哈勃太空望遠鏡，1990年4月25日被發現號航天飛機成功送入軌道，正式成為太空望遠鏡的一員。
30年前的今天
最初，哈勃只是一個大型太空望遠鏡，它不平凡的名字註定是一個將鑄造非凡成就的天文臺。幾十年後，它不僅是哈勃望遠鏡，而且已經成為了有史以來最著名的望遠鏡。
30年前的昨天，1990年4月24日，哈勃太空望遠鏡離開地球。這一趟旅程註定要載入史冊。事實也正是如此，它改變了我們看待宇宙的方式。它在星系中心發現了超大質量黑洞的證據，首次觀測到年輕恆星周圍的圓盤，跟蹤了氣態巨行星上的風暴，揭示了宇宙正在加速膨脹，當然，還拍攝了令人難以置信的宇宙照片。
“我們經常看到哈勃的照片，人們真的很喜歡它們，而且它們非常棒，”為美國宇航局協調哈勃項目的太空望遠鏡科學研究所的行星天文學家海蒂·哈梅爾激動地表示，“希望人們能在那一刻好好想想成千上萬為拍出這些照片而獻身的人們。”
夢想起航
哈勃太空望遠鏡的故事始於發射前20年：美國宇航局於1970年開始重點計劃這項任務。在當時的年代，雖然太空天文學是存在的，但從地面觀測是一種更為常見的方法。因此當時，這個大型太空望遠鏡項目的想法遭到了一些反對。
“哈勃望遠鏡被認為不是一個好的選擇，”
鮑勃奧戴爾說，他是哈勃望遠鏡發展過程中的項目科學家，現在是範德比爾特大學的天文學家。當時的地面天文學家是一個相當傳統的群體，他們中的大多數人認為最好花3億美元來建造這個當時世界上最大的望遠鏡，當時的哈勃可以收集直徑200英寸的光。到2009年，美國航天局和合作夥伴已經在當時19歲的天文臺上花費了100億美元。
有了哈勃能做什麼？鮑勃奧戴爾表示它可以著手進行兩項關鍵的科學論證。第一個是天文學家在探索宇宙更遠的地方時遇到的極限。因為研究人員觀察到穿越太空需要時間的光，所以研究更遙遠的物體可以讓天文學家及時回首過去。為了更好地瞭解宇宙的巨大時間線，科學家們需要一臺太空望遠鏡。
從太空觀測可以大幅度提高能見度，這是因為570公里高度的軌道望遠鏡攜帶的天文儀器遠遠高於地球大氣層，如果低於大氣層會導致觀測模糊，甚至阻擋某些類型的光。而在地球大氣層之上，你能看到的東西大約是地球大氣層的10倍，這會讓我們發現一些更加神奇未知的東西。
但哈勃提出的地點並不是唯一讓這個項目與眾不同的地方。當時人們稱之為大型太空望遠鏡的設計也一直在進行中，宇航員也將在太空中修復望遠鏡。對於那些觀看美國國家航空航天局在軌道上建造一個完整實驗室的人來說，這樣的概念聽起來可能並不奇怪，但對一個可用的太空望遠鏡的探索早在這樣的建造之前就開始了。
最終，這種視覺和修復的結合成為了哈勃成功的基石，給了它一個廣闊空間的全景圖——也給了科學家一種將它與時間的蹂躪隔離開來的方法。正是這一點讓哈勃獲得了這麼長時間的、多產的任期，並使其始終處於研究的前沿。
發射之路
但在哈勃望遠鏡能望見星塵之前，它必須搭乘美國宇航局的航天飛機飛往太空。當時，許多航天飛機的飛行都集中在部署商業通信衛星上，而這一次大型太空望遠鏡飛行任務則是提到首要日程，它的重要性不言而喻。但是它的難度也讓人望而生畏，1986年挑戰者號航天飛機失事，7名宇航員在發射後幾秒鐘死亡，這次飛行也被推遲。美國國家航空航天局花了兩年時間調查航天飛機出了什麼問題以及重新調整如何保護宇航員的過程。
而在哈勃發射之前，它的科學家和工程師們需要有信心，相信它能夠實現其服務性的承諾。沙利文和她的同事，布魯斯·麥克坎德萊斯，被派去執行這個項目和部署任務。“我們的工作歸結為：你是最後兩個直接接觸哈勃的宇航員，親自接觸哈勃。“在那之後將進入軌道，”她說不管將來誰去維修哈勃望遠鏡，基本上你已經向他們保證他們所有的工具和設備都能工作，因為你已經在地面上用望遠鏡測試過了，“這對宇航員不僅要為他們自己的部署任務中可能出現的六件事負責，還要為未來宇航員在軌道上不知道更多潛在的問題負責。
