Amy Tyndall 文 Shea 編譯
哈勃空間望遠鏡已瞭望宇宙四分之一個世紀。下面將羅列出它所做出的一些最令人難以置信的發現。
25年前，迄今最著名且最令人驚嘆的技術成就之一——哈勃空間望遠鏡——發射升空。
1990年，「發現」號太空梭將「哈勃」送入低地球軌道，自那時起至今它一直在不斷地瞭望宇宙。它的觀測涵蓋從紫外線、可見光到紅外線，為天文學家打開了一扇通向宇宙的前所未有的窗口。
那麼，從它所拍攝的震撼照片中，科學家們究竟做出了哪些發現呢？下面列出了其中的10個。
看上去模糊不清的星系是宇宙中最劇烈爆發事件的所在地的，這些高能現象被稱為γ射線暴。由於數量稀少——在一個典型的星系中每過數百萬年才會出現1次，這些爆發現象的成因就成為了一個謎題。然而，它們在幾秒衝內所釋放出的能量卻與太陽在100億年的時間裡所發出的相當。
2013年6月3日，美國宇航局的雨燕衛星發現了一個持續時間僅十分之一秒的γ射線暴。10天後，當「哈勃」對其進行觀測時，在發生爆發的地方發現了一個紅外光源。但到7月3日，它就變暗消失。這一消失的光芒是另一種宇宙爆炸的餘輝，它被認為是兩顆極端緻密的中子星發生碰撞所產生的。
由於這一餘輝和γ射線暴出現在相同的位置上，它有力地證明了短時間γ射線暴很可能是由於中子星之間的碰撞所引發的。在對這一現象的研究中，「哈勃」起到了至關重要的作用。雖然是「雨燕」發現了這個特別的短時間γ射線暴並由地面上的望遠鏡測定了它的精確位置和距離，但只有「哈勃」才能觀測到其暗弱的餘輝。
1994年7月16日，隨著舒梅克-列維9號彗星的21塊殘骸相繼撞上木星，地面和太空中的望遠鏡都指向了它。這些撞擊在木星的大氣層中所留下的疤痕持續存在了差不多1個月。
「哈勃」的觀測為木星的大氣層提供了大量有用的信息。最大的撞擊在木星的大氣中激起了明顯的波浪，就像池塘裡的漣漪。由此，可以推斷出其大氣深處和雲層下方水的狀況。
雖然地面天文臺也有參與，但「哈勃」是唯一一個可以全天候在整個波段進行觀測的望遠鏡。對於觀測撞擊產生的塵埃以及氣溶膠而言，紫外成像尤為重要。在此後數月甚至數年的時間裡，「哈勃」對木星大氣高層的撞擊遺蹟和分子進行了監測。
看上去就像一個個小島，在獵戶星雲中有許多盤狀的低溫塵埃和氣體雲，它們是新生恆星形成時所遺留下的。雖然這其中的一部分物質會隨著時間的推移而流失，但另一些則會聚集成鵝卵石大小的顆粒，並最終形成行星。由此，它們被稱為原行星盤。
通過研究原行星盤，天文學家希望能夠更多地了解地球和其他行星的形成過程，因為它們看上去就像是仍處於最初階段的太陽系。地面望遠鏡此前已觀測到了這些天體，但一開始認為它們是恆星。早在18世紀就有觀點認為它們是圍繞恆星的物質盤，但直到20世紀80年代末當天文學家探測出其分子組成之後才得到確認。
「哈勃」則給出了突破性的進展，首次直接拍攝到了獵戶星雲中大量原行星盤的圖像。
在「哈勃」發射之前，就宇宙年齡是100億年還是200億年有著激烈的爭論。為了平息爭論，天文學家需要測量造父變星——一種會脈動的恆星，其亮度會在數天到數月的時間裡增亮和變暗。通過確定造父變星的亮度和它脈動周期之間的關係，就能夠估計它的距離。造父變星是測量星系距離的最精確方法，因此也為測定宇宙的膨脹速度提供了最準確的方法。
「哈勃」的高解析度使得天文學家在24個近距星系中發現了超過800顆的造父變星。「哈勃」的這些測量幫助確定宇宙年齡為138億年。
[圖片說明]：通過對旋渦星系NGC 3021中造父變星以及超新星的觀測，哈勃空間望遠鏡正在以更高的精度測定哈勃常數和宇宙的年齡。版權：NASA/ESA/A. Riess (STScI)。
