哈勃太空望远镜的成就 _太空

这是关于哈勃升空30周年的第二篇专题内容。上一篇文章用30年30图呈现了哈勃带给我们的宇宙视觉盛宴，今天则将为大家介绍哈勃太空望远镜传奇的前世今生。

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1.缘起
探索宇宙是人类在好奇心驱使下的一种表现。然而，人类对宇宙的认知一直受到观测能力的限制。望远镜的发明突破了肉眼观测的局限，将人类认识宇宙的层次提升到全新高度，引发重大变革。
到了18世纪，望远镜已经成为人类研究宇宙不可或缺的工具。世界各地都在建造更大更强的望远镜，将大量肉眼原本看不见的天体记录在案。随着科技水平的进步以及对观测要求的提高，人类开始萌生将望远镜建到天上去的想法。
早在1923年，现代火箭技术三大奠基人之一，德国科学家赫尔曼·奥伯思就曾在《进入行星空间的火箭》一书提到如何运用火箭将望远镜推进到地球轨道。
到了1946年，普林斯顿大学的天体物理学家莱曼·斯皮策（Lyman Spitzer）在论文《在地球之外的天文观测优势》中提出太空望远镜相比于地面望远镜的两大优势——其一，太空望远镜不受大气影响，能够极大提升角分辨率；其二，太空望远镜可以观测到被大气层吸收殆尽的紫外线和红外线。此后，斯皮策以建造太空望远镜为己任，大力推动太空望远镜的发展。
NASA最初在1968年确定了在太空建造3米口径反射望远镜计划，暂时命名为大型太空望远镜（LST），预计1979年发射。然而，由于经费等问题，该计划一拖再拖。1974年，在裁减政府开支的鼓动下，杰拉尔德·福特甚至剔除了所有进行太空望远镜的预算。
后来，在天文学家的努力游说之下，太空望远镜计划才得以延续，但不得不将3米口径缩减为2.4米。1978年，美国国会拨付3600万元美金，开始大型太空望远镜开始的设计，并计划1983年发射。
钱不是万能的，但没有钱却是万万不能的。世俗之事如此，搞天文更甚。
2.命名
1980年，大型太空望远镜正式被命名为哈勃太空望远镜，用以致敬伟大的天文学家埃德温·哈勃。也许，只有哈勃才配得上哈勃。埃德温·哈勃是20世纪最伟大的天文学家之一，是星系天文学和观测宇宙学的创始人。

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你可能还不知道，在20世纪20年代之前，人类还天真地认为银河系就是宇宙的全部。直到埃德温·哈勃利用望远镜认真观测，发现银河系之外还有大量河外星系。比如，所谓的仙女座星云并非银河系中的一片星云，而是另一个星系。
【哈勃太空望远镜的成就】到了20世纪20年代末，埃德温·哈勃更是惊奇地发现宇宙中的星系正在远离我们而去，而且星系退行速度与它们的距离成正比，这就是著名的哈勃定律。埃德温·哈勃的发现成为宇宙膨胀的坚实证据，为现代宇宙学奠定了基础。
3.诞生
毫无疑问，哈勃太空望远镜是一项庞大而繁杂的计划，主要由NASA的两大部门分工执行——马歇尔太空飞行中心负责设计、发展和建造望远镜；戈达德太空飞行中心负责科学仪器的整体控制和地面任务控制中心的运营。
马歇尔太空飞行中心将设计和制造太空望远镜的光学组件、精密定位感测器的任务委托给珀金埃尔默公司，建造安装望远镜的太空船的任务则委托给洛克希德公司。下图为1979年珀金埃尔默公司的工程师给哈勃太空望远镜主镜抛光。

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在经过多年努力后，哈勃太空望远镜终于在1985年组装完毕，准备发射。
然而，1986年，挑战者号航天飞机在发射升空时突然爆炸坠毁，7名宇航员全部罹难，NASA航天飞机被迫停飞两年，哈勃太空望远镜的发射任务也随之搁浅。在此期间，NASA也没闲着，对哈勃太空望远镜进行一系列改进与测试。
随着航天飞机1988年再度升空，哈勃太空望远镜发射时间被安排在1990年。终于，1990年4月24日，哈勃太空望远镜搭乘着发现号航天飞机一飞冲天，开启伟大的太空探索传奇。星辰大海，我来了！

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4.危机
有些人出道即巅峰，哈勃太空望远镜却出道即危机。就在哈勃太空望远镜正准备伸开双手拥抱星辰大海之际，重大危机浮现了——在发射数周后，哈勃传回来的图片显示它的光学系统存在严重问题。
1990年5月，哈勃太空望远镜的第一张照片出炉（下图右），虽然比地基望远镜拍摄的（下图左）要清晰得多，但仍然没有达到最佳聚焦状态，图像质量远低于预期，几乎无法实现有效的宇宙学研究。NASA与哈勃太空望远镜一时沦为笑柄。

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经过反复研究与分析，NASA确认问题出在哈勃太空望远镜的主镜上——珀金埃尔默公司将主镜边缘磨得稍微太平了一点点，导致无法正常聚焦。这个问题之所以在发射前未被察觉，是因为测试设备本身存在一个缺陷。
既然问题确定了，就看怎么解决。哈勃太空望远镜已经在环绕地球运行，轨道高度五百多公里，拉回来修是不可能的，这辈子都不可能。
还好，哈勃太空望远镜设计之初就规划了维护任务。NASA提出了一个巧妙的解决方案——根据镜片错误的形状，设计一个有相同球面像差但功效相反的光学系统，来抵消错误。通俗地讲，就是为哈勃太空望远镜配上一副眼镜。这副眼镜名为空间望远镜光轴补偿校正光学（COSTAR），大小与冰箱相当。
1993年12月，奋进号航天飞机STS-61航次对哈勃太空望远镜进行了首次维护，安装了COSTAR的同时，还将广域和行星照相机更新为第二代广域和行星照相机，并更换太阳能板和陀螺仪等设备。

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本次维护任务顺利解除了哈勃的危机。看看哈勃太空望远镜在本次维护前后拍摄的旋涡星系M100吧，简直是技术爆炸。

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在此之后，宇航员还上天对哈勃太空望远镜进行过四次维护，每一次都使变得愈发强大。
5.功绩
值得一提的是，自从2011年航天飞机退役后，人类就失去了维护哈勃太空望远镜的能力。不过，哈勃太空望远镜很争气，远超预期地疯狂加班，一直运行至今，为人类认识宇宙做出巨大贡献。
那么，哈勃太空望远镜究竟有多牛？
在过去30年里，哈勃太空望远镜环绕地球飞行超过60亿公里，进行的观测超过140万次，天文学家利用哈勃的观测数据发表了超过17000篇科学论文，而这些论文又被引用超过80万次......