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　　撰文 | 蘇道

　　2009年拍攝的哈勃太空望遠鏡。| 來源：NASA

　　1990年4月24日，哈勃太空望遠鏡（Hubble Space Telescope）由“發(fā)現(xiàn)號”航天飛機搭載升空。30年來，哈勃太空望遠鏡深刻改變了我們對宇宙的認識，成為有史以來最成功的太空任務。它的觀測產出了成千上萬篇論文，對星系演化、恒星物理、系外行星、太陽系內天體等研究領域都貢獻巨大。如果去探究哈勃太空望遠鏡取得如此豐碩成果背后的原因，我們也許可以用“天時地利人和”來粗略地概括。

　　天 時

　　哈勃太空望遠鏡在發(fā)射之時就備受期待，但是投入運行不久，科學家就發(fā)現(xiàn)望遠鏡的主鏡存在嚴重的問題。圖像的清晰度很差，哈勃面臨“出師未捷身先死”的窘境。這一消息公布后，美國的媒體、公眾、國會的質疑紛至沓來。美國國家航空航天局（NASA）經過一系列評估，最終決定再發(fā)射一次航天飛機，航天員通過太空行走對哈勃太空望遠鏡進行在軌維修，以解決主鏡的問題以及此后發(fā)現(xiàn)的一系列其他設備問題。

　　1993年12月，7名航天員搭乘“奮進號”航天飛機進入太空，其中4人用5次太空行走成功完成了維修任務。雖然美國的航天飛機項目命運多舛，“挑戰(zhàn)者號”和“哥倫比亞號”在1986年和2003年先后失事，但是哈勃太空望遠鏡服役與航天飛機項目同時期進行，這對它順利完成一系列任務有很大的幫助。1993年的那次維修拯救了哈勃太空望遠鏡，而此后于1997年2月、1999年12月、2002年2月和2009年5月進行的4次維修任務也保證望遠鏡處于良好的狀態(tài)。在這幾次任務中，航天員不僅可以維修設備，還可以對一些老舊的設備進行更換，安裝最新開發(fā)的尖端設備。2011年之后，美國終止了航天飛機任務，因此也就無法再進行維護，但是最后一次成功的維護還是使望遠鏡又得以繼續(xù)高效工作超過10年。

　　從“亞特蘭蒂斯號”航天飛機的舷窗中看到的哈勃太空望遠鏡，此時航天飛機正在執(zhí)行最后一次維護任務，照片攝于2009年。| 來源：NASA

　　我們可以設想一下，如果沒有航天飛機，哈勃太空望遠鏡的維護會困難重重，主鏡的災難性問題不僅可能讓15億美元的投資大打折扣（即使存在缺陷，哈勃太空望遠鏡在1993年之前還是獲得了重要的觀測成果），而且由此引發(fā)的質疑還會阻礙此后一系列項目的實施。

　　除了航天飛機的輔助作用外，其他一系列先進技術在哈勃太空望遠鏡上的應用也賦予它前所未有的觀測能力。因此，30年來大放光芒的哈勃太空望遠鏡既是時代的產物，也最終開啟了一個新的時代。

　　地 利

　　在哈勃太空望遠鏡這個項目之前，NASA實施過“軌道天文臺”（Orbiting Astronomical Observatory，OAO）計劃，已經有了運行太空探測器的經驗。但是，哈勃太空望遠鏡的項目規(guī)模和復雜程度遠非OAO可比。同時，美國天文學界認為，作為一家任務導向的機構，NASA可能會在未來將注意力從哈勃太空望遠鏡轉向新的計劃和任務上。他們希望能夠有一家獨立于NASA的機構來負責執(zhí)行哈勃太空望遠鏡的科學任務，同時便于游說美國國會以獲得后續(xù)的研究經費支持。

　　這家專門的機構就是太空望遠鏡科學中心（Space Telescope Science Institute，STScI），成立于1982年，位于美國馬里蘭州巴爾的摩，由美國天文學研究大學聯(lián)盟（Association of Universities for Research in Astronomy）負責運營。從1990年開始，這家機構就負責為哈勃太空望遠鏡篩選科學任務以及處理回傳的數(shù)據(jù)（望遠鏡的飛行控制仍由NASA的戈達德太空飛行中心來完成）。

　　太空望遠鏡科學中心的標志。| 來源：STScI

　　除哈勃太空望遠鏡外，STScI還負責未來將要發(fā)射的詹姆斯·韋伯太空望遠鏡（James Webb Space Telescope）和廣角紅外巡天望遠鏡（Wide Field Infrared Survey Telescope）等探測設備的日常管理工作。同時，STScI還建立了一個太空望遠鏡的數(shù)據(jù)庫（Barbara A. Mikulski Archive for Space Telescopes），目前其中包含超過20項天文學項目的數(shù)據(jù)，天文學家可以借助數(shù)據(jù)庫中的海量數(shù)據(jù)進行研究。

　　在STScI前主任羅伯特·威廉姆斯（Robert Williams）看來，哈勃太空望遠鏡取得成功還有一個關鍵因素是STScI有較大的自主權。與NASA相比，STScI的主任被授權可以自主安排最多10%的觀測時間。這樣一來，哈勃太空望遠鏡可以安排一些長期的、有風險的觀測項目，而不是像其他望遠鏡一樣安排盡可能多并且有立竿見影效果的觀測項目。著名的哈勃深場（Hubble Deep Field）和證實宇宙加速膨脹的對Ia型超新星的觀測最初都是利用這類觀測機會完成的。

