- 圖注：哈勃太空望遠鏡， 儘管哈勃望遠鏡已經服役了幾十年，但它仍然是人類在太空中的旗艦紫外線，光學和近紅外望遠鏡，它使我們超越了任何其他天基或地基天文臺的極限。
1990年4月24日，哈勃太空望遠鏡迅速升空進入低地球軌道，至今已有30年的歷史。 它在整個生命週期內已進行了四次服務，包括糾正缺陷，維修和更換車載設備以及安裝改進的儀器。即使是今天，它在發射30年後和最後維修11年後，仍然是人類歷史上最偉大的太空天文臺。
回顧哈勃太空望遠鏡的無數發現，並驚歎於它們如何徹底改變了我們對宇宙的看法，從太陽系到最遙遠的深空。但是30年以來的這三個啟示也許比任何具體發現都重要，說明我們如何使用這個壯觀的設備來增進我們對宇宙的基本理解。
- 圖注：從遙遠的宇宙深空，光從遙遠的星系MACSJ2129-1飛行了大約107.7億年，被這裡成像的前景星團所透鏡、扭曲和放大。最遙遠的星系看起來更紅，因為它們的光被宇宙的膨脹所紅移，這有助於解釋我們測量的哈勃定律。
1.）儘可能以前所未有的方式看待。
這是建造和飛行該天文臺的基本動力。在地球上，天文學家別無選擇，只能與我們的大氣層抗衡。它對可見光透明，就像從游泳池底部觀看宇宙一樣。雲、微粒，甚至只是湍流的扭曲效應，都難以確定有關宇宙的精細細節。
即使在過去的三十年中自適應光學技術取得了巨大的進步，即使與哈勃適中的2.4米主鏡相比，在地面上可以使用的望遠鏡都大得多，哈勃望遠鏡仍然具有許多獨特的適用範圍。換句話說，與其他天文臺相比，它能夠以更高的精度、深度和獨特的波段觀察宇宙。
- 圖注：同一目標的所有這些圖像都是使用同一望遠鏡（哈勃望遠鏡）拍攝的，但是隨著您從左到右的移動，它們的波長越來越大。 這就是為什麼它們在左側具有更高，更清晰的分辨率的原因。 最左邊的圖像也具有較高的頻率和較短的波長； 在頻譜的無線電部分中，出於歷史原因，我們經常談論頻率而不是波長。
在許多方面，這就是哈勃如此有價值的最重要原因。它使我們能夠以一種揭示其他天文臺從未發現過的事物的方式看待宇宙。 哈勃望遠鏡的功能實現了：
- 有史以來最高分辨率的紫外線觀測，包括前所未有的紫外線光譜（大氣層禁止其進入地面），
- 無需任何自適應系統或軟件處理即可分辨小至0.05弧秒或1 / 72,000度的物體的能力，
- 紅外波長達到將近2,000納米，或者是人眼可以看到的最長波長光的極限的三倍（並且由於大氣吸收而無法從地面很好地觀察到），
- 由於來自太空的低噪音水平，還具有執行長時間曝光天文學的能力，從而實現了前所未有的深場觀察。
- 圖注：冥王星以及五個衛星一，用哈勃望遠鏡拍攝的在合成馬賽克中圖。 由於其亮度不同，它的最大的衛星冥衛一（Charon），必須用完全不同的過濾器與冥王星成像。為了將它們顯現出來，四顆較小的衛星以這種雙星系統繞軌道運行，其暴露時間增加了1,000倍。尼克斯（Nix）和許德拉（Hydra）在2005年被發現，科波若斯（Kerberos）在2011年被發現，斯提克斯（Styx）在2012年被發現。
當然，我們已經達到了哈勃望遠鏡在這些領域可以做的極限，但是這些新極限比哈勃前的極限好很多倍。每當我們推到更弱的極限，更大的波長範圍，更寬的觀察視野和更高的分辨率時，我們都可以看到這些對象中的新對象和新細節，從而使我們以前的知識集黯然失色。
有時，獨自觀察的行為足以揭示關於宇宙的新真理。哈勃發現：
- 四個新的冥王星衛星，
- 第一個直接成像的系外行星，
- 圍繞新形成的恆星的數十個原行星盤，
- 數百個新超新星揭示了宇宙膨脹歷史，
- 還有有史以來最遙遠的星系
等等。每當我們建造新工具時，就可以解鎖前所未有的查看宇宙的功能。隨著詹姆斯·韋伯太空望遠鏡，WFIRST和一系列新提議的出現，人類已準備好向遙遠的宇宙邁出下一步。
- 圖注：哈勃望遠鏡在獵戶座星雲中所拍攝的30個原行星盤。在光學系統中識別系統中，哈勃望遠鏡是識別這些原行星盤的絕妙資源，但即使從其空間位置上，也幾乎無法探測這些磁盤的內部特徵。這些年輕恆星中有許多是最近才離開原恆星階段。這樣的恆星形成區域經常會一次誕生成千上萬的新恆星。
2.）始終遵循證據，無論證據在何處。
這是所有科學中最不被重視的課程之一，它特別適用於哈勃太空望遠鏡。我們可以通過首先觀察建造和飛行這臺望遠鏡的科學動機來看到這一點。它的名字就在那裡：它之所以被命名為哈勃太空望遠鏡，並不是因為它是為了紀念埃德溫·哈勃，而是因為它的主要科學目標是測量宇宙膨脹的速度：測量哈勃的常數。
