
“哈勃”望远镜以天文学家爱德温·哈勃的名字命名,由美国宇航局(NASA)研制而成,欧洲航天局(ESA)参与协助。
1990年4月24日,美国航天飞机将哈勃望远镜送上太空轨道,“哈勃”望远镜长13.3米,它以2.8万公里的时速沿太空轨道运行,由于没有大气湍流的干扰,它所获得的图像和光谱具有极高的稳定性和可重复性。至今,哈勃太空望远镜已经环绕地球飞行25年,它捕捉到的照片正从根本上改变着我们对宇宙的认识。
25周年 美国宇航局为其庆生
为庆祝“哈勃”望远镜升空25周年,NASA发布了哈勃拍到的一个年轻星团Westerlund2,其拥有3000多颗恒星,位于距离地球约2万光年远的船底座,是一个壮观的宇宙级焰火。哈勃的近红外3号宽视场照相机,为天文学家捕捉了这一星云的清晰视图,以及中央星团里密集的星体。
同时,美国宇航局还特别推出3D技术打印的哈勃25周年纪念章,以此铭记这一人类空间观测的里程碑。位于全美各地的NASA宇航中心,也从上周末起都推出与哈勃相关的系列参观和科学活动。
另外,为了纪念哈勃望远镜服役25周年,美国宇航局也正在筹划拍摄一部关于哈勃望远镜的纪录片。
构造原理 大口径望远镜加八台科学仪器
哈勃太空望远镜是被送入轨道的口径最大的望远镜。它全长13.3米,镜筒直径4.27米,重11吨,由三大部分组成,第一部分是光学部分,第二部分是科学仪器,第三部分是辅助系统,包括两个长11.8米,宽2.3米,能提供2.4千瓦功率的太阳电池帆板,两个与地面通讯用的抛物面天线。镜筒的前部是光学部分,后部是一个环形舱,在这个舱里面,望远镜主镜的焦平面上安放着一组科学仪器;太阳电池帆板和天线从镜筒的中间部分伸出。
望远镜的光学部分是整个仪器的心脏。它采用卡塞格林式反射系统,由两个双曲面反射镜组成,一个是口径2.4米的主镜、另一个是装在主镜前约4.5米处的副镜,口径0.3米。投射到主镜上的光线首先反射到副镜上,然后再由副镜射向主镜的中心孔,穿过中心孔到达主镜的焦面上形成高质量的图像,供各种科学仪器进行精密处理,得出来的数据通过中继卫星系统发回地面。
除了光学部分,望远镜的另外一个主要部分就是装在主镜焦平面上的八台科学仪器,分别是:宽视场和行星照相机、暗弱天体照相机、暗弱天体摄谱仪、高分辨率摄谱仪、高速光度计和三台精密制导遥感器。
探测贡献 观测到超过3.8万个星体
截至目前,“哈勃”望远镜耗费的费用累积达100亿美元,但其远远超出15年的预期寿命,成为美国宇航局最成功和最持久的任务之一,创造出令人惊异的成就。哈勃位于560公里的高空,观测到了超过3.8万个星体,捕捉到太阳系和更多星球叹为观止的影像,让人类欣赏到许多年轻恒星与正在死亡恒星的美丽画面,永久改变了天文学知识。
2012年9月,美国宇航局宣布,天文学家用“哈勃”望远镜找到了迄今已知的最遥远和古老的星系,与地球相距132亿光年。新发现的星系诞生于宇宙大爆炸之后约5亿年。
哈勃望远镜的重大发现和研究几乎涵盖了深度太空天文学的每一个前沿,包括黑洞位于星系中间,宇宙的扩张和加速速度,在宇宙大爆炸之后早期的银河系形成,以及环绕其他恒星运转的星球让人类居住的可能性等。
未来哈勃可能会坠入大气层“死亡”
虽然哈勃望远镜已经在轨运行25年,但哈勃望远镜总有一天要面临退役。
尽管目前哈勃望远镜是健康的,但美国宇航局和欧洲航天局正在设想哈勃望远镜可能出现的故障。
目前哈勃拥有三个精确导星传感器,这些电子产品都是原装的,也已经工作25年之久。这些传感器保持着良好的状态,但随着辐射水平的影响,传感器功能也正在退化,因此传感器可能是较早出现问题的部件。
哈勃望远镜拥有四个反作用轮,目前一切都运作良好。一旦反作用轮故障,哈勃的寿命可能会极大缩短。哈勃望远镜作为精密的超级机器,电脑问题也非常致密,目前所有星载仪器的状态都还不错,如果哪个出现了故障,那么哈勃望远镜就可能报废。
美国宇航局已经为哈勃望远镜延寿进行了多项工作,制定了一些应急预案,比如通信系统、姿态控制、陀螺仪、仪器仪表等,几乎能够想到的地方都进行了必要的升级或减少负荷。
对于哈勃望远镜可能的“死法”,美国宇航局认为可能采取坠入大气层的操作,掉落到太平洋上。不过也有方案认为可以提升轨道,将哈勃进入更高的轨道运行。
哈勃的“小伙伴们”

