世界上最先進軌道天文臺的發現，顛覆了我們對系外行星大氣、宇宙命運以及二者之間所有聯繫的認知。
船底星雲（（NGC 3372））是銀河系中最主要的恆星製造廠之一，它誕生於約3百萬年前，那是恆星首次在分子氫雲團中被點燃的時候。這種觀點認為，氣體噴流是由從最初產生的恆星所噴射出來的。
難以置信的是，如果沒有哈勃空間望遠鏡，將近一半的人從來都不會知道外面的世界。1990年4月24日，「發現」號航天飛船載著昂貴的設備從甘迺迪空間中心發射，第二天，航天飛船上的五名太空人將哈勃這架校車大小的天文臺部署在低地軌道上。自此之後的30年，哈勃幫助我們重新定義宇宙，解決了困擾天文學家數十年的難題，並且發現了沒人想像過的新奧秘。
2009年5月，在太空人完成第五次也是最後一次維修任務後，哈勃空間望遠鏡在近地軌道上自由漂浮。藉助著新儀器的幫助，它已經為21世紀第2個十年的工作做好了準備。
當然，哈勃的工作歷史並不是一帆風順的，在它開始工作的最初幾周內就出現了嚴重的問題。早期圖像顯示望遠鏡的2.4米反射鏡存在著缺陷---它的邊緣位置偏於平緩約2微米，大約是人類頭髮寬度的1/50，其導致的結果是無法清晰聚焦光線。對於一架望遠鏡，存在的全部意義在於脫離地球大氣的影響獲得清晰的宇宙形貌，其不完美之處實在讓人沮喪。幸運的是，美國宇航局設計的哈勃望遠鏡可以定期進行維修。1993年12月3日，7名太空人登上「奮鬥」號升空進入軌道，他們的主要任務是：安裝兩個新儀器作為哈勃的「眼鏡」，將模糊圖像轉換為清晰圖像。
隨後的四次維修任務（最後一次在2009年5月完成）對望遠鏡實現了改頭換面，使其成為21世紀的科學機器。它已經拍攝了超過1百萬張的宇宙照片，包括離地球最近的月球，也探索了早期宇宙中形成的第一個星系，當然它也研究了介於兩者之間無數的星體。
2002年1月，這張圖片中心的恆星爆發了，變成了我們銀河系中最亮的太陽之一。從2004年10月開始，該視角捕獲了由於爆炸照亮的周圍灰塵的照片。
行星氣候衛星
當提及哈勃望遠鏡時，大多數人們腦海中浮現出的是銀河系中絢爛的星雲圖像和多姿多彩的星系。但是天文學家一般更關注離地球較近的宇宙空間。從上世紀八十年代起，沒有任何航天飛行器登錄天王星或海王星進行勘察，科學家一直是使用哈勃望遠鏡和大型陸基望遠鏡觀察宇宙來彌補這部分觀測缺口。1986年，當旅行者2號飛越天王星時，太空望遠鏡觀測到的天王星是一個溫和的淡藍色球體，圖像顯示它是一個被明亮甲烷雲包圍著的活躍世界。在海王星的大氣層中，哈勃望遠鏡曾經追蹤過大量的風暴，其中有些風暴的速度和地球一樣大，是被已達到平均900英裡每小時（1450千米每小時）的風速推動的。
哈勃望遠鏡也追蹤過木星和土星上的風暴，這加強了軌道太空飛行器的監測能力。並且這也是太空望遠鏡第一次觀測到水汽可能從木星的衛星歐羅巴噴發的證據。這些羽狀物很有可能是來自地下海洋的現存物質，通過月球的冰殼排出。
哈勃望遠鏡在美國國家航空航天局的「新視野號」的冥王星任務中成功發揮了關鍵性作用。在2005年到2010年期間，軌道天文臺為「新視野號」發現了四次新的探測目標，它們分別是：小衛星九頭蛇、尼克斯（冥衛二）、科波若斯（冥衛四）、斯提克斯（冥衛五）。但是，更重要的是，人們根據多年的觀測繪製了矮行星表面明暗區域的地圖。這些區域中最明亮的部分如此吸引「新視野號」的科學家們，以至於他們瞄準飛近探測，使得探測物於2015年7月在最接近點成為前沿和中心。
這就是我們目前了解的湯博區心形氮冰冰川的發現過程。哈勃望遠鏡也發現了柯伊伯帶物體2014MU69，當它被命名為阿洛克斯後，「新視野號」在2019年1月1日再次飛過它。
