哈勃太空望远镜于1990年4月24日发射升空。 图片来源：NASA 哈勃太空望远镜于30年前的4月24日发射升空，这是一个令人印象深刻的里程碑，尤其是它的预期寿命只有10年。 它之所以能走过三十年时光，是因为通过航天飞机的访问，可以用新的观测仪器对其进行维修和升级。 哈勃首次发射升空时，它仅可以观测到波长短于可见光的紫外线和可见光。1997年的维修任务增加了一种观测近红外光的仪器，近红外光的波长比可见光的波长更长。这个新的红外＂眼睛＂提供了两个新的主要能力：更深入地观察太空；更深入地观察恒星形成的尘埃区域。 图片来源：NASA 中文名：哈勃空间望远镜 英文名：Hubble Space Telescope（HST） 类型：光学望远镜发射时间：1990年4月24日 发射地点：美国肯尼迪航天发射中心 有效口径：2.4米 长度：13米 直径：4米 重量：11,000 千克（24,250 磅） 设备管理方：NASA和ESA 运行高度：距离地面约575公里上空 后继探索器：詹姆斯·韦伯空间望远镜（JWST） 命名由来：纪念爱德温•鲍威尔•哈勃(Edwin Powell Hubble) 这张照片是美国国家航空航天局(NASA)在2009年执行第五次维修任务时拍摄的哈勃太空望远镜。 图片来源：NASA ＂我是亚利桑那大学(University of Arizona)的天体物理学家，利用近红外观测可以更好地理解宇宙的运行方式，从恒星的形成到宇宙学。大约35年前，我有幸为哈勃建造一个近红外照相机和光谱仪，这是一生难得的机会。我的团队设计和开发的相机改变了人类看待和理解宇宙的方式。仪器是在我们的指导下，在科罗拉多州博尔德的Ball航空航天公司制造的。＂ 哈勃望远镜观测波段。 图片来源：NASA/JHUAPL/SwRI 观测的更深远、更早期 哈勃望远镜(HST)的同名者Edwin-Hubble在20世纪初发现宇宙正在膨胀，来自遥远星系的光被转移到更长、更红的波长，这种现象被称为红移。距离越大，位移越大。这是因为物体离我们越远，光线到达地球所需的时间就越长，宇宙在这段时间里膨胀得越大。 哈勃望远镜的紫外线和光学仪器拍摄了迄今为止所见过的最遥远的星系的图像，这些星系被称为北方哈勃深空或称NHDF，于1996年发布。然而，由于红移，这些图像已经达到了它们的距离极限，红移将最遥远星系的所有光线从可见光转移到红外。 这是用NICMOS拍摄的典型图像，它显示了我们银河系中心的一个巨大的星团。图片来源：NASA/JHUAPL/SwRI 在哈勃望远镜的第二次维护任务中增加了一个名字很别扭的新仪器，称做近红外相机与多目标光谱仪，简称NICMOS，发音为＂Nike Moss＂。NICMOS上的近红外相机观察了NHDF的区域，发现了更远的星系，它们所有的光都在近红外波段。 天文学家有幸观察到过去发生的事情，他们称之为＂回望时间＂，我们对宇宙年龄的最佳测量是137亿年（光在一年中传播的距离称为光年）。NICMOS观测到的最遥远的星系距离近130亿光年，这意味着NICMOS探测到的光已经在宇宙中传播了130亿年，而它展现出的，是宇宙年龄还是现今5%时的遥远景象。这些景象包括宇宙最早期形成的一批星系，而构成这些早期星系的恒星的形成速度则是现今宇宙中恒星诞生的一千倍。 尘封 可见光下的鹰状星云。 图片来源：NASA, ESA and the Hubble Heritage Team 尽管天文学家研究恒星的形成已经有数十年，但仍然存在很多问题。部分问题在于，大多数恒星是由分子和尘埃组成的。尘埃吸收了恒星形成时发出的紫外线和大部分可见光，使得哈勃的紫外线和光学仪器难以探测这一过程。 光的波长越长或越红，吸收的光就越少。日落时阳光斜射，需穿过的大气距离变长且布满灰尘，所以此时的天空看起来是红色的。 然而，近红外比红色可见光更容易穿过尘埃。NICMOS可以用哈勃望远镜的高质量图像观察恒星形成区域，以确定恒星形成的细节。一个很好的例子就是哈勃拍摄的鹰状星云，也被称为＂创造之柱＂。 哈勃望远镜的光学图像中，宏伟的柱形似乎表明恒星在大片空间形成，然而NICMOS利用近红外捕捉到的图像却给出不同的解答。