“哈勃”遨游太空25年 偷窺了上帝的哪些秘密？

史春樹

在離地球547千米的軌道上，住著勤勞的“哈勃”。它有著一雙敏銳的眼睛，能透過層層星云看到它想看的任何一顆星星。通過“哈勃”身上搭載的高科技紅外線裝備，它也可以穿過宇宙灰塵和大氣的阻礙，a見證許多新星星誕生的過程。

自1990年起，哈勃太空望遠鏡已經環繞地球飛行25年，捕獲了那些從根本上改變人類對宇宙的認知的圖片。2015年4月24日，美國宇航局（NASA）在太空中燃放了一些煙花，以這樣的形式為哈勃望遠鏡順利服役25周年的紀念日舉辦了一次慶祝活動。

1990年4月24日，發現號航天飛機從美國肯尼迪中心發射升空，將哈勃空間望遠鏡送上了近地軌道。盡管在最初的幾年里，這臺望遠鏡備受視力模糊的困擾，但經過修復和多次維護之后，哈勃已經成為有史以來最著名、最重要的天文望遠鏡，它改變了我們對宇宙的諸多認識，更不用說它還拍攝過許多已經成為經典的絕美太空照片了。

哈勃望遠鏡問世25周年

2015年，是哈勃望遠鏡服役第25周年，為慶祝哈勃望遠鏡服役25周年，NASA和歐洲太空總署整理了25張哈勃望遠鏡帶給我們最美的和最重要的圖片。

一位名叫詹尼弗·懷斯曼的哈勃科學家，在華盛頓新聞館舉辦的電視直播慶祝會上說：“對全世界所有的航天事業工作者和全世界所有的天文愛好者來說，本周都是激動人心的一周。”

在離地球340英里遠（547千米）的軌道上，住著勤勞的哈勃。它有著一雙敏銳的眼睛，能透過層層星云看到它想看的任何一顆星星。通過哈勃身上搭載的高科技紅外線裝備，哈勃也可以穿過宇宙灰塵和大氣的阻礙，見證許多新星星誕生的過程。

研究行星的演變歷程是哈勃最初的一項使命。沒有了地球大氣層的干擾和阻礙，天文學家們希望能借助哈勃的力量，及時地看到更遠的地方，尋找到137億光年外宇宙大爆炸起源點附近的星星和星系。

觀測宇宙的另一只“眼睛”

太空望遠鏡的想法首次出現在1922年德國火箭先驅赫爾曼·奧伯特的博士論文中。歷史學家們指出，他的論文“飛向星際空間的火箭”最初因為過于空想化而被拒絕。

但是，在他的想法背后的邏輯卻很難被駁倒。一架位于軌道中或者深入太空的望遠鏡能夠提供比地面觀測望遠鏡更詳細的映像。因為，即使在最清澈的夜晚，地球的大氣層也會扭曲光線，影響到可見波長運行的地面觀測望遠鏡捕捉到的圖像細節。大氣層中的水蒸氣和臭氧也會阻擋幾乎全部的紅外線和紫外線光。而深入太空的望遠鏡則帶有更多有關恒星的誕生、星系和太陽系外行星的信息。

對哈勃望遠鏡的可行性研究花了科學家們將近50年。但在發射后沒過多久，NASA就發現在哈勃望遠鏡94英寸（2.4米）半徑大的放射鏡上存在一個制造缺陷。為了維修這一光學部件，NASA在1993年往哈勃那兒送去了5位宇航員，這5位宇航員也是宇宙飛船機組首次委派前去執行太空行走維修任務的5名英雄。

哈勃停留在地球上空482.8公里的軌道上，向地球提供清晰的圖像，并以前所未有的細節采集光譜。哈勃最初的任務之一是計算宇宙目前的膨脹速度。此后，哈勃所展現出來的優勢和作用無與倫比。

在哈勃被發射之后，我們得到了許多重大發現。哈勃的數據有力地證明了宇宙的加速膨脹，也證實了暗物質在大約90億年前就開始顯現。這一觀測有助于彌補關于暗物質不同理論之間的分歧。這些成果突出了哈勃望遠鏡為天文重大發現所做的貢獻，給更早期的觀測提供了重要的確證，并揭示了新的視角。

哈勃也在太陽系外拍到了其他行星的照片，通過掃描，得到了其他行星上大氣層的化學成分信息。1992年，第一個被稱之為“外行星”的太陽系外星球被發現，這離哈勃開始服役才過了兩年。

