哈勃30周歲了!它讓人類的視線穿越塵埃,抵達星海

2020-11-29 騰訊網

「隱藏寶石」,哈勃空間望遠鏡30周年日曆封面圖/NASA, ESA

由於地球厚厚的大氣層,地球上的望遠鏡在觀測過程中,會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,隨著航天技術的發展,空間望遠鏡應運而生。

但雖然空間望遠鏡很多,成為「哈勃」的卻絕無僅有。

1990年4月24日,發現號太空梭帶著哈勃空間望遠鏡從地球上起飛的時候,沒有人能預料到哈勃會在接下來的30年裡看到什麼奇蹟。如今,通過這隻「太空巨眼」,我們的視線早已穿過太陽系,抵達遙遠的星海深處。

哈勃空間望遠鏡/Hubble Space Telescope/HST

生日:1990年4月24日

出生地點:美國甘迺迪航天發射中心

重 量:11,000 千克

運行高度:距離地面約575公裡上空

我的名字是「哈勃」

哈勃空間望遠鏡以著名天文學家愛德溫·哈勃命名,是一枚在近地軌道上運行的光學空間望遠鏡。

愛德溫·鮑威爾·哈勃/Edwin Powell Hubble

1889年11月20日-1953年9月28日

美國著名天文學家哈勃證實了銀河系外其他星系的存在,並發現了大多數星系都存在紅移的現象,建立了哈勃定律,是宇宙膨脹的有力證據。哈勃是公認的星系天文學創始人和觀測宇宙學的開拓者。並被天文學界尊稱為星系天文學之父。為紀念哈勃的貢獻,小行星2069、月球上的哈勃環形山以及著名的哈勃太空望遠鏡均以他的名字來命名。

它最初的目標是至少進行5-10年的觀測,畢竟太空對於一切天然和人造事物來說都是十分嚴酷的環境:除了物體之間的破壞性碰撞,電子設備與電離的上層大氣之間的反應也會導致儀器無法正常工作,來自太陽的紫外線(UV)輻射會導致所有固體材料劣化,近地軌道物體的溫度波動也會給組件帶來壓力……不過儘管存在著如此這般的諸多阻礙,入軌後「哈勃」一直勤勉工作,觀測超過130萬次,並將於2020年4月24日,也就是明天,迎來自己的30歲生日。

對於人類來說,30歲不過而立之年,但對於空間望遠鏡來說,要以dog's age來算,它早已經年逾古稀,相當長壽!當然,「哈勃」長壽的背後,離不開太空人們對其進行的幾次精心維護。2009年太空梭完成最後一次維護任務之後至今,它再未出現過重大故障。

1993年12月,哈勃空間望遠鏡的第一次維修任務,通過光學系統維修修正了主鏡的球面像差問題 圖/NASA

時代「明星」

哈勃空間望遠鏡能夠成為科學史上的裡程碑,離不開眾多至關重要的因素。

首先它位於地球大氣層之上,作為空間望遠鏡,它可以避免大氣對自身接收到的光線的扭曲,這是一個巨大的優勢。

除了可以進行紫外波段觀測之外、由於沒有大氣湍流的幹擾,哈勃空間望遠鏡在光學波段獲得了極限解析度,使得它優於同口徑甚至於不少更大地基望遠鏡的空間解析度。雖然在地面望遠鏡自適應光學的發展下,這種優勢並沒有成為壓倒性的獨特特徵。然而,對於最大的地面望遠鏡上的自適應光學系統來說,「哈勃」小視場(FOVs)的實際局限性確實使得以約0.1角秒的空間解析度對約5-10角秒之上的視場進行成像成為「哈勃」的獨有領域。這一「發現領域」為上一代天體物理學眾多領域帶來了諸多引人注目的進展。

「哈勃」最具標誌性和最受歡迎的圖像之一:鷹狀星雲中的創生之柱 圖/NASA, ESA

哈勃空間望遠鏡成為全球性話題望遠鏡的另一個原因或許和歐空局ESA的參與相關。由於天文學本身的國際性質,真正重大的發現往往是由科學家們廣泛使用設備進行觀測促成的。「哈勃」的國際合作促成了空間望遠鏡研究所(STScI)與其它多數重要天文臺和研究所之間直接交流渠道的建立,世界上絕大多數的天文學家們都對「哈勃」有所了解或參與其中,這或許也是「哈勃」高科學產出的部分因素。

螺旋星系M100圖/NASA/ESA哈勃太空望遠鏡

在第一次維護任務糾正了空間望遠鏡的光學問題之後,哈勃空間望遠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,尤其是年輕的學生群體。通過這些影像所揭示的科學知識徹底改寫了人們的宇宙認知,以媒體和網際網路為中心的大型外展和科普傳播,形成了獨特的「哈勃」文化現象。

