哈勃空間望遠鏡是一臺時間相機 設計使用15年 卻服役了30年

2020-09-05 匯聚魔杖



哈勃是一臺口徑2.4米、長16米、重達12噸的時間照相機，記錄宇宙幾年至幾百億年前的記憶。它用了30年的時間拍下了1400萬張照片，來表達它對浩瀚宇宙深深的愛戀。

哈勃空間望遠鏡

哈勃的偉大在於：它孤寂的在高達559千米地球軌道上，以7500米/秒的速度、每90分鐘繞地球一圈，給人類揭秘宇宙奇觀。在繞地軌道它可以擺脫大氣層的幹擾，拍攝比地面清晰度高10倍以上的畫面。哈勃在技術應用上真正的將全人類團結在了一起，世界各地的人們都感覺像是在用自己的眼睛看宇宙。可以說哈勃目前不僅是人類歷史上最成功的望遠鏡，也是人類歷史上最成功的科學實驗。

宇宙礁星雲

哈勃在1990年4月24日成功發射升空就註定它需要經歷磨難。

全世界的天文學家都準備好了接收它傳回的神奇影像，可他們等到的卻是一個糟糕的意外：哈勃望遠鏡耗資15億美元，它本該為科學家們提供15年精彩奇妙的太空照片，而它卻近視了，發回的第一張照片是扭曲模糊不清的。

修復前後

短短幾個月後，科學界和工程界聯合起來，為哈勃的反射鏡缺陷設計了一個巧妙的修複方案：讓太空人用一個帶矯正光學鏡頭的新相機替換主相機，而叫COSTAR的一組矯正鏡片也會被安裝上去，因為反射鏡太大、太笨重，根本無法更換。這是美國航空航天局自阿波羅登月計劃以來最複雜的一次行動。

奮進號


1993年12月奮進號攜帶7名已經接受了近百種被專門設計的工具使用的密集訓練的太空人，10天完成了對哈勃的修復。最重要的是以COSTAR修正光學組件取代了高速光度計，廣域行星照相機由第二代廣域行星照相機與內部的光學更新系統取代。另外，太陽能板和驅動的電子設備、四個用於望遠鏡定位的陀螺儀、二個控制盤、二個磁力計和其他的電子組件也被更換。望遠鏡上攜帶的計算機也被更新升級，並且提高了哈勃三年內由於高層稀薄的大氣阻力逐漸衰減的軌道。

土星


後續的5次維修任務沒有如此的戲劇化，但每一次都給哈勃空間望遠鏡帶來了新的能力，它能觀測的深度也越來越廣。


1997年2月哈勃進行了第二次維護，目的是讓哈勃可以探索銀河系以外的地方，使哈勃能夠探測到星系的秘密。這樣哈勃就要做新的強化，用空間望遠鏡影像攝譜儀、近紅外線照相機和多目標分光儀替換掉戈達德高解析攝譜儀和暗天體攝譜儀。另外，還將工程與科學記錄器替換為固態記錄器，修護了隔熱毯和再提升哈勃的軌道。

渦狀星系


近紅外線照相機和多目標分光儀包含由固態氮做成的吸熱器以減少來自儀器的熱噪聲。但在安裝之後，部分來自吸熱器的熱擴散卻意料之外的進入光學擋板，這額外增加的熱量導致儀器的壽命由原先期望的4.5年縮短為2年。


1999年12月哈勃進行了第三次維護，原因是哈勃的6臺陀螺儀只有2臺是正常運轉，使哈勃不能繼續進行觀測。這次維護中更換了全部的六臺陀螺儀，也更換了一個精細導星感測器和計算機，安裝一套組裝好的電壓/溫度改善工具以防止電池的過熱，並且更換隔熱的毯子。

船底座星雲



2002年3月哈勃進行了第四次維護，目的是提高哈勃的觀測深度，來觀測宇宙百億光年的深度。這次維護將巡天照相機替換了暗天體照相機。並且更換了新的冷卻系統。這次任務中再度更換了太陽能板。新的太陽能板是為銥衛星發展出來的，大小只有原來的三分之二，除了可以有效的減少稀薄大氣層帶來的阻力，還能多供應30%的動力。這多出來的動力使得哈勃空間望遠鏡上所有的儀器可以同時運作，並且因為較為柔軟，還消除了老舊的太陽能板因為進出陽光照射區域會產生震動的問題。

超深空視場


為了改正繼電器遲滯的問題，哈勃的配電系統也被更新了。這是哈勃空間望遠鏡升空之後，首度能完全的應用所獲得的電力。其中影響最大的兩架儀器，先進巡天照相機和近紅外線照相機和多目標分光儀，在2003至2004年間共同完成了哈勃超深空視場。


2009年5月11日是哈勃的最後一次維護，將哈勃空間望遠鏡的壽命延長至2013年後。時隔這麼長時間才進行維護是由於2003年哥倫比亞號墜毀事件，所以美國國家航天局不得不暫停了哈勃之前的維護計劃。放棄哈勃的決定，引起了強烈的抗議，因為哈勃是普通大眾的望遠鏡，大家都不想放棄它。最終，2006年10月，美國國家航空航天局宣布為哈勃增加一個維護任務。