來自一顆大質量恆星（圖像中最亮的恆星）的恆星風雕刻了泡沫狀星雲（NGC 7635）錯綜複雜的輪廓。由於來自電離的氧原子的短波輻射向外傳出，這個泡狀物透著青白色。
銀河寶藏
哈勃太空望眼鏡打開了太陽系外恆星誕生和死亡的新窗口。哈勃太空望遠鏡能夠接收可見光的同時，還可以接收紫外線和紅外線的輻射（紫外線和紅外線波長比可見光短）。給科學家對恆星的塵埃更深入的探索研究提供了幫助。
天文學家觀察到從氣態星雲中羽翼未豐的恆星，像從繭裡孵出一樣。炙熱的恆星年輕時期在周圍環境中挖掘洞穴、侵蝕布滿塵埃的柱狀物，新的恆星在這裡孕育形成。在附近的獵戶座星雲中，哈勃望遠鏡發現了圍繞數十顆恆星運行的原行星盤。這些塵土飛揚的磁碟是用來製造行星的原始物質。
蟹狀星雲(M1)是一個巨大的恆星的發光卷鬚，地球的觀察者發現該行星是由1000年前的恆星爆炸產生的。天文學家能夠推斷出星雲的膨脹率一部分原因是哈勃觀測結果。
美國國家航空航天局/美國宇航局/ Allison Loll和Jeff Hester (亞利桑那州國家大學)
在哈勃望遠鏡發射時，科學家僅僅統計了宇宙中的九顆行星（在冥王星降為矮行星之前）。自從20世紀90年代初以來，天文學家已經發現了超過4000顆圍繞其他恆星運轉的行星。雖然哈勃望遠鏡對這一發現僅貢獻較小，但它的光譜儀分析了一些系外行星的大氣。最令人感興趣的應該是在這些星球上發現了大量的水蒸氣。
恆星的壽命能達到幾百萬年，幾十億年，甚至幾萬億年，而太空望遠鏡使天文學家坐在前排研究來研究恆星演化的每個階段。類太陽恆星最終會從它的外層噴發產生一個稱為行星狀星雲的熾熱發光的死亡護罩，哈勃探索出這些美麗的結構，發現它們比以前的認識要複雜得多。許多類太陽恆星，不是呼出一個垂死的氣息，而是經歷多次死亡的陣痛。其複雜的形狀是隨著新噴射的氣體與舊噴發的物質相互作用而發展變化。
渦狀星系在哈勃的許多宇宙發現中起關鍵作用。宇宙島通過暗物質結合在一起，在它們的中心處有超大質量黑洞，有助於定義宇宙的膨脹率，並且憑藉暗能量以越來越快的速率彼此飛走。
美國宇航局/ ESA/S. Beckwith (STSCI) /哈勃遺產小組( STSCI/AURA)
巨型爆炸
並非所有恆星命中注定死於相對的平靜。那些誕生以來就擁有超越八倍於太陽質量的恆星，會以劇烈的超新星爆炸的方式從宇宙謝幕離開。這些巨大的爆炸將重元素的種子播種在宇宙中，同時也留下了其高度壓縮的恆星核——中子星或是黑洞。哈勃望遠鏡對這些爆炸的遺蹟進行觀測、研究，追蹤從爆炸中噴射出的元素，並且觀察它們的氣體卷鬚伴隨著漫長時間緩慢進行的演化。
也許最重要的是，空間望遠鏡已經追蹤到超新星1987A附近正在發展的遺蹟，1987年二月，超新星1987A這顆超級巨星爆炸於銀河系最大的伴星系——大麥哲倫星雲(LMC)中。過去的30年中，哈勃望遠鏡觀測到了這顆超新星爆炸時產生的爆震波於20,000年前點燃了被其前身星噴射出的氣體，並且還觀測到了萌芽中的超新星遺蹟已經成形。
獵犬座中的旋渦星系M106幫助我們確定了哈勃常數。圍繞其中心超大質量黑洞旋轉的水脈澤產生了旋渦距離，利用哈勃望遠鏡進行工作的科學家們得以用這個距離來幫助校準銀河系中的造父變星。
NASA/ESA/哈勃遺產團隊(STScI/AURA)/ R. Gendler(哈勃遺產團隊)