要找到黑洞是很難的一件事情。它們的引力是如此之強，即使是光也無法從那裡逃逸，使得它們變得「不可見」。但是，通過測量黑洞周圍物質的運動，由此可以利用引力定律來計算出它的質量。如果算出的質量超過了那裡可見恆星的質量，那其他的部分則可能源於黑洞。
20世紀90年代初，天文學家懷疑在一些星系的中心存在超大質量黑洞。發射後不久，以其5倍於地面觀測的解析度，「哈勃」證實了此前的猜測。憑藉其測量黑洞周圍氣體和恆星速度的能力，「哈勃」也由此成為了「黑洞獵人」。
它觀測到的結果令所有人都感到驚訝。超大質量黑洞的半徑與我們的太陽系相當，但它所只能直接影響極其靠近星系中心區域內的恆星和氣體。這表明星系及其中心的黑洞是一同生長的。「哈勃」也由此把超大質量黑洞從一種另類的天體變成了星系形成過程中不可或缺的一部分。
[圖片說明]：哈勃空間望遠鏡的觀測顯示在大質量星系的中心一般都存在一個超大質量黑洞，後者往往還會射出噴流。版權：NASA/The Hubble Heritage Team (STScI/AURA)。
在我們的宇宙中還存在一些看不見的物質，即暗物質。我們所能看見的星系、恆星和行星僅佔宇宙物質的15%。剩餘的85%則是暗物質，它們既不發出也不吸收任何波長的輻射。
為了了解暗物質在宇宙中的分布，「哈勃」和地面上的望遠鏡一起觀測了50萬個星系。當光線在宇宙中傳播的時候，它會穿過所有在其進行路線上的暗物質，由此這些暗物質也會在它的軌跡上留下特有的印跡。從地球上，你無法看到極其遙遠且暗弱的星系，因為地球大氣會抹掉它們的細節。這正是「哈勃」發揮用武之地的地方。
暗物質會彎曲光線，使得星系的形狀發生扭曲，這被稱為引力透鏡效應。通過觀測這一效應，就能推斷出暗物質所在的位置。由於暗物質充當了宇宙的骨架——可見的星系都是沿著這一骨架而形成和生長的，因此知道暗物質的分布是認識宇宙結構的根本。
[圖片說明]：哈勃空間望遠鏡對子彈星系團的觀測為暗物質的特性提供了重要的線索。版權：NASA/ESA/CXC/M. Bradac (UCSB)/S. Allen (Stanford Univ.)。
球狀星團是數以十萬計的恆星在引力的束縛下所構成的一個緊密集合。多年來，天文學家曾經一直認為其內部的恆星必定非常相似，因為它們都形成於同一片塵埃雲。但在2005年，「哈勃」測量了球狀星團NGC 2808內恆星的亮度和顏色，卻發現了3個不同世代的恆星。
球狀星團的年齡可以高達135億年，只比宇宙的年齡小3億年，它們是宇宙學的試金石，也是認識宇宙中恆星形成和化學演化的理想實驗室。在天文學中，恆星的不同世代也被稱為星族，標誌著其化學組成、年齡以及在球狀星團中的位置。
「哈勃」的高解析度圖像使得天文學家可以深入NGC 2808緻密的核心區，對大量的恆星進行測量，這是地面上的望遠鏡所做不到的。「哈勃」在可見光和紫外波段上的觀測能力也使得它可以更容易地發現不同星族的恆星、追蹤它們的演化路徑。
現在「哈勃」已觀測了超過60個的球狀星團，幾乎已達銀河系中已知球狀星團的半數。初步結果顯示，它們都擁有多個星族。
截至2015年2月，在其他恆星的周圍已發現了1 890顆行星。我們至今還未能拍攝到這些太陽系外行星的動人影像，但「哈勃」卻第一次對它們的大氣進行了探測。
HD 209458-b是一顆距離地球150光年的行星。它到宿主恆星的距離只有640萬千米，因此溫度高達到1 100℃。當它運動到恆星前方的時候，恆星的一部分星光會穿過它的大氣。藉由一臺攝譜儀，天文學家可以把這些光打散成不同波長的成分，即光譜。
這裡的關鍵是測量有行星和沒有行星從恆星前方經過時的光譜，通過對它們進行比較，就可以發現當有行星遮擋恆星圓面時所出現的新特徵。這要求對這一大氣吸收效應進行測量的平臺極其的穩定，有「哈勃」才能做到。
