“隱藏寶石”，哈勃空間望遠(yuǎn)鏡30周年日歷封面。（圖源： NASA, ESA）撰文 | 懷塵
編輯 | 懷塵 京一
由于地球厚厚的大氣層，地球上的望遠(yuǎn)鏡在觀測(cè)過程中，會(huì)受到諸如大氣散射和吸收，天光背景，甚至天氣變化等一系列影響。因此，隨著航天技術(shù)的發(fā)展，空間望遠(yuǎn)鏡應(yīng)運(yùn)而生。但雖然空間望遠(yuǎn)鏡很多，成為“哈勃”的卻絕無僅有。1990年4月24日，發(fā)現(xiàn)號(hào)航天飛機(jī)帶著哈勃空間望遠(yuǎn)鏡從地球上起飛的時(shí)候，沒有人能預(yù)料到哈勃會(huì)在接下來的30年里看到什么奇跡。如今，通過這只“太空巨眼”，我們的視線早已穿過太陽系，抵達(dá)遙遠(yuǎn)的星海深處。哈勃空間望遠(yuǎn)鏡 / Hubble Space Telescope / HST
出生地點(diǎn)：美國(guó)肯尼迪航天發(fā)射中心哈勃空間望遠(yuǎn)鏡以著名天文學(xué)家愛德溫·哈勃命名，是一枚在近地軌道上運(yùn)行的光學(xué)空間望遠(yuǎn)鏡。愛德溫·鮑威爾·哈勃 / Edwin Powell Hubble
美國(guó)著名天文學(xué)家哈勃證實(shí)了銀河系外其他星系的存在，并發(fā)現(xiàn)了大多數(shù)星系都存在紅移的現(xiàn)象，建立了哈勃定律，是宇宙膨脹的有力證據(jù)。哈勃是公認(rèn)的星系天文學(xué)創(chuàng)始人和觀測(cè)宇宙學(xué)的開拓者。并被天文學(xué)界尊稱為星系天文學(xué)之父。為紀(jì)念哈勃的貢獻(xiàn)，小行星2069、月球上的哈勃環(huán)形山以及著名的哈勃太空望遠(yuǎn)鏡均以他的名字來命名。它最初的目標(biāo)是至少進(jìn)行5-10年的觀測(cè)，畢竟太空對(duì)于一切天然和人造事物來說都是十分嚴(yán)酷的環(huán)境：除了物體之間的破壞性碰撞，電子設(shè)備與電離的上層大氣之間的反應(yīng)也會(huì)導(dǎo)致儀器無法正常工作，來自太陽的紫外線（UV）輻射會(huì)導(dǎo)致所有固體材料劣化，近地軌道物體的溫度波動(dòng)也會(huì)給組件帶來壓力……不過盡管存在著如此這般的諸多阻礙，入軌后“哈勃”一直勤勉工作，觀測(cè)超過130萬次，并將于2020年4月24日，也就是明天，迎來自己的30歲生日。對(duì)于人類來說，30歲不過而立之年，但對(duì)于空間望遠(yuǎn)鏡來說，要以dog's age來算，它早已經(jīng)年逾古稀，相當(dāng)長(zhǎng)壽！當(dāng)然，“哈勃”長(zhǎng)壽的背后，離不開宇航員們對(duì)其進(jìn)行的幾次精心維護(hù)。2009年航天飛機(jī)完成最后一次維護(hù)任務(wù)之后至今，它再未出現(xiàn)過重大故障。1993年12月，哈勃空間望遠(yuǎn)鏡的第一次維修任務(wù)，通過光學(xué)系統(tǒng)維修修正了主鏡的球面像差問題。/ NASA哈勃空間望遠(yuǎn)鏡能夠成為科學(xué)史上的里程碑，離不開眾多至關(guān)重要的因素。首先它位于地球大氣層之上，作為空間望遠(yuǎn)鏡，它可以避免大氣對(duì)自身接收到的光線的扭曲，這是一個(gè)巨大的優(yōu)勢(shì)。除了可以進(jìn)行紫外波段觀測(cè)之外、由于沒有大氣湍流的干擾，哈勃空間望遠(yuǎn)鏡在光學(xué)波段獲得了極限分辨率，使得它優(yōu)于同口徑甚至于不少更大地基望遠(yuǎn)鏡的空間分辨率。雖然在地面望遠(yuǎn)鏡自適應(yīng)光學(xué)的發(fā)展下，這種優(yōu)勢(shì)并沒有成為壓倒性的獨(dú)特特征。然而，對(duì)于最大的地面望遠(yuǎn)鏡上的自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)來說，“哈勃”小視場(chǎng)（FOVs）的實(shí)際局限性確實(shí)使得以約0.1角秒的空間分辨率對(duì)約5-10角秒之上的視場(chǎng)進(jìn)行成像成為“哈勃”的獨(dú)有領(lǐng)域。這一“發(fā)現(xiàn)領(lǐng)域”為上一代天體物理學(xué)眾多領(lǐng)域帶來了諸多引人注目的進(jìn)展。“哈勃”最具標(biāo)志性和最受歡迎的圖像之一：鷹狀星云中的創(chuàng)生之柱。