環形星雲M57 圖/NASA, ESA,C.Robert O『Dell

哈勃空間望遠鏡在軌觀測30年的珍貴遺產更是那些改變了我們對宇宙認知的重大發現。

哈勃深場第一次讓我們知道了可見宇宙當中有多少個星系以及星星的數目,同時也讓我們更加深入地知道了遙遠星系的演化;遙遠超新星的觀測幫助我們首次了解到宇宙從60億年前開始加速膨脹;子彈星系團的觀測為我們提供了直接的暗物質存在的證據。當然,哈勃的每次觀測都給我們很多的驚喜。正是憑藉著「哈勃」能看到紫外線、可見光和近紅外光的敏銳眼睛,並且身處太空沒有任何幹擾,人類才有了這樣多開創性的發現。

哈勃極深場(XDF)影像圖/NASA, ESA

退休以後我想去……

今天,30歲的「哈勃」不得不面對老化導致的陀螺儀性能和探測器靈敏度下降等等困難,但勤勉如它,仍然可以良好運行。人們也已經有了一些應對方案,比如通過更長時間的觀測來彌補儀器靈敏度的降低和望遠鏡對目標鎖定能力的下降帶來的影響。使用「哈勃」數據發表的論文和被引用的論文數量仍在持續增加,即使望遠鏡最終關閉運行,它的數據檔案庫也會成為一座天文學的豐碑,被人們繼續使用數十年——就像20世紀50年代標誌性的帕洛瑪天圖(PSS)一樣。

由於太空梭都已退役,「哈勃」將不會再得到維修,它將繼續工作直到儀器和電子硬體徹底壞掉。2009年的最後一次哈勃維護任務時,航天員在望遠鏡後端安裝了一個環形結構,可以用來連接脫離軌道推進裝置,點火減速,讓它最終無害地墜入海洋。

當哈勃空間望遠鏡結束它的觀測生涯,我們將寄希望於下一個時代:接班人韋布空間望遠鏡(JWST)。

左側:韋布空間望遠鏡;右側:哈勃空間望遠鏡圖/NASA, ESA

因為JWST更寬的波長覆蓋範圍以及孔徑遮擋幹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觀測同一個目標能給我們提供分析能力更強的數據,產生巨大的科學價值。幸運的是,我們相信「哈勃」可以繼續運行到JWST時代,期待兩個望遠鏡可以像人類的一雙眼一樣,同時觀測整個宇宙。

海山二的宇宙煙花 Eta Carinae圖/NASA、ESA、N.Smith、J.Morse

「『哈勃』,生日快樂!」

你生日那天,哈勃在看什麼?

