30 歲的哈勃空間望遠(yuǎn)鏡

■木 子/整理

30 年前，一位來(lái)自地球的“不速之客”奔向宇宙，它獨(dú)自遨游在黑暗的太空，以拍攝絢爛多彩的星云聞名，它的名字叫哈勃空間望遠(yuǎn)鏡（以下簡(jiǎn)稱哈勃）。

今年的4 月24 日是哈勃30 歲的生日，為了給它慶生，英國(guó)廣播公司（BBC）特別拍攝了紀(jì)錄片《哈勃三十年：揭示宇宙奇觀》，帶領(lǐng)大家走進(jìn)哈勃的世界。

雖然在很多人眼中，哈勃是人類歷史上最成功的望遠(yuǎn)鏡：它一天能繞地球15～16 圈，30 年間對(duì)宇宙進(jìn)行了150 多萬(wàn)次的觀測(cè)，許多科學(xué)家的發(fā)現(xiàn)成果都離不開(kāi)它……但其實(shí)，它一度是世界科學(xué)界里“最大的笑話”。

◇ 哈勃的誕生 ◇

早在1968 年，美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）就產(chǎn)生了在軌道上放置一架太空望遠(yuǎn)鏡的想法，因?yàn)樵谔罩?開(kāi)展觀測(cè)任務(wù)能比在地面上獲得更多的信息。然而，NASA 最初申請(qǐng)預(yù)算的過(guò)程并不順利，因?yàn)橐ㄔ煲患芸趶饺椎奶胀h(yuǎn)鏡，花費(fèi)必然不菲。美國(guó)國(guó)會(huì)對(duì)此提出了諸多質(zhì)疑，并打算取消建造空間望遠(yuǎn)鏡的預(yù)算。

后來(lái)，在美國(guó)天文學(xué)家們的極力游說(shuō)以及歐洲空間局（ESA）的幫助下，這一計(jì)劃得以實(shí)施。為此，ESA 獲得了不少于15%的觀測(cè)時(shí)間。

為紀(jì)念在20 世紀(jì)初發(fā)現(xiàn)宇宙膨脹的天文學(xué)家愛(ài)德文·哈勃，該望遠(yuǎn)鏡被命名為哈勃空間望遠(yuǎn)鏡。

哈勃空間望遠(yuǎn)鏡

在集結(jié)了無(wú)數(shù)世界頂尖科學(xué)家的心血、耗時(shí)20 多年后，1990 年4 月24 日，哈勃在美國(guó)肯尼迪航天中心由“發(fā)現(xiàn)者”號(hào)航天飛機(jī)成功發(fā)射。

然而，升空后不久，一個(gè)棘手的問(wèn)題擺在了大家面前：哈勃傳回來(lái)的第一張照片由于對(duì)焦不準(zhǔn)，非常模糊。當(dāng)時(shí)美國(guó)的各大媒體都報(bào)道了這一新聞，NASA 顏面盡失，舉國(guó)一片嘲諷。

◇ 五次維修 ◇

科學(xué)家們討論、研究后決定，派遣宇航員去太空為哈勃裝一個(gè)光學(xué)矯正系統(tǒng)。1993 年12 月2 日，7 名宇航員搭乘“奮進(jìn)”號(hào)航天飛機(jī)來(lái)到太空，為哈勃“動(dòng)手術(shù)”。經(jīng)過(guò)這次維修之后，哈勃拍出的圖片的分辨率比設(shè)計(jì)之初預(yù)想的還要好。

在接下來(lái)的時(shí)間里，哈勃取得了一系列的重大天文成果，比如，拍下了有史以來(lái)“最瘋狂的彗星”——舒梅克-列維彗星撞擊木星的畫(huà)面，以及初生的星系和恒星誕生的過(guò)程等。

1997 年，在進(jìn)行了第二次升級(jí)維修后，哈勃又解決了當(dāng)時(shí)天文界最大的課題——黑洞。通過(guò)觀測(cè)和掃描，科學(xué)家在一個(gè)代號(hào)為M84的星系中測(cè)量到了一個(gè)黑洞的質(zhì)量，足足有太陽(yáng)的3 億倍。

