#哈勃太空望远镜#自年发射以来，哈勃太空望远镜(HST)提供的一系列令人眼花缭乱的图像令公众感到敬畏和鼓舞。但哈勃望远镜所涉及的远不止漂亮的照片。几十年来，该任务收集了数十TB的数据，提供了对宇宙的重要见解，从靠近月球的物体到最遥远的星系，以及对超新星和星云的观测。在这里，我们探索了望远镜的历史及其许多发现，提供了有趣的哈勃事实，并连接到轨道天文台的一些最佳图像。
哈勃太空望远镜对鹰状星云中创世之柱的标志性视图
当伽利略·伽利莱在年第一次将望远镜转向天空时，他很难辨认出今天在廉价望远镜中可见的土星环。光学的进步最终改善了科学家对行星、恒星和遥远星系的看法，但地球大气层仍然阻挡或扭曲了地面观察者的大部分光线。更大的望远镜过去和现在都放置在山顶上，高海拔地区的稀薄大气可以提供更清晰的图像。
年，二战后不久，天文学家莱曼·斯皮策（LymanSpitzer）提出发射太空望远镜，它可以克服地面天文台的局限性。这个想法花了几十年的时间才获得足够的支持，美国国家科学院组织了一个科学家委员会来评估“大型太空望远镜”的潜力。根据加布里埃尔·奥尔科斯基为美国宇航局撰写的哈勃历史，在斯皮策的领导下，委员会于年发表了一份文件，概述了大型太空望远镜的科学用途并提倡建造它。
美国国家科学院向美国宇航局提出了建议，美国宇航局是唯一能够使大型太空望远镜成为现实的机构。美国宇航局已经在考虑某种类型的太空望远镜，但该机构尚未决定制造多大以及从哪里开始。年，当时该机构的代理管理员乔治·洛(GeorgeLow)为大型太空望远镜科学指导小组开绿灯，美国宇航局很快开始游说国会为这项工作提供资金。
哈勃太空望远镜经历了多年的发展。在这里，宇航员在阿拉巴马州美国宇航局马歇尔太空飞行中心的中性浮力模拟器的失重环境中练习维修望远镜。（图片来源：NASA/MFSC）
——哈勃望远镜宽43.5英尺（13.2米），最大直径为14英尺（4.2m）。在地球上，它的重量为24,磅（11,公斤）。
——太阳能望远镜于年4月24日在发现号航天飞机上发射，一天后部署。
——哈勃在距地球约英里（公里）的轨道上绕赤道倾斜28.5度。它的平均速度为17,英里/小时（27,公里/小时），完成一个轨道需要95分钟。
——哈勃每周传输大约GB的科学数据。这将是大约3,英尺（1,米）的书架上的书。图片和数据的集合存储在磁光盘上。
——望远镜的主镜宽94.5英寸（2.4m），重1,磅（kg）。它的副镜宽12英寸（0.3m），重27.4磅（12.3kg）。
——宇航员在年12月、年2月、年12月、年2月和年5月发射的任务中为哈勃望远镜服务了五次。
这个昂贵的项目很难卖出去，年众议院拨款小组委员会最初拒绝提供资金。美国宇航局随后加大了游说力度，并获得了欧洲航天局的支持，后者分担了成本。国会最终于年为NASA的大型太空望远镜部分拨款。
开发几乎立即开始。美国宇航局计划在年发射望远镜，但各种生产延误将发射日期推迟到年。
与此同时，大型太空望远镜更名为哈勃望远镜，以纪念美国天文学家埃德温·哈勃（EdwinHubble），他确定宇宙超出了银河系的边界。
年1月28日，挑战者号航天飞机在起飞一分钟后爆炸，机上七名宇航员全部遇难，哈勃计划的升空再次被推迟。航天飞机恢复飞行已经超过2.5年，美国宇航局才能开始计划再次发射哈勃望远镜。
哈勃最终于年4月24日乘坐发现号航天飞机发射升空，一天后被部署到地球上空约英里（公里）的低地球轨道。开发和发射哈勃望远镜花费了15亿美元，但也会产生持续的成本——既有预期的，也有意想不到的。
哈勃的初始仪器包括广域行星相机、戈达德高分辨率光谱仪（GHRS）、微弱物体相机（FOC）、微弱物体光谱仪（FOS）和高速光度计。