仙后座A超新星


這次維護更換了大量設備和輔助儀器，進行了脫胎換骨的維護更新。主要包括：用新的第三代廣域照相機取代第二代廣域照相機；安裝新的宇宙起源頻譜儀、取回該處的COSTAR光學矯正系統；修復損壞的先進巡天照相機；修復損壞的空間望遠鏡影像攝譜儀；替換損壞的精細導星感測器；更換科學儀器指令和數據處理器；更換全部的電池模組；更換所有的6個陀螺儀和3組定位傳感器；更換對接環、安裝全新的隔熱毯、補充製冷劑等。

哈勃三十年

迄今為止，哈勃已經完成了140萬次觀測，世界各地的天文學家用它撰寫超過1.7萬份科學出版物的數據。哈勃主要成就有：

  • 監測太陽系內行星的天氣變化；
  • 測量宇宙的膨脹和膨脹的加速度；
  • 發現黑洞在星系中是普遍存在的；
  • 通過觀測發現了其他恆星周圍行星的大氣特徵；
  • 為我們回溯了97%的宇宙，記錄恆星和星系的誕生和演化。

哈勃改變了我們對宇宙的認知，為理解宇宙的形成起到了關鍵性的作用，有助於預測宇宙的命運。

創世之柱


哈勃在為我們探索宇宙，把我們帶去了以往只能想像的地方，遠超太陽系之外，甚至遠超銀河系之外。如今它到了遲暮之年，原本15年的設計壽命卻服役了30年，最終的結果是墜落回到地球的懷抱。哈勃是歷史上最多產的太空天文臺，它的檔案數據將為未來幾代人的天文學研究提供燃料。

相關焦點

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  • 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?
    但是，隨著一臺名為哈勃的太空望遠鏡誕生之後，人類在過去數百萬年時間形成的宇宙觀被徹底顛覆，我們與宇宙中其他物體之間的距離也越來越近。 眾所周知，不管是人眼觀測、還是普通的地面望遠鏡，都難以捕獲距離遙遠的宇宙物體信息。而哈勃太空望遠鏡卻可以追溯到一百多億年前的星系，為我們揭示宇宙早期的諸多難解之謎。
  • 哈勃望遠鏡已有30年歷史,為何科學家不再建造更先進的望遠鏡了?
    一個家用電器，一輛汽車，在使用10年之後，也差不多該淘汰了，哈勃太空望遠鏡作為天文學家觀察宇宙的窗口，被用來進行了數十萬次的天文觀測，走過了30年的歷史，如今卻仍在被使用。且不說它是否應該被淘汰了，但為什麼科學家們不建造一個比哈勃更先進更強大的太空望遠鏡了？原因其實很簡單，一個是建造空間望遠鏡需要花費很長的時間，另一個原因是空間望遠鏡的造價非常昂貴。
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    哈勃空間望遠鏡是一臺光學望遠鏡，在1990年4月24日的這一天，哈勃空間望遠鏡成功發射到地球的大氣層上，成為了天文史上最重要的觀測儀器之一。哈勃空間望遠鏡彌補了在地面觀測的種種限制，幫助我們的天文學家們成功解決了一個又一個的天文學上的問題。
  • 多次瀕臨夭折的哈勃望遠鏡,曾被稱作15億的錯誤,它是如何復活的
    因此，NASA也將2003年發射升空的太空望遠鏡以他的名字來命名，這就是今年剛剛退役的斯皮策太空望遠鏡。 1962年，美國國家科學院也提交了一份報告，認為空間望遠鏡應該作為一項重要的天文視野來發展。於是，在1965年的時候，NASA成立了一個致力於建造空間望遠鏡的委員會，這個委員會的委員長即是斯皮策。
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    望遠鏡顯然是人類最偉大的發明之一，自伽利略時代以來，人們製造了數不清的望遠鏡，但迄今為止還沒有一臺望遠鏡能像哈勃空間望遠鏡一樣改變我們的思維，因為它展示的不只是遙遠宇宙美麗的照片，而是重新定義我們對於整個宇宙的認知！哈勃望遠鏡是怎麼來的？
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    今年是哈勃望遠鏡升空30周年，應該說是個值得紀念的時刻，雖然哈勃望遠鏡不是第一臺空間望遠鏡，但它有三個最：成果最突出、服役時間最長、最為被公眾所熟知。在大眾科普、科研兩個方向上都有相當高的造詣，因此值得紀念！30周年的到來也意味著哈勃望遠鏡的日子所剩無幾，上一次在軌維護還是在2009年，目前有11年沒有維護，那麼哈勃望遠鏡還能撐多久？
  • 寫在哈勃望遠鏡退役之後：美國宇航局拿什麼拯救可見光天文學？
    出品：太空伊卡洛斯今年是哈勃望遠鏡升空30周年，應該說是個值得紀念的時刻，雖然哈勃望遠鏡不是第一臺空間望遠鏡，但它有三個最：成果最突出、服役時間最長、最為被公眾所熟知。在大眾科普、科研兩個方向上都有相當高的造詣，因此值得紀念！
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  • 哈勃用了30年時間，將人類帶向了130億光年外的宇宙邊緣！
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