1990年4月24日，發現號於從佛羅里達升空，搭載了5名宇航員和哈勃太空望遠鏡。最後，時間定格在這一天：1990年4月24日。
五名宇航員——一個小機組人員和所有在這個不尋常時代的資深宇航員——擠進了發現號航天飛機，離開了地球。”蘇利文說：“當我登上軌道器時，我已經無法想象了。”這感覺就像是比我以前做過的任何事情都重要得多的具有歷史意義的事情的一部分！
第二天，在軌道上，是時候把11110公斤的哈勃望遠鏡全部送走了。但仍有六個潛在的問題需要解決，而且部署是一個滴答作響的時鐘。如果有什麼東西減緩了這個過程，哈勃的電池可能會不可逆轉地耗盡能量，最終導致望遠鏡被毀滅。
沙利文和麥肯德萊斯都做好了準備。”“在我們開始把哈勃從貨艙裡抬出來之前，我們已經做了一半的太空行走準備，”沙利文說他們基本上已經穿了一半，現在他們出去所需要做的就是穿上宇航服的外殼，預先呼吸一點氧氣，以保證安全。
三名宇航員從發現號航天飛機內部監視哈勃的展開。正如哈勃小組所擔心的那樣，一個延遲出現了：儘管一個太陽能電池板順利展開，另一個卻卡住了。幸運的是，在他們出來之前，哈勃工程師通過遠程解決了這個問題，並且部署工作繼續順利進行。
早期科學與圖像問題
在阿拉巴馬州的美國宇航局馬歇爾航天飛行中心，宇航員在中性浮力模擬器中練習哈勃修復工作。
蘇利文和她的同事們回家了，任務人員開始醒來，給哈勃望遠鏡加溫。但很快，哈勃團隊意識到出了問題。天文臺的圖像太暗了。當望遠鏡拍攝到一顆恆星時，圖像的中心部分本來應該是清晰的，但卻被眩光的光暈所包圍。
哈勃望遠鏡的鏡面形狀非常精確，但是在用來校準形狀的工具上發現了一點油漆。結果，鏡子的形狀很精確，但並不精確。據當時已不再是首席科學家，但仍在新教授職位上參與該項目的奧德爾說，預算和日程安排的問題是罪魁禍首。
他說，研究小組發現，天文臺的指向控制系統出現了一個錯誤，這是一項全新的技術，在這個過程的後期，他們不得不重新設計這個系統。與此同時，另一個小組正在完成這面鏡子，這面鏡子是在先前工作的基礎上建造的，但從未像現在這樣這麼大規模。沒有人注意到用來確認鏡子形狀的工具上有一片油漆。
隨後美國航天局追蹤到了有故障的後視鏡檢查儀，該儀器自使用以來一直未被觸及，並確認了錯誤。科學家們開發出了一種算法，可以將其扭曲的圖像轉換成更精確的宇宙視圖，儘管比計劃的要暗，但是已經比原來好多了。
哈勃的第一個發現之一是證實了獵戶座星雲中存在原行星盤，這一現象科學家曾預測過，但從未直接研究過，而哈勃望遠鏡把這一理論成為了現實！
如何修理太空望遠鏡
當然，從理論上講，修理太空望遠鏡遠非易事。哈勃團隊的一個計劃是，通過調整應用於各個儀器的鏡片，也就是需要插入的鏡片，可以扭轉鏡面誤差。由於工程師們準確地知道了軌道上鏡子的缺陷，這些矯正鏡片可以抵消它。
雖然350英里外的驗光是一項艱鉅的任務，但維修卻是大家熟悉的領域。我們的望遠鏡在地面上，我們不斷地為它們服務，我們幾乎每天都這樣做，換句話說，我們足夠了解它。
1993年人類完成了哈勃望遠鏡的首次服務任務，進行了為期五天的太空行走，以提高望遠鏡的視力。在那次飛行之後，在1997年至2009年間又執行了四次維修任務。哈勃的維修工作在2009年的STS-125航天飛機任務中結束。美國航天局的航天飛機機隊在2011年進行了最後一次飛行，但由於退役，天文臺與維修隊失去了聯繫。
1993年哈勃太空望遠鏡首次執行維修任務時，美國宇航局宇航員在其上安裝了一個新相機。