哈勃马上就遇到了设备问题。例如，望远镜返回的第一张图像是如此模糊，以至于它们在科学上几乎没有用处。事实证明，哈勃的7.9英尺宽（2.4米）的主镜存在缺陷——由制造错误引起的球面像差。这个缺陷很小，只有一张纸厚度的1/50，但这足以导致严重的成像问题。
哈勃成为笑柄，成为流行文化中流传的笑话。例如，年的电影“裸枪21/2：恐惧的气味”以哈勃的照片为特色。它出现在一家名为LosersBar的场所的墙上，以及兴登堡、年旧金山地震、福特埃德塞尔和其他著名灾难的照片。
但一切都没有丢失，因为哈勃被设计为由宇航员服务。年12月2日，奋进号航天飞机运送7名机组人员在五天的太空行走中修复哈勃。在修复过程中安装了两台新相机，包括后来拍摄了哈勃许多最著名照片的广角行星相机2(WFPC-2)。年12月，哈勃望远镜拍摄的第一张新照片到达地球，令人叹为观止。
太空行走的宇航员在年2月、年12月、年3月和年5月进行的四次额外维修任务中对哈勃望远镜进行了维修、维护和升级。
年的任务更换了一些失败或退化的硬件，并安装了两种新仪器，太空望远镜成像光谱仪(STIS)和近红外相机和多目标光谱仪。美国宇航局官员在维修任务解释器中写道，新仪器取代了GHRS和FOS，将哈勃的视野扩展到了近红外波长范围。
下一次宇航员访问原本打算是2年6月起飞的相对例行的维护之旅。但哈勃的第四个方向保持陀螺仪在年11月发生故障，使天文台进入保护性“安全模式”。（哈勃有六个陀螺仪，但至少需要三个正常工作的陀螺仪来收集科学数据。）作为回应，美国宇航局修改了其维修任务计划，将下一个陀螺分为两部分，第一部分于年12月发射。
在为期10天的任务中，宇航员更换了哈勃的所有陀螺仪，以及它的三个精细制导传感器之一，并进行了其他维护工作。
哈勃的下一次载人访问，被称为服务任务3B（继年的服务任务3A），发生在年12月。在那次为期11天的旅行中，“宇航员更换了哈勃的太阳能电池板并安装了先进的测量相机（ACS），它取代了哈勃的微弱天体相机，这是该望远镜的最后一个原始仪器，”美国宇航局官员在维修任务解释器中写道。
与哈勃的发射一样，第五次也是最后一次维修任务因航天飞机悲剧而推迟——年2月哥伦比亚号在重返地球大气层期间解体，导致机上所有七名宇航员死亡。那场悲惨的事故最终将维修航班从最初的年目标日期推迟到了年5月。在执行任务期间，宇航员安装了新电池和陀螺仪，并安装了两种新仪器，即宇宙起源光谱仪和广角相机3。任务中，太空行走者还恢复了ACS和STIS，这两个都失败了。“通过这些努力，哈勃望远镜的科学能力达到了顶峰，”美国宇航局官员写道。
从那时起，哈勃继续提供关于我们宇宙的前所未有的信息，并激发世界各地好奇的头脑。
哈勃望远镜的高视角和先进的光学系统使其能够看到比地面光学系统所能看到的更远的地方。
因为光需要时间长距离传播，哈勃的功能就像一台时间机器：它从远程物体看到的光揭示了这些物体在光离开它们时是如何出现的，而不是它们今天的样子。例如，当我们观察距离地球约万光年的仙女座星系时，我们会看到它是万年前的样子。
这张哈勃超深场(UDF)图像显示了以绿色圈出的原始矮星系候选者。右侧的三个放大图显示了几个处于哈勃目前仪器能力极限的矮天体。哈勃UDF是南天炉座方向的一小片天空区域。最微弱的天体不到肉眼可见的恒星亮度的四亿分之一。
这张哈勃超深场(UDF)图像显示了以绿色圈出的原始矮星系候选者。右边的三个放大图显示了几个处于哈勃目前仪器能力极限的矮天体。哈勃UDF是南天炉座方向的一小片天空区域。最微弱的天体不到肉眼可见的恒星亮度的四亿分之一。（图片来源：NASA、ESA、R.Windhorst（亚利桑那州立大学）和H.Yan（加州理工学院斯皮策科学中心））
借助哈勃望远镜，可以发现根本无法看到的遥远物体。