望遠鏡銳利的眼睛已經漫遊了整片大麥哲倫星雲(LMC)。對蜘蛛星雲——宇宙中已知最大的恆星形成區的調查研究——解開了一個有關蜘蛛星雲中心星系團的長期謎團。這個星系團的核心，被稱為R136a，它似乎是一顆重達1000倍甚至更多倍於太陽質量的恆星，遠遠大於天體物理學家所認為可能具有的大小。但是哈勃望遠鏡將星系團的稠密雲核分解成幾個較小的恆星。儘管許多恆星的質量超過了100個太陽質量之和，這使得它們成為已知最重的恆星俱樂部中的一員，但它們不再違反物理定律。哈勃望遠鏡的LMC觀測結果顯示，此望遠鏡可以憑藉同樣的細節觀察到以前只有在銀河系才可能做到的觀察鄰近星系中的物體。
黑洞幾乎無處不在
當哈勃望遠鏡窺探到更深邃的宇宙之時，它獲得了一個又一個新的發現。可能沒有什麼比確認黑洞的存在更能激發公眾的想像力了，黑洞在星系的演化過程中發揮著至關重要的作用。這一標誌性的成就出現在19世紀90年代，當時哈勃望遠鏡探測到有兩個位於室女座星系團附近最大的星系——M84和M87星系，這一由數千個星系的集合體距離地球約5000萬光年。科學家們用光譜儀去檢測這些星系核心的氣體快速運動之時，天文望遠鏡上顯示在每個星系的中心都潛伏著一個特大質量的黑洞，儘管早期的觀測暗示黑洞可能存在於一些星系中，但哈勃望遠鏡為此提供了鐵證。
和銀河系一樣，位于波江座內的NGC 1300是一個跨度超過10萬光年的棒旋星系，在這樣的星系中，旋臂從一個充滿恆星的棒旋星系的末端向外纏繞。
美國宇航局/歐洲空間局/哈勃遺產小組（空間望遠鏡研究所/大學天文研究聯合組織）
但更重要的是，哈勃發現特大質量的黑洞很常見。基本上每個星系都擁有密集的球狀恆星突起，圍繞恆星的中心承載著黑洞，這些黑洞的大小從矮行星系的10萬個太陽質量到最大宇宙島嶼的幾十億個太陽質量不等。哈勃還發現，黑洞與其宿主星系有著密切的聯繫：恆星膨脹和黑洞質量是同步增長的。當然，哈勃並沒有把目光局限在星系的中心，他經常去探測附近星系中被稱為造父變星的單個恆星，以此來確定宇宙的膨脹率。這個膨脹率在宇宙學中起著基礎性的作用，是以它的發現者——美國天文學家埃德溫·哈勃（Edwin Hubble）的名字命名的，並且還以他命名了太空望遠鏡。
造父變星在宇宙距離階梯上起著關鍵的作用，因為它們的脈動周期隨其本徵光度的變化而變化。觀察一個變星在天空中出現的亮度，你就可以計算出它距離地球有多遠，然後測量它的宿主星系從地球的退行速度，你就得到了膨脹率。哈勃30年的觀測表明，膨脹率為每秒73公裡每兆秒差距（1兆秒差距等於326萬光年）。奇怪的是，由歐洲空間局普朗克衛星的測量值為67，而科學家們至今還未找到縮小這一差距的方法。（見2019年6月出版的《宇宙學核心的張力》）
潮汐引力已經將相互作用的螺旋星系推出。雙鼠星系每16億年靠近一次，而現在已經開始第二次輪迴了。事實上，它們將逐漸合併成一個橢圓星系。
當從空間望遠鏡窺探宇宙時，通常會發現一個或兩個鄰居。事實上，哈伯發現星系之間的碰撞不僅僅局限於已知的規則。這些超乎尋常的現象通常發生在碰撞早期。比如說，渦狀星系[3]和它的鄰居NGC5195，只在最初的相互碰撞時留下微弱的痕跡。其他的星系，例如雙鼠星系，在長時間重力作用下發生變形並且產生長潮汐尾巴。還有諸如觸鬚星系[4]，正經歷較大的影響。此時，星系正逐漸失去自己的特徵，諸如星雲撞入其他星系並引起新星誕生的大漩渦。在講到星系碰撞，哈伯證實銀河系並不能例外。對我們最大的鄰居——仙女星系[5]進行仔細觀測後發現，它正和太陽系進行碰撞，而非簡單的經過。幾百萬年後，雙鼠星系或觸鬚星系的現在，就是這兩個龐然大物的將來。
頻繁的星系碰撞並不稀奇。畢竟哈伯望遠鏡的觀測顯示茫茫宇宙中有至少十億個星系。這個數字來自幾個「深空區」的望遠鏡——將鏡頭對準一小片空曠的天空，並連續觀測一段時間。每個深空區望遠鏡觀測到成千上萬個星系，從這些數據天文學家們可以估測到宇宙中星系的總數。
