「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?