縫縫補補三十年，哈勃太空望遠鏡象徵著人類探索太空的進取之心

為大眾科普「天文美學」

哈勃太空望遠鏡拍攝了很多美麗的天體結構圖像，你最喜歡的圖像是什麼？哈勃宇宙深場？鷹狀星雲？漩渦狀星系？還是系外星球的數據照片？30年來，你一定看到過哈勃的照片，因為它們無處不在，報紙，雜誌，一些網站的背景，甚至在朋友送給你的賀卡上都有這些圖片。大眾化的「天文美學」使哈勃成就了其他科學儀器無法比擬的標誌性地位，如果你做一個街訪，問現在有哪些軌道天文望遠鏡，答案幾乎肯定是哈勃太空望遠鏡……

哈勃拍攝的照片如此迷人，很大程度上是因為哈勃位於地球大氣層上方。哈勃望遠鏡每96分鐘就會在560公裡的軌道上繞地球旋轉一次，哈勃的軌道足夠高，可以克服天文觀測的最大障礙：地球的大氣層。地球的大氣層是生命的保護傘，可是在天文觀測中，大氣層沒有那麼友好，因為它阻擋了天文學家想要觀測的大多數形式的電磁輻射。大氣湍流還會巧妙地折射和偏轉光束的路徑，如果不進行校正，這些偏差會抹去遙遠恆星的圖像。

哈勃30周年作品，紅色是NGC 2014星雲，藍色是NGC2020星雲，它們共同生活在麥哲倫星雲中，距離我們163000光年遠

15億美元的笑話，縫縫補補的開始

1990年6月27日，哈勃太空望遠鏡計劃的首席科學家韋勒參加了一次記者會議，面對一屋子忍俊不禁的記者，韋勒說新發射的價值15億美元的望遠鏡主鏡的形狀有偏差，所以無法聚集星光，100%的星光，只能聚集10%到15%……

15億美元的哈勃為什麼只拍攝了這樣的照片？工程師們發現哈勃主鏡的表面非常光滑，精確，但是形狀有偏差。找到了錯誤原因，科學家們還想盡了各種辦法改善現狀，其中一個提案最終被採納，那就是使用另一個相機幫助精確抵消主鏡中的球差問題。

這是M100星系的比較圖，在1993年12月執行首次維修任務後，哈勃成像質量得到了改善

1993年，STS-31任務奮進號太空梭太空人為哈勃安裝了校正光學器件，可精確補償主鏡球差問題，哈勃也恢復了出眾的觀測效果。與太空中的其他望遠鏡不同，哈勃是由來訪的太空人提供服務的，這也是NASA定期升級哈勃計劃的一部分，該計劃每隔幾年就會添加功能更強大的儀器。我們可以將哈勃的維修升級計劃看做五個時期，每一個時期，哈勃的功能都會增強並完善。

相隔20年，哈勃拍攝同樣的鷹狀星雲，新的圖像表示哈勃可以更清晰地捕獲來自發光的氧氣，氫氣和硫磺的光

第一個宇宙課題

哈勃太空望遠鏡對我們意義非凡，每一張美麗的照片之後都蘊藏著宇宙的神奇，其實哈勃如此成功的原因之一就是它徹底改變了我們的宇宙觀。1995年，哈勃拍攝了一張具有裡程碑意義的哈勃圖像，名為鷹狀星雲，其發光氣體柱向我們展示了宇宙星雲驚人的細節。

我們看到這張照片只覺得好漂亮，宇宙好大，但是這對天文學家來說是絕佳的研究機會。哈勃出色的成像能力甚至可以捕捉星雲中恆星形成區的細節，在恆星形成區域中，引力將氣體聚集在一起以產生新的恆星，而附近的年輕恆星發出的紫外線會侵蝕柱結構並產生空洞結構。研究恆星演化與形成，是哈勃帶給人類的第一個課題。

哈勃超深視場圖像中有1萬個星系，當然，這裡面還包含有年齡最古老，最紅的星系，約有100個

觀察宇宙中的星雲與星系，我們對宇宙的看法大大改變了，宇宙不是一望無際的黑暗，還擁有一點星光，不過……真的是一點星光嗎？觀察宇宙星系就好像觀察時間走廊，天文學家不滿足距離我們很近的星雲或者星系，轉而將哈勃視角放到了整個天空。

天文學家隨機選擇了一片天空，接下來哈勃指向該地點進行了10天14小時32分的觀測，收集了儘可能多的光線，這是為了發現最微弱和最遙遠的星系。測量這些星系的紅移數據表明，圖像中最古老的星系發出的光花了100億年才到達我們的眼睛。哈勃深場照片對於研究宇宙中恆星和星系的總體形成率如何隨時間變化至關重要，進而我們可以研究宇宙早期環境。

哈勃第三廣域行星相機拍攝的超深場圖像

天文學家們從哈勃深場照片中可以看出，最古老，最遙遠的星系看起來要比當今的星系更小，這表明星系碰撞在宇宙歷史的早期很普遍，我們的銀河系也許就是分層發展的，也就是較小的星系合併形成較大的星系。隨著宇宙的不斷膨脹，合併和星系構造階段會逐漸結束，而星系構造的減速與恆星誕生的數據也會吻合。