　　人 和

　　在任何科學研究中，人都是決定性因素，哈勃太空望遠鏡自然也不例外。哈勃太空望遠鏡的成功首先要歸功于幾代天文學家前赴后繼的努力，這里僅舉幾個有代表性的例子。

　　1946年，美國天文學家萊曼·斯皮策（Lyman Spitzer，1914-1997）論證了在太空中放置光學望遠鏡進行天文觀測的優(yōu)勢，為此后太空望遠鏡的發(fā)展奠定了理論基礎。1990年哈勃太空望遠鏡發(fā)射升空的時候，斯皮策本人在現(xiàn)場見證了這一時刻。NASA于2003年發(fā)射的斯皮策太空望遠鏡（Spitzer Space Telescope）正是以他的名字命名的。這臺望遠鏡在2020年1月30日退役，同樣取得了非常豐碩的研究成果。

　　Lyman Spitzer | 來源：Caltech

　　20世紀70年代，NASA把研制“大型太空望遠鏡”列入議事日程。此時，被譽為“哈勃望遠鏡之母”的南希·格蕾絲·羅曼（Nancy Grace Roman，1925-2018）領導了望遠鏡的論證和立項工作。為了爭取研究資金，南希不遺余力地進行游說。她曾經表示，每個美國人只要拿出一張電影票的錢，就能夠在很多年里持續(xù)從哈勃太空望遠鏡獲得重要的科學發(fā)現(xiàn)。NASA前局長愛德華·維勒（Edward J. Weiler）認為，“很多使用哈勃太空望遠鏡來從事研究的年輕一代天文學家經常會忘記南希；但是，在沒有網(wǎng)絡、谷歌和電子郵件的時代里，是南希推動了哈勃太空望遠鏡的項目，她組織起天文學家，并最終說服國會資助這個項目?！?/p>

　　Nancy Grace Roman｜來源：NASA

　　樂高產品中的Nancy和哈勃太空望遠鏡 | 圖片來源：樂高公司

　　今年4月5日去世、享年100歲的天文學家瑪格麗特·伯比奇（Margaret Burbidge）在天文學研究中的最后一項重要工作就是幫助開發(fā)了哈勃太空望遠鏡上的暗天體光譜儀（FOS）。依靠這臺設備，她領導的數(shù)據(jù)分析團隊在橢圓星系M87的中心附近發(fā)現(xiàn)了一個超大質量黑洞。（參看《活著的傳奇：黑洞照片的幕后英雄與拒絕領獎的抗爭者》）

　　斯皮策、南希和瑪格麗特只是哈勃太空望遠鏡成功背后付出辛勞的科學家的代表而已，30年來，多少科學家把整個青春都獻給了這個項目。

　　在科學界之外，公眾對哈勃太空望遠鏡的熱情和支持也是它成功的關鍵因素。望遠鏡的持續(xù)運行與更新需要來自美國國會的撥款，而公眾的態(tài)度對撥款會起到至關重要的作用。1993年，哈勃太空望遠鏡的“起死回生”在令公眾震驚之余，也使他們對望遠鏡寄予了更大的期待。同時，與望遠鏡有關的出色的科學傳播和教育工作吸引了公眾特別是青少年的注意力。30年來，哈勃太空望遠鏡拍攝的大量太空圖片給公眾帶來了巨大的震撼，讓天文學的外行也有機會領略宇宙的壯麗。不夸張地說，我們看到過的太空圖片中有很大一部分都是來自哈勃太空望遠鏡，這些圖片也成為哈勃太空望遠鏡最好的廣告。在慶祝哈勃太空望遠鏡升空30周年的日子，我們不妨再回顧一下其中的幾張經典照片。

　　“創(chuàng)生之柱”（Pillars of Creation）可能是哈勃太空望遠鏡拍攝過的所有照片中最著名的一張。這張攝于1995年的照片展示的是老鷹星云（Eagle Nebula）內圓柱形的星際氣體和塵埃，其中包含著新生的恒星。|來源：NASA

　　“上帝之眼”（Eye of God）展示的是位于寶瓶座的一個行星狀星云 | 來源：NASA

　　哈勃太空望遠鏡拍攝的蟹狀星云（Crab Nebula）圖片展示了前所未有的細節(jié) | 來源：NASA

　　哈勃太空望遠鏡拍攝的大紅斑（Great Red Spot）是木星的巨大風暴氣旋。憑借強大的觀測能力，哈勃太空望遠鏡可以向科學家提供更多有關太陽系內行星的大氣和表面的細節(jié)。| 來源：NASA

　　哈勃太空望遠鏡的巨大成功為未來的太空望遠鏡項目積累了寶貴的經驗。目前，哈勃太空望遠鏡在軌工作正常，正在等待詹姆斯·韋伯太空望遠鏡升空后一道完成多波段的觀測任務。我們在為它慶祝30歲生日的時候，可以大膽期待，在未來10年甚至更長的時間里，哈勃太空望遠鏡還將給我們帶來更多的驚喜，讓我們了解更多的宇宙奧秘。

　　參考資料

　　[1] http://www.raa-journal.org/docs/papers_accepted/4534.pdf

　　[2] http://www.stsci.edu/institute/

　　[3] https://en.wikipedia.org/wiki/Hubble_Space_Telescope

　　[4] https://www.space.com/15892-hubble-space-telescope.html

　　[5]?https://www.nasa.gov/content/about-the-hubble-story

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