哈勃發回的圖像引起了一陣騷動。惠特莫爾博士回憶說：“你開始聽見大廳里有竊竊私語——對圈狀星云的校準觀測跟你以前看見的一點也不同。”哈勃顯示的是一群單獨的恒星。結果，這樣的問題在三年后通過修正了鏡面缺陷而挽救了哈勃和美國宇航局的聲譽。從丑小鴨到美天鵝的“逆襲”故事對作為開路先鋒送入太空探索宇宙的25歲哈勃望遠鏡倒是個貼切的比喻。

利維奧博士于1991年來到太空望遠鏡研究所并領導著研究部門。他說：“有時候人們建造一臺小儀器以探究某個問題，而且也解決了這個問題。但哈勃不僅解決了這樣的問題，而且還提供了關鍵信息幫助其他相關研究結果得以實現。”

得益于它的長壽，哈勃也產生了多個“第一”。比如，它發回了宇宙早期嬰兒星系和星系碎片的首批圖像；它是第一架發現圍繞另一顆恒星運行的行星的大氣層中含有化學元素的太空望遠鏡。

根據一些評估，哈勃是歷史上科學產量最高的望遠鏡。自1997年以來，利用哈勃數據的論文數量遠遠超過了利用其他15座著名的太空和地面望遠鏡數據的論文數量。

歐洲核研究組織的物理學家在地下實驗場探索物質的本質屬性。他們的大型強子對撞機被封為物理學界的哈勃。隨著新的擁有復雜太空掃描技術的地面觀測望遠鏡不斷問世，他們把哈勃比喻成觀測宇宙的另一只“眼睛”，哈勃被封為“人民的望遠鏡”。在捕捉天文圖像的同時，也為一些藝術史學家提供了天文圖像的原始素材，使得他們把天文圖像比擬為19世紀油畫作品和美國西部照片中的浪漫景色，把茫茫宇宙帶入了世界各地的學校教室和家庭起居室。

發現“上帝之臉”

哈勃太空望遠鏡捕捉到存在于遙遠宇宙空間的NGC 1316星系，猶如“上帝之臉”。中世紀的基督徒認為天堂位于云層的上方，但是本次哈勃空間望遠鏡的觀測似乎已“查明”：傳說中在九霄云外的天堂可能有些遠，距離地球大約7500萬光年。

雖然被喻為“上帝之臉”的星系距離我們非常遙遠，位于天爐座星系團中，但是科學家發現星系中存在異常強大的射電源，并有著一對巨大的射電波瓣，是天空中最強大的射電源之一。如果將哈勃空間望遠鏡所捕捉到的NGC 1316星系圖像比作基督教的天父，那么強大的射電波就如同是“天父”向地球上的孩子們發出的信號。

在哈勃空間望遠鏡所拍攝的照片中，巨大跨度的環形宇宙塵埃圍繞的星系部分，看上去非常像上帝慈祥的臉龐，而且還有許多大胡子。美國國家航空航天局的天文學家根據哈勃空間望遠鏡傳回的數據發現，巨型塵埃和大量星團的分布暗示了其形成的原因，在數十億年前一個巨大的橢圓星系與另一個螺旋星系之間發生了碰撞，產生了我們今天看到的NGC 1316“上帝之臉”星系。除了從詭異的星系外觀上可以洞察出NGC 1316的“暴力”歷史事件，科學家還從其他途徑上揭示了在“上帝之臉”星系中發生的故事。

位于智利圣地亞哥以北600公里賽拉托洛洛美洲際天文臺是南半球數個頂級的天體觀測站之一，配備了直徑4米的布蘭柯望遠鏡。科學家使用這臺強大的望遠鏡拍攝到了“上帝之臉”星系中各種令人眼花繚亂的漣漪、成環狀分布的物質以及羽狀塵埃。

哈勃空間望遠鏡的圖像進一步揭示了“上帝之臉”星系深處區域的情景，發現一個更加復雜的塵埃帶和神秘的斑點結構。科學家認為龐大的黑色塵埃帶是遠古時期一個螺旋星系的殘留物，因為如此巨大而蜿蜒的塵埃帶只有在螺旋星系中才有，而橢圓星系一般存在著較大而非常明亮的球狀星團，它們的來源可能是NGC 1316星系吞噬了數個螺旋星系的物質。這些特殊的天體分布與構造都說明了“上帝之臉”星系在數十億年前發生過極為恐怖的宇宙事件。