相關焦點

  • 哈勃望遠鏡,絕美的30年
    每當夜晚,抬頭仰望夜空,璀璨的星空總是會帶領我們的思緒和想像穿越星河,奔向遙遠的太空。宇宙寄託了我們太多的想像,它浩瀚瑰麗,神秘壯闊,遙不可及又讓我們嚮往不已。天文學家愛德華哈勃曾說過:「我們不知道為什麼自己會生在這個世上,但我們可以努力去探索這個世界的模樣」。
  • 30年30圖!哈勃太空望遠鏡眼中宇宙美爆了
    1990年4月24日,哈勃太空望遠鏡搭乘著發現號太空梭一飛沖天,開啟一段偉大的太空探索傳奇。轉眼之間,哈勃已經服役了30年,年紀比很多讀者都還大。過去30年裡,哈勃就像人類觀望宇宙的天眼,憑藉無與倫比的性能,窺探無窮的宇宙奧秘,讓每一位凡夫俗子都有機會好好欣賞塵世之外的曼妙風光。
  • 哈勃望遠鏡,捕捉星光的30年
    每當夜晚,抬頭仰望夜空,璀璨的星空總是會帶領我們的思緒和想像穿越星河,奔向遙遠的太空。宇宙寄託了我們太多的想像,它浩瀚瑰麗,神秘壯闊,遙不可及又讓我們嚮往不已。天文學家愛德華哈勃曾說過:「我們不知道為什麼自己會生在這個世上,但我們可以努力去探索這個世界的模樣」。
  • 「哈勃」望遠鏡30歲了 外媒:改變人類對宇宙認知
    參考消息網4月26日報導 外媒稱,「哈勃」太空望遠鏡於30年前的4月24日發射升空。在這30年間,它一直發揮著重要作用,使人類對宇宙的理解發生了革命性變化,並拍攝了無數非凡而神秘的美妙圖像。據埃菲社4月24日報導,這臺以美國天文學家埃德溫·哈勃名字命名的太空望遠鏡,於1990年4月24日搭乘「發現」號太空梭從卡納維拉爾角發射升空,此後在距離地面560公裡左右的軌道上運行。美國天文學家、科普作家卡爾·薩根曾寫道:「宇宙的大小和年齡超出了人類的認知範圍,我們的行星家園只是浩瀚與永恆之中微不足道的一個點。」
  • 哈勃望遠鏡30年,為人類揭開的那些宇宙秘密
    1990年4月24日,人們發射哈勃太空望遠鏡到地球軌道,位於地球大氣層之上的望遠鏡將不再受到光模糊效應的影響。30年的歷程,哈勃太空望遠鏡拍攝下了許多經典的宇宙瞬間,它傳回了前所未見的美麗景象,這些都可以在紀錄片《哈勃三十年:揭示宇宙奇觀》中看到。
  • 哈勃升空30周年:改變人類對宇宙認識,哈勃是怎樣做到的?
    記錄了哈勃望遠鏡三十年來的一些重大科學發現,也是哈勃望遠鏡三十周年的生日禮物。哈勃太空的發射,是天文學內令人印象深刻的裡程碑。而它設計壽命只有10年,它之所以能走過三十年,是因為這三十年來一直有太空梭對其觀測儀器進行維修和升級。哈勃太空望遠鏡於1990年4月24日發射升空。
  • 為什麼哈勃太空望遠鏡只花30年時間,就改變了人類對宇宙的理解?
    截至目前,哈勃太空望遠鏡已經在其既定的軌道上為全人類服務30年,這個數字並不只是它壽命長短的體現,而源源不斷地向地球回傳億萬光年外的神秘信息才是其最大的價值。比如,被稱為最全宇宙圖譜的「哈勃遺產場」(HLF),涉及了26.5萬個星系的7500張星空照片,尤其是其中過百億年齡的星系,更為科學家們了解早期宇宙提供了重要信息。
  • 30年來哈勃望遠鏡為人類做了什麼,超額完成使命的它,即將退役?
    人類之所以能夠探索宇宙的時空,少不了哈勃望遠鏡30年來的風雨歷程。哈勃望遠鏡拍攝的星空圖之一因為光速是有限的,由於哈勃望遠鏡可以看得很遠,它也就能看到更早之前的景象了。那麼,哈勃能觀測到多遠的宇宙呢?哈勃望遠鏡的主鏡口徑為2.4米,它的觀測波段是近紅外線 可見光以及紫外線,極限分辨角大約為0.05角秒。
  • 哈勃30周年——從測定宇宙年齡到發現黑洞,人類文明史上的英雄!
    「哈勃望遠鏡是人類精神力量的偉大證明,因為它帶領我們探知未知區域。」——霍金哈勃太空望遠鏡,屬於光學望遠鏡,可以直接進行成像。上世紀60年代,萊曼·斯皮策提出了在太空建造望遠鏡的想法,然後展開了後續的準備。其實,哈勃望遠鏡和天文學家哈勃本人並沒有什麼聯繫,而是為了紀念這位偉大的天文學家。
  • 哈勃空間望遠鏡升空30周年,歷年哈勃官方生日賀圖巡禮(上)
    30年前,1990年哈勃空間望遠鏡升空,為人類打開一個凝視深空的大眼,這臺兩米多口徑的光學望遠鏡由於避開了地面濃密的大氣,本將成為人類最清晰的千裡眼。可惜發射升空後才發現由於加工過程的失誤,它的焦點不對,成像相當模糊,在升空三年後,NASA科學家才修復了這個問題,人類終於擁有了一隻看向深空的眼睛,修復前後的效果見圖: 在哈勃空間望遠鏡修復後,哈勃有了比較清晰的圖像,於是,在1995年5月,升空的四年後,哈勃發布了這張海王星圖片,1994年10月10日到11月2日拍攝的三張海王星圖片,記錄了上面的氣候變化情況。