建立現代宇宙學理論模型

恆星演化，星系演化，宇宙演化，我們利用哈勃發現了太多宇宙的神奇之處。在最初修復任務後的幾年中，每張新照片都揭示了新的發現，時間也逐漸來到了1997年。1997年哈勃進行了第二次維修任務，太空人們為哈勃安裝了紅外熱像儀和新的紫外光譜儀，這進一步增強了哈勃的能力，宇宙學理論模型的一項重要突破即將到來……

哈勃拍攝的韋斯特隆德2號星團及其周圍環境，這是為了慶祝哈勃在軌觀測25周年

與望遠鏡同名的人物Edwin Hubble在1929年發現了宇宙正在膨脹，宇宙膨脹的速度也被稱為哈勃常數。知道它的值很關鍵，因為它可以告訴我們宇宙的年齡，當時哈勃的最重要研究就是確定宇宙加速膨脹理論和宇宙的年齡。當時，天文學家已經開始利用哈勃的測距能力測量不同星系中造父變星的距離了。

1998年，研究小組的距離測量結果表明，在過去的數十億年中，宇宙一直在加速膨脹，結果震驚了天文學家，他們原本以為引力會減緩膨脹速度。現在，天文學家發現暗能量與暗物質是加速宇宙膨脹的原因，哈勃現在正在探索宇宙中更難以探尋的秘密。1997年為哈勃安裝的新儀器紅外攝像機也被稱為NICMOS，它能夠發現距離更遠的高度紅移的超新星，從而提供了更準確的距離測量結果，鞏固了宇宙加速膨脹的理論。

1999年，STS-103發現號太空梭從美國宇航局的甘迺迪航天中心發射升空，這是哈勃第三次維修任務

宇宙中神秘的結構不止暗物質與暗能量，黑洞也是宇宙中最神奇的存在。說到這裡我們就要提到哈勃的STIS光譜儀了，STIS光譜儀是1997年安裝的，它有助於識別和測量宇宙星系中心超大黑洞的質量。黑洞本身是不可見的，因此，為了證明這些奇特的結構確實存在，天文學家必須測量其對恆星和其他天體結構的影響。之後哈勃的研究發現，幾乎每一個星系中心都有超巨大黑洞，而最近的研究表明，星系中一般存在二元黑洞結構，這是哈勃去年朝向多個星系（包括銀河系）的觀測結果。

尋找宇宙中的不可思議

哈勃在2002年進行了重大升級，增加了一個更靈敏的相機，即更為先進的勘測相機ACS，這極大地擴展了哈勃收集宇宙中微弱光芒的能力。安裝了ACS之後，天文學家又多次拍攝了宇宙深場圖像，逐漸的，ACS成為宇宙演化調查COSMOS計劃的主力。

這是哈勃在不同時間對恆星V838的成像照片，超新星爆炸一直都是哈勃觀測研究的重點

哈勃深場調查最重要的成就之一是利用引力透鏡效應繪製了暗物質與這些星系相互作用的數據圖。宇宙中的暗物質完全不發光，與星繫結構的相互作用也很少。所以繪製暗物質的最佳方法就是依靠引力透鏡效應，引力透鏡效應其實就是光束在通過大塊暗物質時會發生彎曲。哈勃可以很好地說明暗物質的存在如何扭曲星系，哈勃引力透鏡的相關觀測數據表明，宇宙中暗物質的分布與計算機模型的預測非常吻合。

2009年5月，太空人們最後一次維修了哈勃。那時，哈勃已嚴重癱瘓，它的三個主要儀器，包括ACS，STIS和NICMOS都已處於休眠狀態，更重要的是望遠鏡迫切需要新的陀螺儀，電池和一臺用於科學操作的計算機。於是在2009年，太空人最後修復了ACS和STIS，並安裝兩個新儀器，它們分別是宇宙起源光譜儀和第三廣域行星相機。

哈勃的象徵意義

哈勃太空望遠鏡是迄今為止最大的單體望遠鏡，雖然未來的詹姆斯韋伯太空望遠鏡的主鏡大小是哈勃太空望遠鏡的7倍，但是哈勃太空望遠鏡為我們帶來的關於宇宙的知識永不磨滅。哈勃太空望遠鏡可能是我們的啟蒙老師，它帶給我們的很多知識都是第一次發現……

系外行星研究，黑洞結構與演化，恆星與行星起源，宇宙加速膨脹與哈勃常數的多次更正，宇宙演化與COSMOS調查計劃超深場圖像等等……其實哈勃最成功的是哈勃象徵著人類對於宇宙探索的追求，哪怕是五次維修任務的縫縫補補，哪怕是15億美元的笑話，哪怕是主鏡的先天缺陷，都不能阻止我們探索宇宙。

科學是越來越發達了，哈勃太空望遠鏡無論從廣域成像能力，光譜成像能力還是紅外成像能力等等，都無法和未來的四大太空望遠鏡相較，但是哈勃為我們帶來的不僅只有科學，還有大眾對於天文學的興趣。哈勃作為初代的頂級望遠鏡，它提升了全人類的宇宙觀，這也是為什麼哈勃在我們心中無法取代的原因。

探索宇宙的初心與追尋真相的理想將永遠伴隨我們，就像哈勃在我們心目中的地位，哈勃太空望遠鏡，#哈勃升空30周年#紀念日快樂