兩年之后，哈勃上的六臺(tái)陀螺儀有四臺(tái)都出現(xiàn)了故障，望遠(yuǎn)鏡自動(dòng)進(jìn)入休眠狀態(tài)。于是，1999 年12 月，宇航員們?cè)俅未畛撕教祜w機(jī)進(jìn)入太空進(jìn)行第三次維修工作，還為其更換了一臺(tái)計(jì)算機(jī)，提高了它的運(yùn)行速度。

2003 年第四次維修后，NASA 傳來(lái)噩耗——“哥倫比亞”號(hào)航天飛機(jī)在返回地球時(shí)解體，機(jī)上7名宇航員全部喪生。

考慮到航天飛機(jī)的安全性，NASA宣布暫時(shí)放棄對(duì)哈勃的第五次維修計(jì)劃。

然而，宇航員以及科研人員都希望可以再次維修哈勃，讓其繼續(xù)發(fā)揮余熱。最終，NASA 在2009 年對(duì)哈勃進(jìn)行了最后一次維修。

◇ 哈勃的發(fā)現(xiàn) ◇

哈勃是人類天文觀測(cè)史上的一道分水嶺，自從它升空后，人類見(jiàn)識(shí)到了數(shù)千年來(lái)都不曾見(jiàn)過(guò)的宇宙。

在1997年的第二次維修任務(wù)中，一位宇航員正在移除哈勃空間望遠(yuǎn)鏡上的高分辨率光譜儀

迄今為止，哈勃研究的宇宙物體已超過(guò)40 000 個(gè)，那些無(wú)法通過(guò)肉眼捕獲的珍貴場(chǎng)景進(jìn)一步讓我們明白，地球不是太陽(yáng)系的中心，更不是宇宙的中心。不同于一般的地面望遠(yuǎn)鏡，被置于地球大氣之上的哈勃能捕獲到更清晰的太空?qǐng)D像，如極具代表性的M16 鷹狀星云圖像。

在哈勃的觀測(cè)下，宇宙的年齡從10多億年擴(kuò)展到200 多億年的范圍，并精確到138 億年左右。在時(shí)間的遞進(jìn)過(guò)程中，造父變星（變星的一種，它的光變周期——即亮度變化一周的時(shí)間——與它的光度成正比，因此可用于測(cè)量星際和星系際的距離）會(huì)有規(guī)律地發(fā)生明暗變化，科學(xué)家們可以根據(jù)哈勃觀測(cè)到的數(shù)據(jù)確定恒星的距離。

哈勃還證實(shí)了宇宙中有超大質(zhì)量黑洞的存在，它們普遍存在于大多數(shù)星系之中。通常情況下，超大質(zhì)量黑洞的質(zhì)量可達(dá)到太陽(yáng)質(zhì)量的100 萬(wàn)至100 億倍。

此外，宇宙中的星系會(huì)隨著時(shí)間遞進(jìn)而發(fā)生變化，那些處于不同階段的星系之間存在的相互作用則進(jìn)一步促進(jìn)了星系的增長(zhǎng)和其他變化，這些也是哈勃的重要發(fā)現(xiàn)。

當(dāng)然，在哈勃運(yùn)行的30 年中，還有很多可圈可點(diǎn)的探索發(fā)現(xiàn)，如清晰地展示了銀河系中類星體周圍的環(huán)境、對(duì)星系團(tuán)周圍暗物質(zhì)的描繪提供了幫助、發(fā)現(xiàn)宇宙膨脹加速可能與暗能量有關(guān)、捕獲了超新星爆發(fā)的過(guò)程快照、見(jiàn)證了諸多太陽(yáng)系事件的發(fā)生等。

科學(xué)家說(shuō)，將哈勃送上太空是人類探索宇宙過(guò)程中做的最浪漫的一件事。哈勃就像一部時(shí)光機(jī)，把千億光年外的宇宙呈現(xiàn)在我們的面前。

雖然目前人類了解到的天文知識(shí)只是宇宙的冰山一角，但我們?nèi)匀桓屑す约八袨榇藠^斗的科學(xué)家們?yōu)槿祟愃龅呢暙I(xiàn)。

“創(chuàng)生之柱”是哈勃拍攝過(guò)的照片中最著名的一張，展示的是老鷹星云內(nèi)圓柱形的星際氣體和塵埃，其中包含著新生的恒星（圖片源自NASA）

2017 年， 天 文 學(xué) 家們用哈勃拍攝了NGC 4302（ 左）、NGC 4298（ 右）這兩個(gè)漩渦星系（圖片源自NASA）