星辰大海30年,探秘哈勃望远镜

通过哈勃望远镜,人类更加理解了星系的演化,看到了黑洞的诞生,发现了一种全新形式的能量——暗能量......但是,基础科学的进步并不是评判哈勃成就的唯一方式。

在科学亮点的列表中,还可以添加一个更长的壮观图片列表,由于其纯粹的美丽或引人注目的新奇性,它们已经产生了非凡的影响。比如,苏梅克-列维彗星直接撞击木星留下的大“黑眼圈”,让我们警醒注意小行星和彗星撞击地球的危险;一排宝石状的行星状星云,展示了像我们的太阳一样的恒星最终的死亡;太阳系中各个行星的图像,还有木星和土星上的极光;老鹰星云壮观的“尘埃之柱”成为哈勃自身的标志。哈勃太空望远镜的图像不断吸引了公众的持续关注,这可能根源于我们每个人心中对于星辰大海的向往。

星辰大海30年,探秘哈勃望远镜

锥状星云

哈勃构造

哈勃望远镜是第一个进入地球轨道的精密光学天文台。它不仅仅是一个天文望远镜,还是一颗卫星。它约13米长,直径约4米,是一个重达11吨的圆柱体,目测的话,有一辆公交车那么大。最棒的是,宇航员可以在太空中为它更新换代,随着技术的进步,仪器可以被替换,天文台的子系统可以被修复和现代化。

哈勃望远镜可以探测红外线、可见光和紫外线。它有三个照相机,两个摄谱仪和一套精密的导航传感器。所有相机和摄谱仪都安装在一个设备上,该设备可以在光镜的末端一次定位一个相机,拍摄照片。精密的制导传感器单元锁定在导向星上,保证了精确观测所需的高指向精度。

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哈勃太空望远镜的光镜花了将近十年的时间才完成。

在环绕地球的每一次运行中,温度的极值波动达上百摄氏度。为了保护它精密的仪器,尤其是光镜,整体被包裹在一个多层隔热的茧中,保护内部不受极端温度波动的影响。光学元件是使用石墨环氧树脂制造的,这是一种刚性、强度高、重量轻的材料,在极端温度下能够抵抗膨胀和收缩。

哈勃望远镜以每秒5英里的速度绕地球飞行,它的运行、通信设备、计算机和控制系统都需要电才能运行。电能由双翼两块35平方米的太阳能电池板提供,每块电池板包含48760个独立的光电池。这两个太阳能板加起来可以产生2800瓦的电能,被用来给6节镍氢电池充电,而这些电池为哈勃太空飞船提供能量。

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哈勃望远镜

为什么建造哈勃望远镜?

光可以在宇宙中不受干扰地传播数百万年。然而,在到达地球上的望远镜之前,它必须穿过我们混乱的大气层,这就模糊了精细的宇宙细节。

所以说,天文学家对于哈勃望远镜,或者说对于太空光学望远镜的需求,在很大程度上因为于它位于大气层之上。

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木星大红斑

脱离地球的大气层使轨道望远镜比地面望远镜有三个明显的优势。首先,轨道望远镜不会失去来自外层空间的光线,而很多红外线和紫外线往往被地球大气中的气体、湿气和灰尘过滤掉,地面望远镜根本无法得到这部分信息。其次,它不受地球表面不断上升的热量所造成的变形的影响。第三,它只收集来自天体的光,而不会受到来自于陆地上,尤其是大都市中心的光的干扰。

地球上的大型望远镜根本达不到哈勃的分辨率。只有太空中的望远镜才能提供零点几角秒的恒星图像。

哈勃历史纪事

早在1923年,德国火箭科学家赫尔曼·奥伯斯在他的著作《行星的创伤》中就提出了太空望远镜的设想。1946年,美国人莱曼·斯皮策提议建立太空望远镜,之后游说了近30年。在20世纪70年代,美国航空署NASA和欧洲航空署ESA决定了建造方案,但由于国会的争论和1986年挑战者号航天飞机的爆炸,哈勃太空望远镜被推迟了几年时间,最终于1990年被送入距地球约600公里的轨道。

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1997年维护

进入轨道后,天文学家发出远程信号,打开覆盖在望远镜光学系统上的门,拍摄第一张照片时,所有系统都能正常工作。

但成功传回地球的照片给天文学家泼了一头冷水——它们模糊变形。

最终,科学家发现哈勃的主镜无法正常聚焦,因为它的后备镜的中心区域比正常平坦了几纳米。

科学家和工程师一起工作,最终提出了校正光学组件方案,并在1993年12月由宇航员成功维修安装。

自此,哈勃开始它真正的探测之旅。

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2002年维护

之后,在1997年、1999年和2002年,又进行了3次维修任务,宇航员修复了陀螺仪,并增加了新的仪器,包括近红外光谱仪和宽视场照相机。在2009年,宇航员进行了最后一次维修,在哈勃望远镜上安装一个新的照相机和一个紫外线摄谱仪,并且升级了的科学仪器指令和数据处理单元,并安装替换了新的电池,陀螺仪和绝缘材料。

花费

哈勃望远镜最初的总成本约为4亿美元,到1990年发射时成本约为47亿美元。因为维护等任务,到2010年时,累计成本约为100亿美元。

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哈勃30年主要发现

最初,哈勃望远镜的目标工作年限是15年,然而,30年过去了,它还在运行着,一年365天,一天24小时,它每分每秒都在记录着来自远方的信息。

哈勃所观测到的物体,其光线经过了数十亿年才到达我们这里。因此,当我们看到这些天体时,看到的是它们遥远的过去,哈勃像一个时间机器,向我们展示了宇宙的过去,为我们提示了未来。


图片来自于NASA

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