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「近視眼」的哈勃望遠鏡
來源:橙新聞    2021-07-06 12:32
哈勃望遠鏡(Hubble space telescope,HST)於1990年發射,一直承擔了諸多重要的科研任務,幫助解決很多長期困擾天文學家的問題。然而,NASA近日表示,哈勃空間望遠鏡在6月13日出現故障停止工作。

【識港網訊】中國空間站巡天望遠鏡計劃,據稱將於2024年發射入近地軌道開展觀測。中國科學院院士、中國科學院國家天文台台長常進介紹:「中國空間站巡天望遠鏡,它相當於中國的哈勃望遠鏡。但是它的視場要比哈勃望遠鏡大300倍,上面也搭配了星敏儀,可以對(太陽)系外行星直接成像,這對(太陽)系外行星科學的研究有很大作用。」

哈勃望遠鏡(Hubble space telescope,HST)於1990年發射,一直承擔了諸多重要的科研任務,幫助解決很多長期困擾天文學家的問題。然而,NASA近日表示,哈勃空間望遠鏡在6月13日出現故障停止工作。

人類建造哈勃太空望遠鏡的過程,本身就是一部精彩紛呈、跌宕起伏的大片。中山大學物理與天文學院副教授、微博大V、知名科普作家王爽,在《宇宙奧德賽:穿越銀河系》一書中,就詳細講述了其中的故事,以下內容節錄自本書。

哈勃太空望遠鏡

這個故事要從1946年講起。那一年,美國著名天文學家史匹哲發表了一篇開創性的論文,主張應該把天文望遠鏡送上太空。這麼做的好處主要有兩個:第一,太空望遠鏡不會受大氣湍流的干擾。換言之,在太空中看,星星就不會再「眨眼」;第二,太空望遠鏡能看到那些無法穿過地球大氣的電磁輻射,例如紅外光、紫外光、X 射線和伽馬射線。

以當時的技術條件來看,史匹哲的想法可謂瘋狂到極點。別說是太空望遠鏡,就連人造衛星,人類都得再過11年後才能送上天。但20世紀60年代的美蘇太空爭霸,讓人類的航天技術取得了巨大的飛躍,從而讓史匹哲的設想有了成為現實的可能。

在史匹哲幾十年如一日的推動下,NASA 批准了一個雄心勃勃的項目,要建造大型太空望遠鏡(large space telescope,LST)。按照最初的計劃,人們打算花億美元,建造一個口徑為3米的光學望遠鏡,並於1979年把它送上太空。

就在史匹哲等人摩拳擦掌想要幹一番大事業的時候,命運卻對他們開了一個殘酷的玩笑。

人類歷史上最著名的太空望遠鏡

20 世紀 70 年代,中東石油危機的爆發讓美國的經濟急轉直下,從而徹底終結了由美蘇太空爭霸開啟的NASA黃金時代。在基礎科學經費被大幅削減的歷史背景下,美國國會於1974年投票否決了LST的經費申請。

在這個危難關頭,全美國的天文學家都站了出來。他們自發組織了大規模的抗議活動,並不斷向美國各州的國會議員進行遊說。為了削減成本,史匹哲等人也對原來的設計方案進行了修改,把望遠鏡的口徑降低到了2.4米。此外,他們還與歐洲的天文學家合作,獲得了歐洲航天局的部分財政支持。三年之後,種種努力終於產生了效果。1977年,美國國會恢復了對LST的資助,從而讓這個寄託了幾代天文學家夢想的太空望遠鏡項目得以重新啟動。

20世紀80年代初,為了紀念美國大天文學家哈勃,人們把LST改名為HST。但改名之後,HST的未來之路依然遍佈荊棘。

HST有兩大部件:一個2.4米口徑的望遠鏡和一個安置此望遠鏡的太空船。NASA 把建造這兩個部件的工作都外包了出去:望遠鏡外包給了珀金埃爾默公司,而太空船則外包給了洛克希德公司。

本來,人們計劃在1983年把HST送上太空。但理想總是很豐滿,現實總是很骨感。

無論是望遠鏡還是太空船,建造進度都遠遠落後於原來的計劃。因此,HST的發射日期不得不一拖再拖。到後來,NASA甚至與珀金埃爾默和洛克希德公司鬧得劍拔弩張。

一直拖到1985年底,HST才徹底造好,計劃於1986年發射。萬萬沒想到,在1986年1月28日,挑戰者號航天飛機發生了大爆炸,從而造成7名宇航員罹難。這場著名的災難,迫使NASA在很長一段時間內凍結了所有的太空計劃。

挑戰者號的災難

這一耽誤又是4年。直到1990年4月24日,人們才終於把HST送上太空。

哈勃太空望遠鏡的發射

由於不斷的延誤,整個項目的開支從最初計劃的4億美元,驟增到發射時的47億美元。儘管如此,HST的厄運依然沒有結束。

發射數週之後,HST傳回了它拍到的第一批太空照片。看到這批照片後,HST的天文學家們頓時覺得五雷轟頂。因為HST拍到的所有照片,其品質都遠遠低於預期。有些恆星的影像明明應該是一個點,在照片上卻擴散成了一個圓。

經過分析,人們發現問題竟出在HST的鏡片上。由於珀金埃爾默公司打磨的鏡片形狀有問題,導致被鏡片邊緣反射的星光無法準確地聚焦到望遠鏡的焦點上。

為了保證發射的成功,人們對 HST 進行了不計其數的各種檢測。諷刺的是,竟然在最為重要的望遠鏡鏡片上出了問題。

耗資47億美元的 HST,居然是一個近視眼,這讓 NASA 一時成為公眾的笑柄。那段時期,不知有多少搞笑節目,都曾拿HST來開涮。

幸好,天文學家們後來找到了一個拯救HST的辦法。1993年,NASA派出了一個宇航員,在太空中追上了HST,並對 HST 進行了維修。他給HST裝上了一個經過特別設計的改正鏡,其效果相當於給 HST 戴上了一副眼鏡。有了這副眼鏡以後,人類歷史上最著名的太空望遠鏡終於開始大放異彩。

1979年5月,在珀金埃爾默公司拋光中的哈勃主鏡,圖中的是任職於該公司的工程師馬丁椰林博士

光是在20世紀90年代,HST就做出了數個足以載入史冊的重大發現,包括獲得了2011年諾貝爾物理學獎的「宇宙加速膨脹」,以及首次估算出宇宙中恆星總數量的「哈勃深場」。這兩個發現都是未來的宇宙奧德賽之旅的重要景點。此外,HST 也在1995年拍到了一張改變鷹狀星雲命運的照片,這就是著名的創生之柱。

創生之柱

這張極為壯麗的照片裡,一共有3根由氫分子雲構成的巨大柱子,每根柱子的長度都能達到好幾光年。需要說明的是,HST拍到的原始圖片其實是黑白的。但通過分析創生之柱的光譜,天文學家發現其中包含氫、硫、氧等元素。人們把氫元素發出的光染成綠色,把硫元素發出的光染成紅色,把氧元素發出的光染成藍色,然後就合成了這張永載史冊的著名天文圖片。

《宇宙奧德賽:穿越銀河系》 作者:王爽 出版社:香港中和 出版日期:2021年3月 (點擊書封,了解詳情)

原文鏈接:https://m.orangenews.hk/details?recommendId=1117648

责任编辑:lily