通过仔细观察，能够看到大爆炸后几亿年存在的星系。那时的宇宙只有现在的几个百分点，一片混乱。“随着你回望越来越久远的过去，你会看到越来越多的暴力，”克兰平说。“现在再也没有看起来像星系的星系了。它们都是火车残骸，”以高速相互撕裂。

宇宙学家早就知道，从大爆炸产生的光滑的汤到如今由恒星和行星组成的块状宇宙，需要经历许多成长过程。但哈勃能够直接拍摄图像，准确显示星系在漫长岁月中是如何成熟的，帮助研究人员测量宇宙的年龄，发现暗能量不断扩大的影响。这就像假设你的朋友一定度过了一段疯狂的大学时光，然后你却能访问他们的照片库一样。“哈勃真的帮助我们理解了这一点，”怀斯曼说。“宇宙是如何随着时间的推移而变化和发展，成为我们享受的宜居之地，至少在一个星球上。”

随着天文学家进入太空望远镜时代的第四个十年，他们期待着新旧仪器的一系列新发现。哈勃望远镜在 2009 年维修后仍处于科学领域的领先地位，怀斯曼预计它可能会活到 40 周年。

很快，甚至可能明年，与哈勃一同升空的将是备受期待的詹姆斯·韦伯太空望远镜 (JWST)，它将补充哈勃望远镜的功能，使其具有更大的反射面积来收集光线，并能够看到更广泛的红外颜色。天文学家预计 JWST 将探测到系外行星大气中的新元素（可能包括表明外星生命的混合元素），以及更年轻的星系。

展望未来，本世纪中期发射的广角红外巡天望远镜 (WFISRT) 可以让宇宙学家更广泛地研究遥远的过去。“把哈勃深空想象成小拇指，”克兰平说。“WFIRST 将为您提供这些区域的全高清电视视图。”

这些即将问世的太空望远镜将以哈勃望远镜的遗产为基础，但它们也将是哈勃望远镜的产物。克莱平深度参与了詹姆斯·韦伯望远镜的组装工作，他说，工程师们现在坚持至少用两种不同的工具获得相同的镜面测量值，以免重复哈勃望远镜的错误。他们甚至不得不请公司为他们制造专门用于此目的的定制设备。

随着美国宇航局不断壮大的太空望远镜队伍继续拓展我们对宇宙的视野，哈勃时代的一个令人难忘的座右铭无疑将继续存在：测量两次，发射一次。