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。
那麼，你是否了解：在哈勃太空望遠鏡已經運行30年之久以後，為什麼還能繼續充當人類觀測宇宙的眼睛？而被稱為「宇宙之眼」的哈勃太空望遠鏡，又是如何打開人類觀測宇宙的視野、並通過自己的實際觀測證據，直接改寫了人類過去幾百萬年對宇宙的認知？
預期壽命只有十年的哈勃太空望遠鏡，為什麼已經正常運行30年？
哈勃太空望遠鏡也被歸類為卡塞格林反射鏡，雖然它拍攝的許多照片都廣為人知，但並不是所有人都了解，它的預期壽命其實只有10年。但是，正如我們現在看到的這樣，哈勃太空望遠鏡不僅完美的為人類宇宙探索事業工作了十年，哪怕截至目前已經不停運行了30年的時間，它依然在不停的給我們帶回各種意想不到的驚喜發現。
而之所以哈勃太空望遠鏡可以觀測到人眼無法看到的這些信息，本質上是因為它能夠捕獲到人眼無法觀察到的波長，包括紫外光，它擁有比地面望遠鏡更寬的電磁頻譜範圍。而且，哈勃太空望遠鏡所處的位置，也完美避開了地球大氣層會造成的模糊效應，哪怕是直徑只有0.05弧秒的宇宙物體也逃不過它的眼睛。科學家們也表示，只要哈勃太空望遠鏡還能繼續進行宇宙探測任務，便不會主動將其換下，直到正常運行的最後一刻為止。
當然，這個時候你可能會有些好奇了，為什麼一個預計只能工作10年的天文望遠鏡，竟然還可以在30年之後依然正常運轉。其實，這跟哈勃太空望遠鏡的設計有很大關係，因為，科學家們可以根據它存在的問題來進行維修和改進，包括使用更新的觀測儀器。
哈勃太空望遠鏡的誕生經歷了漫長而艱難的數十年時間，雖然早在1946年的時候有了初步構想，但過程中也因為各種問題而被一再推遲。而哈勃成功發射的開始，便遭遇了主鏡存在球面像差，從而導致瞭望遠鏡本身的觀測能力下降的問題，再加上探測技術也會隨著時間而進步，所以，才會有了太空人之後的連續多次維修和完善任務。
五次維修和升級-哈勃太空望遠鏡如何打開人類觀測宇宙的視野？
1993年哈勃進行了第一次維護：在距離哈勃太空望遠鏡升空大約3年之後，太空人對其進行了一次維修和升級的操作。首先，太空人對技術相對已經比較落後的廣角和行星照相儀進行了移除，然後，太空人緊接著就安裝了2號廣角和行星照相儀，這兩者之間的交替主要是為了實現功能上的提升。
或許很多人並不了解，其實早在20世紀00年代的時候，埃德溫·哈勃就發現了宇宙的膨脹會產生紅移現象，而偏移的程度則取決於距離的大小。 簡而言之，也正是由於紅移現象的存在，那些遙遠星系中的光都被移動到了紅外光。這個與埃德溫·哈勃同名的哈勃太空望遠鏡，便是通過自己的光學儀器拍攝出了NHDF，也就是所謂的「北哈勃深場」 小區域夜空影像。
1997年哈勃進行了第二次改造：時隔七年之後，也就是哈勃首次維護四年之後，搭乘「發現號」太空梭的7名美國太空人，再次對哈勃太空望遠鏡進行了改造。而這次升級的主要目的則是實現深空觀測，尤其是那些有恆星正在形成的特殊區域。
在這次執行任務的過程中，太空人們不僅對哈勃的圖像攝譜儀、多目標分光儀和紅外照相機等設備進行了更換，與此同時，還對哈勃望遠鏡上已經剝落的絕緣層進行了修補。簡單來說，此次改造任務一共涉及到了一種設備維修，以及11種設備的更換升級，維護力度遠超第一次。
1999年哈勃迎來了自己的第三次維修和升級：雖然執行此次更換任務的仍然是發現號，但維護內容卻與之前的兩次完全不同。一方面，太空人們更換瞭望遠鏡上的所有陀螺儀，以及計算器和導星傳感器。
另一方面，太空人們同時還對絕熱的毯子進行了替換，並通過一套新的溫度/電壓改善工具來避免電池出現溫度過高的情況。也就是說，這一次更像是對在此之前使用已久的構造部分進行替換，並對當時存在的問題進行了完善。
2001年哈勃太空望遠鏡進行了第四次完善：這一次科學家們用來執行任務的太空梭不再是發現號，而是通過哥倫比亞號太空梭來對哈勃進行第四次完善。而就完善內容來說，太空人們主要是安裝了測繪照相機，對工作了十多年的電力控制裝置，以及太陽能電池板進行了更換，然後對多目標分光機和處於休眠狀態的近紅外照相機進行了激活。