例如，当天文学家在年将HST指向大熊座的一片看似空旷的天空时，他们捕捉到了超过3,个星系的图像，这些星系太遥远而无法被其他望远镜探测到。（这后来被称为哈勃深场）。有些星系还很年轻，它们还没有开始严重的恒星形成。在同一区域进行了其他深场观测，每次都深入太空。这些被称为哈勃超深场（年发布）和哈勃极深场（年发布）。
除了凝视早期宇宙，哈勃还帮助天文学家测量自大爆炸以来已经过去了多少时间。通过测量一种称为造父变星的特殊脉冲星，研究人员能够将宇宙的年龄从HST之前的10到亿年缩小到更精确的亿年。
而在年代后期，哈勃望远镜对超新星的观测帮助天文学家做出了一个惊人的发现——宇宙的持续膨胀正在加速，显然是由一种被称为暗能量的神秘力量驱动的。我们仍然不知道暗能量是什么，尽管它构成了宇宙的大部分。
天文学家已经使用哈勃创建了一张暗物质的3D地图，尽管它的数量比构成恒星、行星和我们可以看到和触摸到的所有东西的“正常”物质丰富六倍，但它仍然很神秘。标志性的望远镜还发现，即使不是全部，大多数主要星系的核心都含有超大质量黑洞。
哈勃还研究了处于不同演化阶段的单个恒星，从形成婴儿恒星的尘埃云到早已引爆的那些尸体。它甚至能够研究我们自己的银河系以外的恒星，银河系，以及它的邻居麦哲伦星云和仙女座星系。
哈勃甚至拍摄了围绕其他太阳运行的行星。例如，在8年，哈勃拍摄了系外行星候选北落师门b的图像，这是此类物体第一次在可见光下直接成像。北落师门b已被重新归类为可能的尘埃云，但哈勃从那时起拍摄了许多其他外星世界的照片。
然而，哈勃望远镜的大部分系外行星观测都更为间接。从哈勃望远镜的角度来看，当外星世界从太阳前方经过时，它们的大气层会过滤掉某些波长的星光，天文台可以检测到这种变化。这些信息可以揭示大气成分的关键细节。
哈勃望远镜可能会花费大量时间凝视距离地球数光年的地方，但天文学家也用它来研究我们自己太阳系中的物体。木星、土星和冥王星的高分辨率图像提供了只有环绕行星的行星探测器才能获得的见解。例如，冥王星的五颗卫星中有四颗是通过哈勃观测发现的。
来自HST的图像还使地球上的科学家能够监测行星大气及其表面的变化。例如，当苏梅克-列维9彗星的碎片在年坠入木星时，哈勃拍摄了这次致命的碰撞。后果揭示了有关这颗气态巨行星大气的大量信息。
此外，哈勃还看到了从木星潜在的生命承载卫星木卫二喷发的水柱。该望远镜于年3月进行了初步观测，然后于年2月在同一位置看到了后续候选羽流。
这只是哈勃在过去三年里所做的事情的一个缩影。为了让您更好地了解天文台成就的广度和深度，这里简要介绍了近年来哈勃望远镜的一些亮点：
年：在星云中观察到一个光年宽的奇异“超级气泡”，发现了一个暗物质少得惊人的星系，并看到了一颗木星大小的系外行星诞生。
年：在另一个星系的边缘发现了一个神秘的食星黑洞的证据，并庆祝了它的30岁生日。
年：拍摄了可能有助于揭开黑洞神秘面纱的螺旋星系的特写照片，向我们展示了一颗垂死恒星的多彩消亡，并拍摄了星际鲍里索夫彗星的令人难以置信的图像。
年：窥探巨大的“ElGordo”星系团，目睹海王星上的巨大风暴消失，并仔细观察超新星爆炸的残余物。
年：在一颗巨大的系外行星上发现了平流层，发现了超亮星系，观察了已知最远的活跃彗星，并在观测星系团时意外发现了几颗小行星。
年：对彗星P/LINEAR进行了近距离观测，发现了当时已知的最远星系，表明宇宙中的星系数量可能是以前认为存在的10倍，并在海王星上观察到了一个暗涡旋。
：对“创世之柱”进行了新的观察，了解它们如何随时间变化，捕捉到仙女座星系最清晰的视图，并获得了宇宙深处的最佳3D视图。
年：观察小行星P/R3分崩离析，观测到一颗罕见的近距离超新星SNJ，发现了一个极其遥远的“宇宙放大镜”，并发布了一张图像，哈勃超深场的紫外线覆盖，展示了宇宙的演化.