/ NASA, ESA哈勃空間望遠(yuǎn)鏡成為全球性話題望遠(yuǎn)鏡的另一個(gè)原因或許和歐空局ESA的參與相關(guān)。由于天文學(xué)本身的國(guó)際性質(zhì)，真正重大的發(fā)現(xiàn)往往是由科學(xué)家們廣泛使用設(shè)備進(jìn)行觀測(cè)促成的?！肮钡膰?guó)際合作促成了空間望遠(yuǎn)鏡研究所（STScI）與其它多數(shù)重要天文臺(tái)和研究所之間直接交流渠道的建立，世界上絕大多數(shù)的天文學(xué)家們都對(duì)“哈勃”有所了解或參與其中，這或許也是“哈勃”高科學(xué)產(chǎn)出的部分因素。螺旋星系M100 / NASA/ESA哈勃太空望遠(yuǎn)鏡
在第一次維護(hù)任務(wù)糾正了空間望遠(yuǎn)鏡的光學(xué)問題之后，哈勃空間望遠(yuǎn)鏡開始向公眾提供壯麗的彩色天體照片。這些不可思議的宇宙美景吸引了全世界的目光，尤其是年輕的學(xué)生群體。通過這些影像所揭示的科學(xué)知識(shí)徹底改寫了人們的宇宙認(rèn)知，以媒體和互聯(lián)網(wǎng)為中心的大型外展和科普傳播，形成了獨(dú)特的“哈勃”文化現(xiàn)象。
環(huán)形星云M57 / NASA, ESA, C.Robert O‘Dell
哈勃空間望遠(yuǎn)鏡在軌觀測(cè)30年的珍貴遺產(chǎn)更是那些改變了我們對(duì)宇宙認(rèn)知的重大發(fā)現(xiàn)。哈勃深場(chǎng)第一次讓我們知道了可見宇宙當(dāng)中有多少個(gè)星系以及星星的數(shù)目，同時(shí)也讓我們更加深入地知道了遙遠(yuǎn)星系的演化；遙遠(yuǎn)超新星的觀測(cè)幫助我們首次了解到宇宙從60億年前開始加速膨脹；子彈星系團(tuán)的觀測(cè)為我們提供了直接的暗物質(zhì)存在的證據(jù)。當(dāng)然，哈勃的每次觀測(cè)都給我們很多的驚喜。正是憑借著“哈勃”能看到紫外線、可見光和近紅外光的敏銳眼睛，并且身處太空沒有任何干擾，人類才有了這樣多開創(chuàng)性的發(fā)現(xiàn)。哈勃極深場(chǎng)（XDF）影像。/ NASA, ESA
今天，30歲的“哈勃”不得不面對(duì)老化導(dǎo)致的陀螺儀性能和探測(cè)器靈敏度下降等等困難，但勤勉如它，仍然可以良好運(yùn)行。人們也已經(jīng)有了一些應(yīng)對(duì)方案，比如通過更長(zhǎng)時(shí)間的觀測(cè)來彌補(bǔ)儀器靈敏度的降低和望遠(yuǎn)鏡對(duì)目標(biāo)鎖定能力的下降帶來的影響。使用“哈勃”數(shù)據(jù)發(fā)表的論文和被引用的論文數(shù)量仍在持續(xù)增加，即使望遠(yuǎn)鏡最終關(guān)閉運(yùn)行，它的數(shù)據(jù)檔案庫(kù)也會(huì)成為一座天文學(xué)的豐碑，被人們繼續(xù)使用數(shù)十年——就像20世紀(jì)50年代標(biāo)志性的帕洛瑪天圖（PSS）一樣。由于航天飛機(jī)都已退役，“哈勃”將不會(huì)再得到維修，它將繼續(xù)工作直到儀器和電子硬件徹底壞掉。2009年的最后一次哈勃維護(hù)任務(wù)時(shí)，航天員在望遠(yuǎn)鏡后端安裝了一個(gè)環(huán)形結(jié)構(gòu)，可以用來連接脫離軌道推進(jìn)裝置，點(diǎn)火減速，讓它最終無害地墜入海洋。當(dāng)哈勃空間望遠(yuǎn)鏡結(jié)束它的觀測(cè)生涯，我們將寄希望于下一個(gè)時(shí)代：接班人韋布空間望遠(yuǎn)鏡（JWST）。左側(cè)：韋布空間望遠(yuǎn)鏡；右側(cè)：哈勃空間望遠(yuǎn)鏡
因?yàn)镴WST更寬的波長(zhǎng)覆蓋范圍以及孔徑遮擋干涉能可以使判斷得到改善，使用可見光段的“哈勃”和紅外波段的JWST觀測(cè)同一個(gè)目標(biāo)能給我們提供分析能力更強(qiáng)的數(shù)據(jù)，產(chǎn)生巨大的科學(xué)價(jià)值。幸運(yùn)的是，我們相信“哈勃”可以繼續(xù)運(yùn)行到JWST時(shí)代，期待兩個(gè)望遠(yuǎn)鏡可以像人類的一雙眼一樣，同時(shí)觀測(cè)整個(gè)宇宙。海山二的宇宙煙花 Eta Carinae / NASA、ESA、N.Smith、J.Morse
（本文轉(zhuǎn)載自：中國(guó)國(guó)家天文）