2009年是哈勃迄今為止的最近一次維護：在這一次哈勃維護和升級任務中，科學家們不僅對其現有的STIS（太空望遠鏡成像光譜儀）和ACS（高級巡天相機）進行問題維修，更換了使用長達18年之久的電池。而且還在哈勃太空望遠鏡上加裝了寬視場相機3，安裝上了用來控制望哈勃指向的6個新陀螺儀和可以輔助哈勃選擇正確指向的制導系統，以及宇宙起源光譜儀這幾種全新的探測設備。
比如，曾經在2004年被哈勃拍攝到的擁有行星尺寸的一個系外星系，便沒有再次出現在哈勃太空望遠鏡的視線裡。科學家們認為，這很可能是因為當時的設備不夠完善，那時所拍攝到的或許不過是一個處於膨脹狀態的塵埃雲。而它的形成則始於附近恆星發生的碰撞事件，只不過由於此類碰撞事件尤為罕見，更難以被探測儀器捕獲，所以還需要更多的時間進行進一步確認。
哈勃太空望遠鏡-用30年時間帶回了眾多了不起的宇宙新發現
觀測到了有史以來最強的伽馬射線爆發
簡單來說，所謂的伽馬射線爆發其本質就是能量爆炸，一般是發生在巨型恆星在進入超新星的同時，由於出現了雙光束的伽馬射線，所以引發了能量爆炸。在宇宙中，儘管伽馬射線爆發這種現象並不罕見，甚至可以將其稱為最活躍的宇宙現象之一，但到現在為止，人類對它的研究相對還比較少。
雖然，在伽馬射線爆發現象發生的時候，哪怕是在幾十億光年以外的地方都可以看到事件過程中散發出的光線。但是，由於伽馬射線爆發本身的持續時間只有短短的幾秒鐘，再加上黑洞的形成又於這個過程密切相關。所以，在哈勃太空望遠鏡捕獲到此類信息（比如，產生GRB 190114C的超新星）以前，科學家們很難對這種現象上很常見、但罕見能夠捕獲到有效信息的伽馬射線爆發進行深入研究。
捕獲了恆星系統、乃至宇宙的重要信息
在哈勃太空望遠鏡這30年的宇宙探索過程中，科學家們不僅通過它的實際觀測信息否定了「地心說」這樣的固有觀念，對誕生於宇宙早期階段的重元素組成進行了分析。哈勃太空望遠鏡的觀測信息更讓我們了解到，那些位於死亡恆星周圍的複雜氣體殼是怎樣的結構，以及銀河系中最耀眼的類星體存在於怎樣的環境中。
雖然，人類在地球上已經生活了幾百萬年的時間，但以前的人們受限於當時的社會文明程度，所以才形成了所謂的「地心說」、或「日心說」觀念。相信很多人都對哈勃捕獲到的各種星雲圖像讚嘆不已，人類便是在了解到年輕恆星周圍的環境之後，才知道了在我們的銀河系之外，其實還有很多其他行星系統正在形成。地球和太陽都不是宇宙的中心，即便是它們所在的銀河系，也只不過是宇宙中不計其數的恆星系統之一。
與此同時，原本充滿爭議的宇宙年齡，也從數十億年到數百億年這個巨大的浮動範圍，精確到了138億年左右。而誕生於宇宙大爆炸之後6.8億年左右的EGS77，則被稱為已知最古老而遙遠的三重星系群，它同樣也是哈勃太空望遠鏡的觀測成果。
揭示了暗能量和超大質量黑洞的存在
眾所周知，黑洞是宇宙中最神秘的物體之一，當Event Horizon Telescope（事件視界望遠鏡）拍攝到M87*黑洞的照片時，相信所有人都跟我一樣激動不已，儘管它並不是一張傳統意義上的黑洞照片。而M87*黑洞作為超大質量黑洞成員之一，它的同類在宇宙各大星系中並不罕見。因為，根據科學家們目前的研究來看，理論上所有大質量星系的核心都至少存在一個超大質量黑洞，而此類宇宙存在體的發現者正是哈勃太空望遠鏡。
而宇宙中另一種被稱為暗能量的神秘物質，其實也是由哈勃太空望遠鏡發現的。因為它的觀測數據分析出，宇宙的膨脹速率並不像科學家們之前預期的那樣正在減緩，反而還會隨著時間的遞進而加速膨脹。而唯一可以解釋宇宙膨脹速率加快的理由，便是存在一種人類暫時還了解較少的能量形態，一直在影響宇宙的膨脹速率。
關於哈勃和宇宙探測的未來：
哈勃太空望遠鏡雖然經歷過5次維修和升級，但科學家們的確通過這樣的方式實現了哈勃太空望遠鏡的翻新升級和正常運轉，而這一切都得益於最初關鍵子系統的相關設計。雖然，NASA已經計劃將在2021年發射搭載更多新功能的詹姆斯·韋伯太空望遠鏡，但研究人員期望的最理想狀態，則是它們能夠同時正常運行。
事實上，當我們對宇宙的奧秘了解越多，就會發現自己知道的越少，正如我們通過哈勃太空望遠鏡了解到了超大質量黑洞和暗能量的存在，但這兩種宇宙存在體又因為無法直接觀測到而讓我們捉摸不透。而隨著一個謎團揭開，帶來更多的未解之謎，這其實也意味著我們距離真實的宇宙更近了一步，這大概也是人類為什麼從未停止對宇宙物體的研究。