今年（2020年）是哈勃望遠鏡升空投入使用的三十週年。自1990年4月24日升空以來，哈勃望遠鏡在觀測恆星、星系等不同層次的天體，探究整個宇宙等方面做出了十分巨大的貢獻。本文回顧了哈勃望遠鏡艱難的誕生過程，並展示一些精彩的觀測結果。
1 哈勃其人
哈勃望遠鏡是以哈勃的名字命名的，所以我們首先來簡單瞭解一下哈勃。
埃德溫·鮑威爾·哈勃 （圖源：google圖片）
1889年，埃德溫·鮑威爾·哈勃（Edwin Powell Hubble）出生於美國弗吉尼亞州。他是一位偉大的天文學家，在天文學領域最重要的貢獻有兩個：其一是發現了當時被認為是一些銀河系內的星雲的物體實際上是銀河系外的星系，打破了宇宙完全由銀河系組成的"島宇宙"的觀念，對天文學的發展具有十分重大的意義；其二是提出了著名的"哈勃定律"，即星系的退行速度與距我們的距離成正比，對我們認識宇宙的演化做出了重要的貢獻。哈勃是公認的星系天文學之父，天文學領域也有關於星系分類的"哈勃分類法"。
2 艱難的啟程
2.1 提出計劃
空間望遠鏡的構想可以追溯到1923年，當時赫爾曼 奧博特（Hermann Oberth）等人提出了用火箭將望遠鏡送到空間軌道的想法。1946年，天文學家萊曼 斯皮策討論了空間望遠鏡相比於地面望遠鏡的兩個主要優勢，即望遠鏡的角分辨率不受大氣影響，可達衍射極限，以及可以探測到被會大氣層強烈吸收的紅外線和紫外線。1962年，美國國家科學院建議研發太空望遠鏡，1968年，美國國家航空航天局（NASA）計劃研製直徑3米的太空反射望遠鏡，並計劃於1979年發射。
2.2 資金問題
然而，這個項目在資金上遭遇了困難。由於太空望遠鏡的成本比地面望遠鏡高得多，遭到了美國國會的質疑，使得該項目的預算被削減。而在1974年，政府開支的削減導致國會取消了該項目的全部資金。經過天文學家全國性的遊說，參議院最終同意給該項目其最初由國會批准的預算的一半資金。資金的減少導致不得不減小項目的規模。計劃的望遠鏡直徑從3米變成了2.4米，NASA也不得不和歐洲航天局（ESA）合作，由ESA提供該望遠鏡的第一代儀器以及太陽能電池的一部分資金和技術支持。作為回報，歐洲航天局擁有該望遠鏡不少於15%的使用時間。1978年，美國國會批准了給該項目三千六百萬美元的撥款，該望遠鏡的設計工作才真正開始，並計劃於1983年發射升空。
哈勃望遠鏡的2.4米主鏡面（圖源：NASA）
2.3 工程挑戰
資金只是一方面的障礙，望遠鏡部件的設計和建造也是一個不小的挑戰。由於太空望遠鏡的觀測波段從可見光一直延申到紫外波段，以充分利用空間環境，以及太空環境的特殊性，望遠鏡的設計和建造必須符合及其嚴格的規範，鏡面的拋光精度也要求達到10納米。此外，還有航天器的建造和計算機數據處理系統的研製也充滿了挑戰。航天器的建造必須考慮陽光直射和地球陰影導致的溫度變化以及望遠鏡精確指向的問題，而研製出的計算機需要有處理望遠鏡大量數據的能力。這項大工程需要各方面的合作以及數千人的參加。由於技術、工程和管理上的問題，項目的進度大大落後於計劃，預算也不斷增加。鏡片的建造於1981年底全部完成，而各系統的組件直到1984年才完成，並開始測試，發射時間也推遲到了1986年。1983年該望遠鏡被命名為哈勃望遠鏡。
2.4 意外阻礙
時間倒了1986年，一切準備工作都已完成，哈勃望遠鏡準備昇天了。然而，一場意外的爆炸事故又打斷了哈勃望遠鏡項目的計劃。
1986年1月28日，美國的挑戰者號航天飛機發射升空73秒後發生了爆炸，飛船上的機組人員—5名NASA宇航員、一名專家和一名學校老師—全部遇難。這一意外迫使美國太空計劃停頓，航天飛機停飛，使得哈勃望遠鏡的發射計劃推遲。
挑戰者號爆炸（圖源：History網站）
1988年，美國的航天飛機恢復飛行。1990年4月24日，哈勃望遠鏡終於發射升空，開始了探測之路。