  • 哈勃望遠鏡迎來30歲生日,來看看你生日當天的宇宙照片
    ​2020年4月24日,哈勃望遠鏡30歲生日,NASA提供了366天哈勃望遠鏡拍攝的宇宙照片作為慶祝這張哈勃超深場的圖像包含了紅外觀測,這使得哈勃能夠比以前更深入地觀察宇宙。在這張圖片中,最左邊的星系幾乎是在我們的視線邊緣,並以一個平滑的星光環為特徵。最右邊的星系展示了一個密集恆星形成的塊狀藍色環。
  • 30張高清賀圖,獻給哈勃望遠鏡30周年:宇宙探秘
    ·哈勃的名字命名,它是美國宇航局NASA歷時十幾年,共耗資30億美元打造的一臺太空光學望遠鏡,能觀測到100億光年之外的星體,被人們譽為「太空天文臺」。這裡精選哈勃望遠鏡30年來拍到的30張高清宇宙大圖,以賀哈勃升空30周年:一、星系大碰撞。哈勃發射後就沒停止過維修,在2002年換裝先進巡天照相機後的第二年,就是在2004年拍下了第一張星空美圖。下圖就是兩個星系碰撞的震撼場景,其中一個星系中心的大黑洞可能會被重力輻射爆甩出去。
  • 30張高清賀圖,獻給哈勃望遠鏡30周年:宇宙探秘
    哈勃望遠鏡是以美國著名的天文學家艾德溫·哈勃的名字命名,它是美國宇航局NASA歷時十幾年,共耗資30億美元打造的一臺太空光學望遠鏡,能觀測到100億光年之外的星體,被人們譽為「太空天文臺」。哈勃望遠鏡讓廣大民眾都熟知了「黑洞」、「超新星爆發」、「暗能量」「暗物質」、「宇宙大爆炸」、「宇宙微波背景輻射」...最遠的還有130億光年外的最原始星系。這裡精選哈勃望遠鏡30年來拍到的30張高清宇宙大圖,以賀哈勃升空30周年:一、星系大碰撞。
  • 哈勃望遠鏡30年30張經典照片,讓我們重新認識宇宙
    這次任務中沒有太空人,但將要送往近地軌道的對象,卻在此後的30年間徹底改變了我們對宇宙的認識。這就是史上功能最強,同時也是最為成功的光學望遠鏡——哈勃空間望遠鏡。如今,早已超出設計壽命的哈勃空間望遠鏡仍在超齡服役,為我們拍下大至星系團,小到行星與衛星的宇宙萬象。在哈勃望遠鏡即將迎來30歲生日時,NASA官方選出了「哈勃30年的30張照片」。
  • 哈勃太空望遠鏡30歲生日快樂!我們看到的宇宙因你而不同
    重新認識宇宙 30年來,哈勃太空望遠鏡深刻改變了我們對宇宙的認識,說它是有史以來最成功的太空項目毫不為過。哈勃太空望遠鏡的觀測,覆蓋了人類研究宇宙的各個層次:大到宇宙尺度,小到如小行星和彗星這樣的天體。
  • 哈勃太空望遠鏡給出一種新解釋!
    有意思的是,據美國宇航局NASA報導,哈勃太空望遠鏡的觀測給出了另外一種解釋。 哈勃的觀測數據表明,參宿四可能經歷了一次驚人爆發,向外拋射的物質在地球方向上形成一片塵埃雲,遮擋了它的大量光線。研究人員認為,塵埃雲的形成機制大致是這樣的:參宿四表面的一處大型對流單元爆發出超熱等離子體,當它們穿越恆星高溫大氣抵達溫度較低的外層時,冷卻形成塵埃顆粒。
  • 哈勃太空望遠鏡給出一種新解釋
    有意思的是,據美國宇航局NASA報導,哈勃哈勃的觀測數據表明,參宿四可能經歷了一次驚人爆發,向外拋射的物質在地球方向上形成一片塵埃雲,遮擋了它的大量光線。研究人員認為,塵埃雲的形成機制大致是這樣的:參宿四表面的一處大型對流單元爆發出超熱等離子體,當它們穿越恆星高溫大氣抵達溫度較低的外層時,冷卻形成塵埃顆粒。
  • 哈勃太空望遠鏡已經運行30年,為什麼還能繼續充當人類的眼睛?
    作者:文/虞子期 毫無疑問,從1990年4月24日哈勃太空望遠鏡成功發射升空的那一天開始,它就成為了人類探索宇宙物體的一雙「大眼睛」。並且,科學家們還表示:至今已有30年「工齡」的哈勃太空望遠鏡,在其失去探測能力之前會一直為人類的宇宙探索事業繼續工作。
  • 哈勃望遠鏡拍攝的宇宙美景,最後一張是哈勃望遠鏡的30歲生日禮物
    1994年4月24日哈勃望遠鏡發射升空,時至今日它已經在太空中工作了整整30年。一起來看看哈勃望遠鏡帶給我們那些美麗的宇宙美景呢?這是蟹狀星雲。它位於銀河系,距離地區6500光年。它是一顆恆星在超新星爆發後留下的殘骸,直徑12光年。
  • 哈勃望遠鏡顯示:新智彗星在掠日飛行中倖存下來
    隨後,它又重返外太空,離開了我們的視線。現在,來自美國航空航天局哈勃太空望遠鏡的近距離照片顯示,新智彗星在掠日飛行的過程中完好無損地倖存下來,而且可能在下一次重複這段軌道時——也就是大約6800年後——重新回到地球的天空。