康普顿太空望远镜
康普顿天文望远镜重15.4吨、长9.45米,造价6.7亿美元,是迄今进入太空最重的卫星之一。1991年4月5日,它随“亚特兰蒂斯号”航天飞机升空。在9年的太空旅行中,康普顿为人类探索宇宙写下了一本厚厚的功劳簿。2000年5月30日,这只人类在外层空间最犀利的“眼睛”开始回家的路程,并于6月4日在人工控制下坠入太平洋。
钱德拉X射线太空望远镜
美国哥伦比亚号航天飞机1999年7月23日升空,把钱德拉X射线太空望远镜(Chandra X-ray Observatory)送到了太空。这一空间天文望远镜将帮助天文学家搜寻宇宙中的黑洞和暗物质,从而更深入地了解宇宙的起源和演化过程。
钱德拉太空望远镜原称高级X射线天体物理学设施(AXAF),后改成以印裔美籍天体物理学家钱德拉锡卡(Chandrasekhar)的名字来为其命名。
开普勒望远镜
于2009年3月6日,从佛罗里达州卡纳维拉尔角空军基地17-B发射台发射升空,它将是美国宇航局发射的首颗探测类地行星的探测器。在为期至少3年半的任务期内,“开普勒”太空望远镜将对天鹅座和天琴座中大约10万个恒星系统展开观测,以寻找类地行星和生命存在的迹象。美国航天局公布的资料显示,“开普勒”太空望远镜携带的光度计装备有直径为95厘米的透镜,它将通过观测行星的“凌日”现象搜寻太阳系外类地行星。
未来继任者詹姆斯·韦伯望远镜

按照美国宇航局的时间表,詹姆斯·韦伯空间望远镜将在2018年升空,作为哈勃望远镜的继任者。望远镜的框架模块重量大约相当于一头大象,配备四台高性能红外观测仪,比如先进的近红外相机、近红外摄谱仪、中红外装置以及高精度导星传感器等。
由于詹姆斯·韦伯空间望远镜工作在红外波段上,因此需要温度极低的观测环境,为此美国宇航局给望远镜设计了超低温控制器,近红外单元的冷却温度控制在零下233摄氏度,中红外仪器的工作温度更低,达到零下266摄氏度。在去年夏天,望远镜的超低温红外仪器的测试工作已经开展,总计116天,在此测试期间几台红外仪器处于正常的工作状态,这也是詹姆斯·韦伯空间望远镜团队的一个里程碑。
为了观测早期宇宙天体,詹姆斯·韦伯空间望远镜使用了红外波段观测方法,这就需要具有极低的背景温度,否则就无法捕捉到遥远天体的红外光。因此望远镜也被定点在距离地球150万公里的拉格朗日点上,而且还隐藏在地球的阴影之中,最大限度地降低太阳热辐射的影响。美国宇航局科学家还为近红外光谱仪开发了新型快门,能够通过人类头发宽度的极小窗口观测数百个天体。
维护维修
哈勃共经历五次修理

在设计上,哈勃太空望远镜必须定期进行维护。第一次的维护就变得非常重要,首次维修是由奋进号在1993年12月的STS-61航次中执行,于10天之中重新安装了几件仪器和其它的设备。
第二次维护任务由发现号在1997年2月的STS-82航次中执行,以太空望远镜影像摄谱仪(STIS)和近红外线照相机和多目标分光仪(NICMOS)替换掉戈达德高解析摄谱仪(GHRS)和暗天体摄谱仪(FOS);以一台新的固态记录器替换工程与科学录音机,修护了绝热毯和再提升哈勃的轨道。
第三次维护任务仍然由发现号在1999年12月的 STS-103航次中执行。在这次维护中更换了全部的六台陀螺仪,也更换了一个精细导星传感器和计算器,安装一套组装好的电压/温度改善工具(VIK)以防止电池的过热,并且更换绝热的毯子。
第四次维护任务由哥伦比亚号在2002年3月的 STS-109航次中执行,以先进巡天照相机(ACS)替换了暗天体照相机(FOC),并且查看了冷却剂已经在1999年耗尽的近红外线照相机和多目标分光仪(NICMOS)。
最近一次的哈勃维修任务原本安排在2008年8月,航天员为哈勃望远镜更换新的电池和陀螺仪,更换精细导星传感器(FGS)并修理太空望远镜影像摄谱仪(STIS)。
然而美国太空总署于2008年9月宣布哈勃太空望远镜上的数据处理系统出现严重故障,无法正常存储观测数据并传回地球。经过美国太空总署考虑后,因此原定的维修任务将推迟于2009年5月12日之后,由亚特兰蒂斯号航天飞机进行代号为STS-125航次任务。
文/佛山日报记者韦文毅编译(参考资料、图片均来自美国宇航局)