望遠鏡的設計具有執行這些測量的能力，可以觀察到星系的許多不同特性，同時確定它們的亮度、大小、紅移以及眾多其他特性。哈勃望遠鏡經過10年的運作，該團隊發佈了哈勃太空望遠鏡關鍵項目的結果，並完成了這項工作：他們成功地確定了宇宙膨脹的速度。
- 圖注：哈勃太空望遠鏡關鍵項目的圖形結果。這是解決宇宙膨脹率問題的圖表：不是50或100，而是約72，誤差約為10％。
但是在整個過程中，哈勃給了很多我們意料之外的東西。它有助於確定宇宙不僅在膨脹，而且在加速膨脹：我們的宇宙被暗能量所支配。即使到了今天，哈勃太空望遠鏡也為我們提供了有關加速膨脹的最佳測量數據。
我們發現了星系如何在宇宙時間內生長和演化，確定了恆星形成高峰的時間，精確地測量了遙遠的過去宇宙完全被電離的時間，向我們展示了有關恆星如何死亡的空前細節，甚至幫助我們瞭解了宇宙的年齡。它發現了大量星系，這些星系偶然與大質量的星團對齊，產生了引力透鏡圖像，這些圖像既壯觀又具有科學價值。
- 圖注：引力透鏡超新星iPTF16geu的放大圖。 插圖顯示了前景鏡頭星系的視圖，最右邊顯示了用哈勃太空望遠鏡和Keck望遠鏡/ NIRC2儀器觀測到的鏡頭超新星的分解多幅圖像。
在每一個實例中，我們都有理論和模型，這些理論和模型符合哈勃望遠鏡之前我們關於這些科學問題的所有證據。哈勃數據出來後，有關這些現象的每一個的領先場景需要以某種方式加以修正，從小調整到大量修改。
我們能夠以前所未有的方式推動前沿發展，從而帶來了新的觀察結果，新的數據，新的結果，在許多情況下，還帶來了新的令人驚訝的結論。我們建造了哈勃太空望遠鏡時考慮到了一個特定的科學目標，但它的能力使我們能夠探索宇宙的角落，我們甚至不知道在望遠鏡設計時存在。我們跟蹤了證據，無論它領導我們在哪裡，宇宙揭示了我們甚至不知道它所能擁有的秘密。
- 圖注：這個遙遠的宇宙（左上）區域的合成圖像使用了哈勃望遠鏡的光學（右上）和近紅外（左下）數據以及斯皮策的遠紅外（右下）數據。斯皮策太空望遠鏡幾乎與哈勃望遠鏡一樣大，但是它探測到的波長更長，其分辨率要差得多。適合主鏡直徑的波長數決定了分辨率。
3.）有一種“正確的方法”是錯誤的。
錯誤是任何科學進步的最重要組成部分之一。我們有一個流行的理論，該理論做出預測，這些預測轉化為觀察性或實驗性測試，並且您可以使用最好的調查工具來執行這些測試。當我們獲得結果時，我們將永遠不知道要尋找什麼。可能性包括：
- 它們至少在誤差範圍內與領先理論的預測相符，
- 他們在很大程度上與當時的理論預測不一致，
- 它們與許多可能的替代方案保持一致，同時排除或不利於其他替代方案，
- 或者也許他們完全偏離了共識的思路，指出了需要新的方向或新的考慮因素。
- 圖注：當我們的太陽用盡燃料時，它將變成紅巨星，然後是行星狀星雲，其中心有一個白矮星。貓眼星雲是這種潛在命運的視覺上壯觀的例子，這種特殊形狀的錯綜複雜、分層、不對稱的形狀暗示著雙系統同伴。在中心，一個年輕的白矮星在收縮時變熱，其溫度比產生它的紅色巨星高出數萬開爾文。
有兩種方法很誘人，但在科學上都是可疑的，甚至是危險的。一種是假設主導理論是正確的，然後拋棄異常數據，直到結果符合我們的預期。另一個方法是完全信任我們數據，而不考慮其他任何問題，並根據我們獲得的新穎結果，得出一個推測性的甚至是奇妙的結論。
但負責任的行動方針是儘可能負責任地分析新數據，就像我們不知道結果所暗示的那樣，然後根據現有的全部數據得出結論：我們的所有新數據加上其他研究人員收集的所有其他數據，包括補充方法。只有綜合所有相關信息，我們才能希望對我們的物理現實形成完全一致的描述。
- 圖注：隨著我們探索越來越多的宇宙，我們能夠在太空中看得更遠，這相當於回到更遠的時間。詹姆斯·韋伯太空望遠鏡將直接帶我們深入到我們今天的觀測設施無法比擬的深度，韋伯的紅外線眼會觀測到哈勃無法看到的超遙遠星光。
在哈勃望遠鏡之前，我們不知道宇宙的膨脹速度；我們不知道它的年齡；我們不知道里面有多少東西；我們不知道它的最終命運是重新崩潰還是永遠膨脹；我們不知道恆星和星系是什麼時候形成的，最早的星系是什麼樣的，或者恆星是如何誕生和死亡的細節；我們甚至都不知道太陽系中是否還有我們之外的行星。
30年後，我們有了所有這些問題的答案，這在很大程度上要歸功於使用這一天文觀測臺所做的科學貢獻。新的問題出現了，當把宇宙邊界推回新的深度，總是導致發現新的現象，而這些本身需要一個解釋。宇宙邊界在這方面是無窮無盡的，願我們始終保持好奇心，調查和解決宇宙在我們面前留下的任何謎團。
