太空“慧眼”

17世紀初，一位名叫漢斯·利比史的荷蘭磨鏡工人偶然發(fā)現(xiàn)，通過兩個放在同一條線上的透鏡望去，遠處的景物看上去近了許多。于是，他把透鏡裝進一個直筒，從此發(fā)明了望遠鏡。后來，意大利科學家伽利略用他設計的望遠鏡對準頭頂?shù)囊箍眨@奇地看到了月球的環(huán)形山。

望遠鏡用于天文觀測的實踐，促進了天文望遠鏡的發(fā)展。然而，由于地球大氣層的遮擋，地基天文望遠鏡的觀測能力和效果一直受到很大影響，一位美國天文學家曾遺憾地說：“在地面上觀測行星非常費勁，就好像是從湖底看飛鳥一樣困難。”為此，科學家們多年來一直在尋找一種能使望遠鏡擺脫大氣層遮擋的辦法。

如果把天文望遠鏡搬到太空去，不就能揭去大氣在望遠鏡上形成的那層面紗嗎？于是，從1976年起美國的科學家們開始設計制造一種大型空間望遠鏡。及至20世紀80年代中期，這種令人贊嘆不已的空間望遠鏡已經(jīng)出現(xiàn)在人們面前。

空間望遠鏡是航天技術和現(xiàn)代天文學的完美結(jié)晶，是世界上最先進的天文觀測儀器。它長14米，直徑4.28米，總重12噸，造價15億美元，設計壽命15年。整個望遠鏡由光學部分、科學儀器和輔助系統(tǒng)3大部分組成。其中，光學部分包括一個2.4米口徑的主反射鏡和一個0.3米口徑的副反射鏡。為了磨制兩個鏡片，美國珀金·埃爾墨公司花費了400多萬個工時。兩個反射鏡用超低膨脹系數(shù)的玻璃制成，鏡片表面先后鍍覆了非常薄的鋁膜和氟化鎂，因而鏡面比一般鏡片亮得多。

科學儀器包括廣角行星照像機、暗弱天體照像機、暗弱天體攝譜儀、戈達德高分辨率攝譜儀和高速光度計等。輔助系統(tǒng)包括兩塊11.8米×2.4米的太陽能電池板和兩副對稱安裝在鏡筒上的高增益拋物面天線等部件。

空間望遠鏡的“視力”非常驚人，相當于人眼視力的40億倍。以前，美國帕洛馬山天文臺的海爾望遠鏡可用口徑5米多的“巨眼”看到遠在20億光年的天體，而空間望遠鏡的口徑雖然只有2.4米，但它的觀測能力卻達140億光年，是海爾望遠鏡的7倍。海爾望遠鏡只能看到23等的暗弱天體，相當于看到3000米以外一支燃燒的蠟燭；而空間望遠鏡卻可以看到29等的暗弱天體，就是說它可以看到一支遠在500千米處的蠟燭。另外，空間望遠鏡的分辨率也是地基望遠鏡無法匹敵的，它能從華盛頓看到15000千米外悉尼一只繭火蟲發(fā)出的光亮，或從地球上看到月球上一支手電筒發(fā)出的閃光。因此可以說，空間望遠鏡是世界上一只視力最好的“眼睛”，如果僅用“千里眼”形容就太委屈它了。

空間望遠鏡肩負著天文學家們賦予的9大任務，即測定宇宙距離、測定宇宙年齡、分析宇宙的命運、觀測星系的演化、尋找地球外的行星系、探測黑洞、觀測類星體究竟是什么、考察太陽系和探測恒星的起源。

空間望遠鏡原名“軌道天文觀測器”，以后才改名為“哈勃”，以紀念觀測宇宙學的開創(chuàng)者和星際天文學的奠基人、美國的天文學家埃德溫·哈勃。

由于哈勃空間望遠鏡體積過于龐大，只能用航天飛機發(fā)射。可是，好事多磨，“哈勃”原計劃1986年發(fā)射升空，可是當年1月28日發(fā)生了挑戰(zhàn)者號航天飛機爆炸事件，原計劃被迫推遲，人們只好先把它封存在倉庫里。