图像中多数柱形都是透明的，透明处没有恒星，而恒星只在柱形的尖端形成。光学图像中的柱形仅仅是尘埃反射附近星群发出的光。 哈勃太空望远镜捕捉到的图像：鹰状星云的创生之柱。图片来源：NASA, ESA/Hubble 红外时代的开启 当1997年NICMOS被添加到HST时，NASA还没有未来红外观测宇宙的计划。而来自NICMOS的结果变得明显时，这种情况迅速改变。基于NICMOS的数据，科学家们发现，宇宙中星系的诞生时间比人们预期的要早得多。NICMOS的图像也证实了宇宙的膨胀正在加速，而不是像之前认为的那样减缓。 继NHDF红外图像之后，2005年哈勃超深场(Hubble Deep Ultra Field)图像进一步展现出远距离年轻星系近红外成像的作用能力之大。于是NASA决定投资詹姆斯·韦伯太空望远镜(James Webb Space Telescope, JWST)，该望远镜比哈勃大得多，且是专门用于红外线观测。 詹姆斯·韦伯太空望远镜。 图片来源：NASA 在2009年5月安装的第三代广域照相机(Wide Field camera)基础上，哈勃望远镜又增加了一个近红外成像仪。该成像仪使用改进的NICMOS检测器阵列版本，具有更高的灵敏度和更宽的视野。James Webb太空望远镜具有更大版本的NICMOS检测器阵列，比以前的版本具有更大的波长覆盖范围。 詹姆斯·韦伯太空望远镜计划于2021年3月发射，并与随其后发射的广角红外巡天望远镜（Wide Field Infrared Survey Telescope），构成执行NASA未来太空任务的主体。这些观测项目的诞生都归功于哈勃望远镜的近红外观测。而最初投资的近红外相机和光谱仪，给予了哈勃望远镜进行红外观测的＂眼睛＂，也使之后的这些项目得以实现。通过詹姆斯·韦伯太空望远镜，天文学家有望看到宇宙中最早形成的星系。 图片来源：NASA 但人类不会忘记哈勃望远镜，它发布的太空图像早已经成为人类生活的一部分，无论是在杂志上还是在电视上，这些瑰丽的太空图像大部分来自哈勃望远镜。哈勃望远镜留下的文化遗产，丝毫不亚于它的科学贡献。 五次维修/维护 哈勃太空望远镜悬挂在＂发现＂号航天飞机的有效载荷舱上方，然后在1990年4月25日由STS-31机组部署到轨道。 第一次维修/维护——1993年，宇航员在哈勃第一次维修任务中移除了广角和行星照相仪，并安装了功能更强大的＂后继者＂——2号广角和行星照相仪。 第二次维修/维护——1997年2月11日凌晨，美国7名宇航员搭乘＂发现＂号航天飞机升空， 对在太空飞行了7年的＂哈勃＂太空望远镜进行改造。从2月13日深夜到18日凌晨，宇航员为＂哈勃＂更换了包括近红外照相机、多目标分光仪和太空望远镜图像摄谱仪在内的11种新设备，并修补了望远镜上部分剥落的绝缘层。 第三次维修/维护——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。 在这张NASA图片中，宇航员于1999年升级了哈勃太空望远镜。图片来源：NASA/JSC 第四次维修/维护——2001年，科学家利用美国＂哥伦比亚＂号航天飞机对哈勃望远镜进行的第四次维修，安装测绘照相机，更换太阳能电池板以及已工作11年的电力控制装置，并激活了休眠状态的近红外照相机和多目标分光计。 第五次维修/维护——2009年，美国利用航天飞机对哈勃望远镜进行了维护。宇航员为哈勃安装了两套全新的仪器：宇宙起源光谱仪（COS）和宽视场相机3，对望远镜的另外两台仪器——高级巡天相机（ACS）和太空望远镜成像光谱仪（STIS）进行了现场维修，此外，还用新电池替换了哈勃用了18年的旧电池，安装了6个负责望远镜指向的新陀螺仪，并添加了一套全新的精细制导系统来帮助望远镜指向正确的方向。 哈勃眼中的宇宙 哈勃眼中的宇宙 哈勃眼中的宇宙 哈勃眼中的宇宙 哈勃眼中的宇宙 哈勃眼中的宇宙 哈勃眼中的宇宙 哈勃眼中的宇宙 哈勃眼中的宇宙 哈勃眼中的宇宙 更多精彩内容欢迎关注公众号：蔚知空间 ❤❤❤