在為太空行走提供服務的過程中，宇航員更換了電池和陀螺儀，使哈勃望遠鏡能夠穩定地指向同一個宇宙點，延長了天文臺在惡劣太空環境中的壽命。他們對儀器進行了升級，將哈勃離開地球很久後發展起來的技術融入其中。
在1995年的第一次維修任務中拍攝的一張照片，左邊是月球，右邊是哈勃太空望遠鏡。
30年的科學生涯
哈勃的持續科學證明了這一點。正如我們所說，哈勃望遠鏡在許多方面改變了教科書，因此很難概括它主要的成就。
比如哈勃告訴科學家，宇宙的膨脹正在加速，而他們本以為宇宙會變慢。這一認識反過來有助於指出神秘的暗能量，天文學家仍在努力解決這一現象。天文臺還追蹤了星系中心附近物質的運動，勾勒出了超大質量黑洞在它們心中的模樣。
哈勃在1997年和1998年拍攝了這張螞蟻星雲的照片。
哈勃望遠鏡給了我們一個深刻的視角，讓我們看到宇宙是如何在數十億年的時間裡發展成為現在的宏偉。哈勃對最早星系的描繪顯示了一些形狀奇特的小星系，它們在與鄰近星系碰撞之前並沒有持續多久，這一過程形成了像我們這樣結構更為複雜的星系。類似地，它看到恆星中的元素散佈在太空中，形成更重的化合物，就像我們星球上（和我們身體裡）的化合物。
哈勃望遠鏡發射前，科學家們從未想過要進行觀測。當哈勃離開地球時，天文學家懷疑係外行星存在，但從未發現過。現在，望遠鏡是詳細研究如此遙遠的世界的重要工具，科學家已經完全離不開它。
未來的宇宙
哈勃望遠鏡已經提供了幾十年的外行星大氣觀測，每年的天氣週期持續了幾十年。它觀察到木星的大紅斑縮小，並追蹤到海王星表面的風暴。哈勃望遠鏡操作機構的行星天文學家哈梅爾說，該望遠鏡在運行期間將會繼續進行這些觀測。
在過去的幾年裡，哈勃與天文學家們一起，爭先恐後地研究穿越太陽系的奇異天體：首先是2017年10月發現的“烏穆阿穆亞”，然後是2019年9月確認為闖入者的鮑裡索夫彗星。”懷斯曼說：“這些是來自其他恆星系統的信使，如果我們能掌握它們的形狀和組成，我們就會知道它們來自哪些恆星系統。”。
哈勃太空望遠鏡最近觀測到了第一顆已知的星際彗星鮑裡索夫。
即使哈勃明天關閉，它數十年的觀測數據仍將繼續推動科學發展。引用哈勃數據的研究中，約有一半是利用其存檔的觀測數據，而不是專門為該項目收集的數據。有了這個強大的檔案庫，我們在某種意義上可以獲得更加富有價值的研究意義。
展望未來
美國航天局正寄希望於哈勃的長遠發展，該機構說哈勃的狀況仍然良好。但這並不是停止建造新望遠鏡的理由。最後一次維修任務是2009年的STS-125，目的是將哈勃的壽命延長到2014年，並將延長時間作為一個延伸目標。美國航天局正在進行擴建，並表示該設施應能持續到十年中期。
這次任務的繼任者，詹姆斯韋伯太空望遠鏡，計劃在2021年3月發射，儘管有無數的延遲和超限。但是，雖然韋伯也將作為一個偉大的天文臺和解決一系列科學問題。
哈勃望遠鏡的科學家們致力於儘可能多地利用望遠鏡，不管它什麼時候需要退役。因為研究人員正在收集紫外線觀測數據，這是其他望遠鏡無法替代的：哈勃望遠鏡完成後，紫外線天文學將遭受真正的打擊。
研究小組還致力於通過將哈勃望遠鏡的觀測結果與其他儀器配對來放大它的潛力。例如，懷斯曼指出與美國宇航局朱諾號探測器圍繞木星的協調。朱諾在那裡直接研究這顆巨大行星的磁場，來自地球的哈勃望遠鏡提供了木星磁場產生的極光的觀測結果。類似地，哈勃在紫外天文學、錢德拉X射線天文臺和最近退役的斯皮策空間望遠鏡（一個紅外天文臺）方面也表現出色，它們填補了天文學家可以研究的光譜。
天文學不僅僅只有哈勃望遠鏡。只有哈勃太空望遠鏡，天文學是不可能存在的，它是一個非常強大的工具，這個工具可以幫助我們理解最深處的宇宙，未來也是如此！
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