推遲發(fā)射期間，科學家們趁機對望遠鏡進行了多項技術改進：為了保證生存能力，改進了安全系統(tǒng)；為了保證可靠性和長壽命，更換了裝鏡7年以上的電子部件；更換了供電量更大且不易老化的新型太陽能電池板，用長壽命鎳氫蓄電池替代了鎳鎘電池。這樣一來，加上保管費用在內(nèi)，哈勃空間望遠鏡的造價又增加了6億美元。

經(jīng)過5年的苦苦等待之后，哈勃空間望遠鏡終于盼來了飛向太空的一天。然而，發(fā)射前它又經(jīng)歷了兩次險情。發(fā)射時間原定于1990年4月10日，可是在發(fā)射前4分鐘，用于發(fā)射望遠鏡的發(fā)現(xiàn)號航天飛機一號輔助動力裝置突然出現(xiàn)故障，發(fā)射被迫推遲。在推遲發(fā)射后的兩個星期里，科學家最擔心望遠鏡的鏡面落上灰塵顆粒，或者在更換輔助動力裝置時，肼燃料造成侵蝕現(xiàn)象。為了確保部件安全，工程師們拆下了廣角行星照像機上的反射鏡，送往噴氣推進實驗室檢查。同時，還拆下了6個鎳氫蓄電池，送到電池實驗室充電。4月24日，發(fā)現(xiàn)號再次準備發(fā)射。誰知，計算機在倒計時至31秒時又停了下來，原因是一套新的計算機軟件導致航天飛機外掛燃料貯箱的液氧閥門未關閉。在排除計算機軟件故障后，地面人員重新發(fā)送指令，這一次閥門正常關閉了，于是倒計時重新開始。

1990年4月24日，美國東部時間上午8時33分，發(fā)現(xiàn)號航天飛機從肯尼迪航天中心發(fā)射升空。此次飛行的代號為STS-31，是發(fā)現(xiàn)號航天飛機的第10次飛行和美國航天飛機的第35次飛行。

為了釋放哈勃空間望遠鏡，發(fā)現(xiàn)號進入了一條534千米×533千米的軌道，這是自阿波羅載人登月計劃以來美國載人航天飛行所達到的最高軌道。飛行的第二天，即4月25日美國東部時間7時45分，發(fā)現(xiàn)號飛經(jīng)卡納維拉爾角上空。這時，飛行任務專家史蒂文·霍利操縱航天飛機的機械臂，將哈勃空間望遠鏡抓出貨艙。同時，戈達德航天中心的控制人員發(fā)出計算機指令，使太陽能電池板的支撐件達到正確位置。11時25分，望遠鏡左側(cè)太陽能電池板開始伸展，5分20秒后達到了預定長度。但是，右側(cè)太陽能電池板在伸展時卻遇到了麻煩。13時48分，右側(cè)太陽能電池板開始伸展，但僅伸展了幾英寸就停止不動了。故障發(fā)生后25分鐘，戈達德航天中心第二次向望遠鏡發(fā)出伸展指令。誰知，這次伸展了30秒鐘又停止了。直到第三次發(fā)出指令后，右側(cè)太陽能電池板才伸展到正確位置。至此， 5名航天員的心才放了下來。

15時39分，發(fā)現(xiàn)號位于東太平洋加拉帕戈斯群島上空。此時，它頭朝太陽，尾部朝向地球，做好了釋放哈勃空間望遠鏡的準備。在結(jié)束了姿態(tài)調(diào)整，并經(jīng)地面控制人員檢查確認沒有問題后，霍利小心翼翼地操縱機械臂，把望遠鏡釋放到茫茫太空中。30秒后，指令長施賴弗啟動望遠鏡上的推力器，使它以每秒0.18米的速度飛離航天飛機。

