“隐藏宝石”，哈勃空间望远镜30周年日历封面。（图源： NASA, ESA）撰文 | 怀尘
编辑 | 怀尘 京一
由于地球厚厚的大气层，地球上的望远镜在观测过程中，会受到诸如大气散射和吸收，天光背景，甚至天气变化等一系列影响。因此，随着航天技术的发展，空间望远镜应运而生。1990年4月24日，发现号航天飞机带着哈勃空间望远镜从地球上起飞的时候，没有人能预料到哈勃会在接下来的30年里看到什么奇迹。如今，通过这只“太空巨眼”，我们的视线早已穿过太阳系，抵达遥远的星海深处。哈勃空间望远镜 / Hubble Space Telescope / HST
哈勃空间望远镜以著名天文学家爱德温·哈勃命名，是一枚在近地轨道上运行的光学空间望远镜。爱德温·鲍威尔·哈勃 / Edwin Powell Hubble
美国著名天文学家哈勃证实了银河系外其他星系的存在，并发现了大多数星系都存在红移的现象，建立了哈勃定律，是宇宙膨胀的有力证据。哈勃是公认的星系天文学创始人和观测宇宙学的开拓者。并被天文学界尊称为星系天文学之父。为纪念哈勃的贡献，小行星2069、月球上的哈勃环形山以及著名的哈勃太空望远镜均以他的名字来命名。它最初的目标是至少进行5-10年的观测，毕竟太空对于一切天然和人造事物来说都是十分严酷的环境：除了物体之间的破坏性碰撞，电子设备与电离的上层大气之间的反应也会导致仪器无法正常工作，来自太阳的紫外线（UV）辐射会导致所有固体材料劣化，近地轨道物体的温度波动也会给组件带来压力……不过尽管存在着如此这般的诸多阻碍，入轨后“哈勃”一直勤勉工作，观测超过130万次，并将于2020年4月24日，也就是明天，迎来自己的30岁生日。对于人类来说，30岁不过而立之年，但对于空间望远镜来说，要以dog's age来算，它早已经年逾古稀，相当长寿！当然，“哈勃”长寿的背后，离不开宇航员们对其进行的几次精心维护。2009年航天飞机完成最后一次维护任务之后至今，它再未出现过重大故障。1993年12月，哈勃空间望远镜的第一次维修任务，通过光学系统维修修正了主镜的球面像差问题。/ NASA哈勃空间望远镜能够成为科学史上的里程碑，离不开众多至关重要的因素。首先它位于地球大气层之上，作为空间望远镜，它可以避免大气对自身接收到的光线的扭曲，这是一个巨大的优势。除了可以进行紫外波段观测之外、由于没有大气湍流的干扰，哈勃空间望远镜在光学波段获得了极限分辨率，使得它优于同口径甚至于不少更大地基望远镜的空间分辨率。虽然在地面望远镜自适应光学的发展下，这种优势并没有成为压倒性的独特特征。然而，对于最大的地面望远镜上的自适应光学系统来说，“哈勃”小视场（FOVs）的实际局限性确实使得以约0.1角秒的空间分辨率对约5-10角秒之上的视场进行成像成为“哈勃”的独有领域。这一“发现领域”为上一代天体物理学众多领域带来了诸多引人注目的进展。“哈勃”最具标志性和最受欢迎的图像之一：鹰状星云中的创生之柱。/ NASA, ESA哈勃空间望远镜成为全球性话题望远镜的另一个原因或许和欧空局ESA的参与相关。由于天文学本身的国际性质，真正重大的发现往往是由科学家们广泛使用设备进行观测促成的。“哈勃”的国际合作促成了空间望远镜研究所（STScI）与其它多数重要天文台和研究所之间直接交流渠道的建立，世界上绝大多数的天文学家们都对“哈勃”有所了解或参与其中，这或许也是“哈勃”高科学产出的部分因素。螺旋星系M100 / NASA/ESA哈勃太空望远镜
在第一次维护任务纠正了空间望远镜的光学问题之后，哈勃空间望远镜开始向公众提供壮丽的彩色天体照片。这些不可思议的宇宙美景吸引了全世界的目光，尤其是年轻的学生群体。通过这些影像所揭示的科学知识彻底改写了人们的宇宙认知，以媒体和互联网为中心的大型外展和科普传播，形成了独特的“哈勃”文化现象。
环形星云M57 / NASA, ESA, C.Robert O‘Dell
哈勃空间望远镜在轨观测30年的珍贵遗产更是那些改变了我们对宇宙认知的重大发现。哈勃深场第一次让我们知道了可见宇宙当中有多少个星系以及星星的数目，同时也让我们更加深入地知道了遥远星系的演化；遥远超新星的观测帮助我们首次了解到宇宙从60亿年前开始加速膨胀；子弹星系团的观测为我们提供了直接的暗物质存在的证据。当然，哈勃的每次观测都给我们很多的惊喜。正是凭借着“哈勃”能看到紫外线、可见光和近红外光的敏锐眼睛，并且身处太空没有任何干扰，人类才有了这样多开创性的发现。哈勃极深场（XDF）影像。/ NASA, ESA
今天，30岁的“哈勃”不得不面对老化导致的陀螺仪性能和探测器灵敏度下降等等困难，但勤勉如它，仍然可以良好运行。人们也已经有了一些应对方案，比如通过更长时间的观测来弥补仪器灵敏度的降低和望远镜对目标锁定能力的下降带来的影响。使用“哈勃”数据发表的论文和被引用的论文数量仍在持续增加，即使望远镜最终关闭运行，它的数据档案库也会成为一座天文学的丰碑，被人们继续使用数十年——就像20世纪50年代标志性的帕洛玛天图（PSS）一样。由于航天飞机都已退役，“哈勃”将不会再得到维修，它将继续工作直到仪器和电子硬件彻底坏掉。2009年的最后一次哈勃维护任务时，航天员在望远镜后端安装了一个环形结构，可以用来连接脱离轨道推进装置，点火减速，让它最终无害地坠入海洋。当哈勃空间望远镜结束它的观测生涯，我们将寄希望于下一个时代：接班人韦布空间望远镜（JWST）。左侧：韦布空间望远镜；右侧：哈勃空间望远镜
因为JWST更宽的波长覆盖范围以及孔径遮挡干涉能可以使判断得到改善，使用可见光段的“哈勃”和红外波段的JWST观测同一个目标能给我们提供分析能力更强的数据，产生巨大的科学价值。幸运的是，我们相信“哈勃”可以继续运行到JWST时代，期待两个望远镜可以像人类的一双眼一样，同时观测整个宇宙。海山二的宇宙烟花 Eta Carinae / NASA、ESA、N.Smith、J.Morse