普及天文學居功至偉

自從1990年4月25日發射進入軌道后，哈勃望遠鏡給來自宇宙的人類明信片收藏增加了一幅又一幅無法抹去的影像。這些影像又給科學的發展帶來了意義深遠的貢獻。

哈勃望遠鏡在相對短的時間內將收集到的信息廣泛傳播給公眾。它不僅在天文學的普及方面發揮了關鍵作用，也極大地充實了信息和影像資料庫——超過一億幅。比最初的觀測產生了更多的科學成果。

今年三月，太空望遠鏡研究所宣布：所有資料已經編入被稱為哈勃資源目錄的龐大在線數據庫。它使得天文學家能快速檢索。領導數據庫開發團隊的惠特莫爾說：“我們不是為了明年、后年、大后年，而是為了下一個10年、20年、30年、50年而開發......”

隨著這一天文觀測臺進入最后10年，天文學家們正在創建其壽終正寢前要從事的項目清單，目的是為了進行太空發現項目以及為詹姆斯·韋伯太空望遠鏡（將于2018年發射）進行補充觀測的項目來擴大其早已可觀的成就。這項努力被稱為“哈勃2020”。

比如，有些天文學家推薦利用哈勃來分析圍繞恒星運轉的行星的大氣層。而有的人則建議利用它來精確測量矮星系和恒星系的內部和外部運動，以此作為觀測星系進化和暗物質的窗口。

2000年，美國宇航局打算發射一艘太空飛船并在2010年左右回收望遠鏡。然而，到了2015年，哈勃還在掃描宇宙空間，而美國宇航局的三艘太空飛船現在卻成了博物館的展品。

當然，這樣的長壽根植于哈勃的設計以及美國宇航局發送宇航員對硬件進行定期修補、升級。克里斯蒂安博士表示，2009年對哈勃進行了最后一次維修升級，它使得備受尊敬的望遠鏡處于令人驚奇的狀態，使其探測能力增強萬倍。

宇航員修理了重負荷運轉儀器中的兩臺，太空望遠鏡影像波譜測定儀和高級測量照相機。他們用第三臺更能干的替換了望遠鏡的第二臺廣角照相機。他們還安裝了宇宙起源分光攝譜儀。它使得哈勃的能力擴展到能采集天外物體從近紅外和可見光波長到紫外線波長的信息。宇航員也更換了使天文臺運轉的電源、計算機以及其他硬件。

后繼有人 韋伯空間望遠鏡

NASA希望能讓哈勃望遠鏡繼續服役到2020年。而在那之后，它的繼任者，詹姆斯·韋伯空間望遠鏡將接任它的使命。韋伯望遠鏡計劃于2018年10月發射。

詹姆斯·韋伯空間望遠鏡（JWST）是紅外空間觀測站，它由NASA帶頭，與歐洲航天局和加拿大航天局合作，曾用名為“NGST”。在2002年更名，用以紀念NASA的首任局長詹姆斯·韋伯。研究人員計劃用它取代哈勃望遠鏡，用以探索遠超過目前儀器可觀測到的宇宙中最遠的對象。其設計口徑為6米，是哈勃望遠鏡的2.5倍。JWST能觀測到的天體要比當前最大地面望遠鏡或空間紅外望遠鏡要暗400倍。

NASA計劃于2018年升空的詹姆斯·韋伯望遠鏡是目前被寄予厚望的哈勃望遠鏡繼任者。在韋伯領導下的美國宇航局，成功實施了“水星”和“雙子星”載人航天計劃，為人類成功登月奠定了堅實的基礎。

韋伯望遠鏡在設計時強化了其紅外波段的觀測能力，這將讓它能夠更好地看清宇宙中更遙遠、更暗淡的天體。相對于哈勃望遠鏡，韋伯望遠鏡將能夠進一步逼近大爆炸后的年輕宇宙的圖景，科學家估計它可以看到距離200億光年遠的原始星系。

2019年，哈勃望遠鏡和韋伯望遠鏡將同時在軌道運行，幫助人類揭示宇宙的秘密。到那時，人類將擁有前所未有的觀測能力，相信一定會有“爆炸性”的新發現！