:在彗星在太阳附近破裂之前对壮观的ISON彗星进行了几次观测，检查了一颗遥远恒星的爆炸，发现了海王星的新月，并根据个星系处于不同阶段的图像揭示了有关银河系历史的详细信息进化论。
哈勃已经显示出其高龄的迹象。例如，该望远镜在其主要有效载荷计算机出现问题后于年夏天离线了一个月。哈勃团队通过切换到备用硬件解决了这个问题。
但仅仅几个月后，即年10月，哈勃的内部信息同步出现了问题，将天文台的所有五台科学仪器都送入了保护性“安全模式”。在接下来的几个月里，任务团队设法让所有仪器重新上线。
如果你是一个悲观主义者，你可以看看这些故障并得出结论，哈勃望远镜可能已经走到了最后。如果你是一个乐观主义者，你可以专注于故障排除工作的成功以及哈勃团队在过去三年中面临许多此类挑战并克服所有这些挑战这一事实。
事实是，没有人确切知道哈勃能够继续研究宇宙多久。工程研究表明，哈勃的各种系统将持续到年甚至更久，但这只是一个估计。
哈勃备受期待的继任者，价值亿美元的詹姆斯韦伯太空望远镜，已经升空。韦伯于年12月25日发射升空，一个月后抵达其最终目的地——地球-太阳拉格朗日点2。
韦伯预计将于年夏天开始科学操作。天文学家很高兴能够同时使用韦伯和哈勃。美国宇航局官员表示，韦伯将在红外光下观察宇宙，而哈勃在光学和紫外线波长方面最强，因此与两个天文台研究相同的物体和现象将提供丰富的洞察力和信息。
壮观的哈勃照片
以下是哈勃多年来拍摄的一些最佳图像。你可以在这个很棒的哈勃图片库中找到更多。
螺旋星云，位于宝瓶座的行星状星云，也被称为“上帝之眼”。
这个巨大的年轻恒星群，称为R，只有几百万年的历史，位于剑鱼座30星云中，这是银河系卫星星系大麦哲伦星云中的一个湍流恒星诞生区。
哈勃望远镜捕捉到了蟹状星云最详细的图像，这是天基天文台拍摄到的最大的图像之一。
哈勃太空望远镜于年7月18日捕捉到了舒梅克-列维9碎片G与木星撞击的图像。
行星状星云NGC在这张哈勃太空望远镜图像中发光。
在这张由哈勃太空望远镜的广角相机3于年6月20日拍摄的照片中，土星环和它的四个卫星占据了中心位置。
哈勃太空望远镜拍摄的名为N44的星云。
这张哈勃太空望远镜图像显示了距离地球约2亿光年的星系NGC。
哈勃捕捉到木星改变条纹。高海拔和低海拔云交换位置，同时改变它们的形状和颜色。
哈勃瞬间瞥见了在球状星团M13中移动的数十万颗恒星。