通過這一方法，2001年在太陽系外行星的大氣第一次探測到了鈉元素的跡象。這一方法現在已成為了研究太陽系外行星大氣的標準方法，而「哈勃」也已對數十顆太陽系外行星進行了類似的觀測。
[圖片說明]：哈勃空間望遠鏡在太陽系外行星HD 189733b的大氣中探測到水蒸氣和甲烷的藝術概念圖。版權：NASA/ESA/G. Bacon (STScI)。
擁有超新星的星系促成了近年來最廣為被人議論的天文發現之一。這不僅是宇宙膨脹在加速，更關乎驅動這一加速的「暗能量」。
1998年，天文學家公布了超新星的亮度隨時間變化的新數據。結果顯示，最遙遠超新星所發出的光比預期的更加暗弱、紅移也更強，意味著它們比天文學家計算的還要更為遙遠。這一結果直接有悖於此前的觀點，它認為物質的引力會使得宇宙的膨脹速度放緩。但新的觀測結果卻表明，宇宙的膨脹並沒有放緩，而是在加速。
「哈勃」在其中扮演了關鍵的角色，它為天文學家提供了他們想觀測的3顆超新星的數據，為最終的發現提供了關鍵的支撐作用。 畢竟，如此不凡的結果必定需要不凡的證據，而這一錘定音的證據便來自「哈勃」。
通過發現並精確測量另外16顆遠在100億光年之外的超新星，「哈勃」不僅確認了這一加速膨脹，還發現宇宙的膨脹如預計地那樣在更早的時候確實存在減速。
在宇宙膨脹且物質擴散開的時候，要克服引力，必須要有某些東西來提供斥力。這就是暗能量，它佔據了整個宇宙大約75％。哈勃的觀測顯示，我們今天所看到的加速始於約50億年前。
[圖片說明]：哈勃空間望遠鏡對遙遠宇宙中超新星的觀測確認了宇宙的膨脹在加速。版權：NASA/ESA/A. Riess (STScI)。
「哈勃」的深場觀測徹底地改變了我們對遙遠的宇宙認識。作為它所拍攝的最著名照片之一，哈勃深場對準的是大熊座中的一小片天區。它所涵蓋的面積還不到整個天空1/40 000，但「哈勃」卻在其中揭示出了約3 000個星系，為天文學家打開了一扇通往宇宙過去的重要窗口。
曾有人預言，從如此遙遠的天體所發出的光會嚴重地彌散開，使得其亮度下降到無法被觀測到的程度。「哈勃」的結果無疑有力地證明這個預言是錯誤的。通過342次、總時間超過100小時的曝光，「哈勃」所拍攝的這幅影像彰顯了它的威力，揭示出了前所未見的星系的大量細節和結構。
許多天文學家一開懷疑，把「哈勃」指向天空中的一個地方並進行長時間曝光，能獲得多少有用的信息。但結果證明，這是非常有效的探測方法。在「哈勃」的觀測能力得到升級之後，哈勃超深場觀測在其深場觀測的基礎上又向前邁進了一步。
今天，天文學家已經觀測到了位於宇宙年齡僅5億年處的星系。由此，通過測量星系大小、形狀和顏色隨時間的變化，就能直接給出它們的演化圖譜。在從X射線到射電望遠鏡也加入到對哈勃深場的觀測以來，這些天區已經成為了研究星系演化的風水寶地。它是任何一架望遠鏡有史以來所能做出的最重要的發現之一！
[圖片說明]：哈勃空間望遠鏡的深場觀測揭示了星系隨宇宙時間的演化。版權：NASA/ESA/G. Illingworth (UCO/Lick Obs. & UCSC)/R. Bouwens (UCO/Lick Obs. & Leiden Univ.)/HUDF09 Team。
2009年，太空人對「哈勃」進行了最後一次維修任務，預計它可以一直工作到2020年左右。之後，「哈勃」最終將會落入地球大氣層燒毀，以一團榮耀之光的形式來結束其輝煌的使命。
萬眾矚目的詹姆斯·韋布空間望遠鏡計劃於2018年發射，但它不會直接替代「哈勃」。儘管有著幾乎3倍於「哈勃」的直徑，但「韋布」的解析度卻與「哈勃」的相當，因為它工作在另一個不同的波長上——紅外波段。這將使得它能觀測到此前無法看到的低溫和多塵天體的驚人細節，讓天文學家能進一步深入太空並回溯時間。