哈伯望遠鏡和它的大天文臺小夥伴——斯皮策空間望遠鏡，幫助明確了土星質量系外行星的方位。通過天文望遠鏡觀測則明確了水蒸氣和幾種重要物質的存在。
哈勃帶你看見「黑暗」的輪廓
哈勃望遠鏡敏銳的探測器僅能感應到天體發出的光線，但精明的科學家通過哈勃的探測結果，能夠鎖定主宰宇宙的暗物質的坐標。暗物質分外神秘，它們雖不發光，但其重力猶如凝膠，凝聚起單個星系和星系團。暗物質佔宇宙總質量的27%，這一佔比是構成恆星、行星和人類的普通物質總和的五倍以上。
儘管肉眼無法觀測到宇宙中的暗物質，但哈勃望遠鏡能夠繪製出其分布圖。當天文學家凝視著龐大的星系團時，常常能捕捉到一縷縷弧形光線，有時還能觀測到背景星系的多重像，這種多重像產生於前景星系的引力透鏡效應，這些透鏡放大和扭曲了較遠天體發出的光線。天文學家細緻分析哈勃觀測到的影像，並推算出要產生這樣的光線畸變，暗物質應處於什麼位置。
哈勃在軌運行的三十年間，一直在觀測1987A超新星爆炸產生的餘波。這顆前身星的殘骸釋放於2011年，其中心呈現出不規則的團狀，而環繞其外的耀眼光環則是由這顆恆星在20,000年以前釋放出來的物質組成，超新星的衝擊波照亮了這些物質。
儘管天文學家已經預料到哈勃的很多顯著發現，但哈勃最偉大的發現卻出人意料。目前有兩支研究團隊在觀測遠距離Ia型超新星，分別由加州大學伯克利分校的薩爾·波爾馬特（Saul Perlmutter）和澳大利亞國立大學的布萊恩·施密特（Brian Schmidt）牽頭。這些爆炸發生於雙星系統內，其間白矮星吸取巨大的紅矮星的能量。當白矮星的質量達到1.44個太陽質量時，便會發生爆炸。
因為la型超新星也幾乎起源於同一種前身星，所以它們的峰值光度互相匹配。因此，一旦天文學家分辨出這些超新星的亮度，他們立刻就可以計算出與之的距離。研究團隊發現，最遙遠的超新星爆炸強度弱於其距離理論上應對應的強度。唯一可以解釋這一點的是，也許存在某種力量，被稱為「暗能量」，正在加速宇宙的擴張。普朗克探測器顯示暗能量約佔宇宙總質量的68%，這標誌著宇宙，將會以持續增加速度不斷膨脹下去。儘管哈勃望遠鏡有其豐富的科學成就，但是透過它看到的美麗景象也是它重要的作品之一。當見證恆星從熾熱、閃爍微光的星雲一隅逐步形成，當目睹垂垂老矣的恆星周圍精緻纖弱的卷鬚，想到終有一天我們的太陽也會步此後塵，又或當看到周圍星系巨大的螺旋形結構時，又有誰不會為之動容呢？幾乎每一幀圖像都有其魅力，毫無疑問，這是源於它們反映了自然固有之美。而且，如果足夠幸運，這些美麗還將延續很多很多年。
哈勃望遠鏡（簡稱HST或哈勃）是一臺自1990年發射至近地軌道並且目前仍在使用的天文望遠鏡。它不是第一臺天文望遠鏡，但是它是最大、用途最廣的天文望遠鏡之一，並且憑藉其重要的研究工具和天文學公共關係利器的身份享譽全球。哈勃望遠鏡以天文學家埃德溫 哈勃命名，與康普頓伽馬射線天文臺，錢德拉X射線天文臺並稱NASA最偉大的天文臺。它配有一個2.4米（7.9英尺）的反射鏡，其四個主要儀器在電磁光譜的紫外、可見和近紅外區域進行觀測。哈勃望遠鏡的軌道位於扭曲的大氣層之外，這一點使得它可以用比地面望遠鏡低的背景光捕捉極高精度的圖像。它已經記錄下的一些最詳細的可見光圖像，給予我們一個深度觀察宇宙的機會。哈勃的許多觀測結果帶來了天體物理學的突破，例如確定了宇宙的膨脹率。
作者：Richard Talcott
FY：Astronomical volunteer team
如有相關內容侵權，請於三十日以內聯繫作者刪除
轉載還請取得授權，並注意保持完整性和註明出處