2.5 出師不利
哈勃望遠鏡經歷了重重困難終於發射升空，天文學家們十分期待它的探測結果。然而望遠鏡傳回的結果卻讓人們大跌眼鏡。雖然獲得的圖像確實比同等級的地面望遠鏡清晰，但遠遠沒有達到設計要求。經過一番調查，發現問題出在光學鏡面上，，其外邊緣少磨了2200納米，引起了嚴重的球差，使得望遠鏡不能將收集的光線聚焦到一個焦點上，使得圖像模糊，戲稱"近視眼"哈勃。1993年，"奮進號"航天飛機搭載精心挑選的"醫療小隊"升空，修復了哈勃望遠鏡的"近視"問題以及其他一些問題。1993年12月18日，哈勃望遠鏡傳回了修復後的第一張探測圖片，圖像的質量達到了預期。哈勃望遠鏡終於可以真正的探測宇宙了。
哈勃望遠鏡（圖源：NASA）
3 絢爛的成果
30年來，哈勃望遠鏡對這個進行了100多萬次的觀測，得到了大量精彩的探測成果。下面展示了該望遠鏡的幾個精彩的探測圖像。
3.1 土星
土星
哈勃望遠鏡獲得了土星的十分清晰的圖像，並展示了土星環的精美細節。圖像中的琥珀色來自於夏季時太陽紫外線輻射引起的光化學反應，在霧霾的下面是由氨冰晶組成的雲團，以及更深層次的、看不見的、由硫化氫銨和水組成的低層雲團。哈勃高分辨率的寬視場相機展示了土星環許多的小環和較暗的內環。該圖像有助於天文學家研究土星的大氣和土星環。
3.2 銀河系核球
銀河系核球
該圖像展示了我們銀河系擁擠的中心，使銀河系的"心臟"。這是個充滿活力的區域，老年紅巨星和年輕的恆星並存，藍色的恆星可能使剛剛形成的。不同年齡的恆星以不同的速度繞銀河系中心運動同時又有不同程度的無序運動，就像市中心的行人一樣。
3.3 礁湖星雲
礁湖星雲
礁湖星雲是個巨大的恆星孕育場，位於4000光年外。其核心十分明亮，一個比我們的太陽還要亮20萬倍的恆星輻射出大量的紫外線和強烈的恆星風，雕刻出一個充滿山脊和空洞的巨大的氣體和塵埃區。這個地區是一個典型的充滿了誕生和毀滅的恆星託兒所的縮影。這些雲看似平靜，其實是處在恆星灼熱的輻射洪流和來自恆星風的高速粒子的持續流動狀態中。中心的巨星用它強大的能量拋出它出生的繭狀物質，抑制了它周圍的恆星形成。但是在這個動態系統的黑暗邊緣，恆星正在稠密的氣體和塵埃雲中形成。
3.4 鷹狀星雲
鷹狀星雲（創生之柱）
創生之柱是鷹狀星雲的一大形態特徵，是一個距離我們6500光年的恆星形成區，因其形狀像柱子而得名。哈勃的這張圖像得到了該區域比以往更清晰的結構。柱子由冷氫氣和塵埃包裹而成，恆星在柱子內部深處誕生。圖像中的顏色突出了幾種化學元素的輻射，氧排放為藍色，硫為橙色，氫和氮為綠色。
3.5 引力透鏡
Able 370星系團呈現的引力透鏡現象
這張圖像顯示了星系團的引力透鏡現象。在此視圖中，巨大的星團Abell 370位於該圖像的中心，距離大約40億光年。它包含數百個星系以及大量的暗物質，星系團周圍的區域鑲嵌著無數背景星系。星系團巨大的質量扭曲了空間，放大並扭曲了來自遙遠背景星系的光線，形成了如圖中所示的壯觀的引力透鏡現象。
4 後繼有人
哈勃望遠鏡已經在太空中工作了30年，終究要面臨儀器老化等問題。目前哈勃還能良好的運行，它將工作到儀器徹底無法工作的那天，然後安詳的回到地球的懷抱，壽寢正終。而我們將繼續發射觀天利器，繼續探索這個美麗的宇宙。韋伯空間望遠鏡就是接班人之一。相比於哈勃，韋伯空間望遠鏡擁有更寬的波長覆蓋範圍，將在紅外光部分進行探測。紅外波段對於探索宇宙也是十分重要的，我們可以通過紅外輻射看到十分遙遠、十分寒冷的天體，可以追溯到宇宙剛被恆星和星系點亮的時候。
哈勃豐富多彩的探測成果激勵著天文學家們探索宇宙的心，而上個世紀的天文學家和工程師們在如此艱難的環境下仍然成功發射了哈勃望遠鏡，他們不屈的精神和探索宇宙的決心也在激勵著後繼者們。人類探索宇宙的腳步永遠不會停止。
哈勃，生日快樂！