4月29日，成功完成哈勃空間望遠鏡釋放任務的發(fā)現(xiàn)號航天飛機平安返回，降落在愛德華茲空軍基地。

4月27日，地面控制人員發(fā)出了開啟望遠鏡鏡頭門的指令，可是由于鏡頭門開啟時震動過大，鏡載計算機系統(tǒng)立即采取安全保護措施，中斷了開啟程序。直到5月2日，控制人員才成功地打開了鏡頭門。接著，戈達德航天中心的控制人員連續(xù)36小時向望遠鏡發(fā)送指令，引導它正確定位，并對準目標星進行聚焦，準備拍攝第一幅照片。這時，哈勃空間望遠鏡定位在一條610千米高的軌道上，開始了太空觀測的生涯。

5月20日，哈勃空間望遠鏡第一次睜開“慧眼”，對準一個距地球1260光年的星團，然后用廣角行星照相機拍攝了第一張照片，緊接著又拍攝了第2張。兩個小時后，地面控制中心收到了這兩張照片。科學家們說，照片的清晰度比預想的高二三倍。可是好景不長。6月底，當?shù)孛婵刂迫藛T調(diào)整望遠鏡，試圖對一顆恒星聚焦時，卻怎么也得不到清晰的圖像。事后，馬歇爾航天中心和戈達德航天中心的工程師用兩個星期時間，全面檢測了望遠鏡的聚焦功能，最后找到了故障原因。原來，哈勃空間望遠鏡這個昂貴和精密的天文儀器竟然存在致命的球面像差問題，就是說它原本是一只看不清東西的“近視眼”。對此，華盛頓大學空間政策研究所所長哀嘆道：“這真是遭透了！”

哈勃空間望遠鏡的事故震驚了美國國會。有些議員認為，這一故障有可能影響國會對航宇局空間探索計劃的支持。對此，航宇局一面應付國會的指責，一面成立了一個以噴氣推進實驗室主任為組長的調(diào)查小組對事故展開調(diào)查。

經(jīng)過一個多月的調(diào)查，美國航宇局終于查明了哈勃空間望遠鏡“近視”的原因。原來，闖下大禍的是一個名叫反射式零值校準器的圓柱形儀器，它的用途是確定主鏡片的形狀，要求誤差不得超過千分之一毫米，而實際上誤差竟超過了１毫米，結(jié)果主鏡片邊緣部分被多磨去了0.002毫米。別看這個誤差僅有人頭發(fā)絲的二十五分之一，卻險些使哈勃空間望遠鏡變成一個太空廢物。

對于哈勃空間望遠鏡的“眼疾”，科學家們不會袖手旁觀。故障發(fā)生后，他們馬上研究制定了緊急“冶療方案”。接著，美國航宇局從1992年底開始了緊張的修復準備工作。在近一年的時間里，航天員們在水下進行了累計400個小時的失重訓練，以及太空行走等科目的練習。

一切準備就緒后，1993年12月2日，7名航天員乘奮進號航天飛機升空，執(zhí)行哈勃空間望遠鏡修復任務。經(jīng)過兩天的飛行，奮進號追上了“哈勃”，此后4名航天員在5天的太空作業(yè)中先后進行了5次太空行走，為“哈勃”更換了陀螺儀、照相機和太陽能電池板等11套儀器和零部件，并專門為主反射鏡配上了一副硬幣一樣大小的“矯正眼鏡”。

為修復哈勃空間望遠鏡進行的太空飛行被認為是阿波羅載人登月計劃以來最艱巨的任務，所取得的成績也非常鼓舞人心。修復工作完成一個月后，科學家們收到了哈勃空間望遠鏡“病愈”后發(fā)回的照片。這些照片達到了原先的設計標準，清晰得令人欣喜若狂。

后來，哈勃空間望遠鏡沒有辜負科學家們的希望，它獲得的觀測成果一次又一次令他們喜出望外。科學家們稱贊說：“自從1609年伽利略把一架20倍的小型望遠鏡指向夜空以來，人類對宇宙的研究還從未因為一臺儀器而在極其短暫的時間里取得如此巨大的飛躍。” 他們還認為，哈勃空間望遠鏡“已經(jīng)贏得了作為現(xiàn)代世界奇跡之一的地位”。