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1990年4月24日清晨，美國佛羅里達(dá)州肯尼迪航天中心，“發(fā)現(xiàn)號”航天飛機(jī)攜帶著此后為天文領(lǐng)域做出巨大貢獻(xiàn)的超級明星——哈勃空間望遠(yuǎn)鏡，一飛沖天。隨后的30年中，這臺望遠(yuǎn)鏡歷經(jīng)數(shù)次坎坷又絕處逢生，它的卓越成就不僅為人類探索宇宙開啟了一扇窗，也徹底打破了人類過去對宇宙的認(rèn)知和看法。

30年后的今天，當(dāng)人類重新回顧哈勃望遠(yuǎn)鏡的傳奇之路時，試圖重新拼接起它身上一系列碎片化過往，還原從構(gòu)思、研發(fā)、升空、探索的全景歷程，找尋一幅幅唯美畫面背后的艱難險阻，回望人類對太空探索邁出的這一大步。

/ 夢想啟航

400多年前，伽利略舉起自己制作的簡易望遠(yuǎn)鏡對準(zhǔn)星空，他看到了與前人所見完全不同的星空，掀起了人類探索宇宙的熱潮。天文望遠(yuǎn)鏡從此成為觀測天空不可或缺的重要工具，而天文探索直接改變并重塑了人類對宇宙的看法以及宇宙觀念。之后的幾百年，望遠(yuǎn)鏡的口徑越來越大，制作工藝更加先進(jìn)。透過望遠(yuǎn)鏡，人們發(fā)現(xiàn)的天體和宇宙現(xiàn)象也越來越多。

“究竟銀河系就是我們的所有宇宙，還是銀河系外有其它的類似銀河系結(jié)構(gòu)?”二十世紀(jì)的這場天文學(xué)大辯論當(dāng)時并沒有結(jié)果。但幾年之后，美國天文學(xué)家埃德溫·哈勃(Edwin Hubble)使用當(dāng)時世界上最大口徑的2.5米胡克望遠(yuǎn)鏡，發(fā)現(xiàn)了銀河系之外還有其它星系存在，而且這些星系正在遠(yuǎn)離我們銀河系。這一系列發(fā)現(xiàn)讓人們意識到，宇宙是如此廣袤，宇宙在膨脹，這也成為宇宙大爆炸理論的觀測基礎(chǔ)，哈勃也因此被稱為“20世紀(jì)最偉大的科學(xué)家之一”。

天文學(xué)家也發(fā)現(xiàn)，地球大氣對望遠(yuǎn)鏡觀測結(jié)果影響很大，不僅成像質(zhì)量受到大氣湍流的影響，光譜中的紅外線和紫外線也被大氣層吸收。于是，望遠(yuǎn)鏡從地面走向太空成為必然。

為了得到更為完美的宇宙圖像，20世紀(jì)40年代，美國天文學(xué)家提出了發(fā)射空間望遠(yuǎn)鏡的想法。任教于美國普林斯頓大學(xué)的天文學(xué)家萊曼·斯皮策在報告中提出空間望遠(yuǎn)鏡有潛力發(fā)現(xiàn)意想不到的新現(xiàn)象，并可能就此改變?nèi)祟愱P(guān)于空間和時間的基本觀念，這成為哈勃望遠(yuǎn)鏡的起點(diǎn)，他也為了這個偉大的理想奮斗了數(shù)十年。

當(dāng)時造價昂貴、技術(shù)難度極大的空間望遠(yuǎn)鏡讓大部分天文學(xué)家望而卻步，但隨著1957年蘇聯(lián)的第一顆人造衛(wèi)星上天，天文界看到了希望。隨著美蘇兩國“太空競賽”的逐步升級，兩國的太空領(lǐng)域也獲得了歷史性的發(fā)展。1958年10月，美國航天局(NASA)成立，斯皮策關(guān)于大型空間望遠(yuǎn)鏡的宏偉計劃不再是科學(xué)幻想。

1970年，NASA設(shè)立了空間望遠(yuǎn)鏡工程委員會和任務(wù)的科學(xué)委員會。但隨著NASA的太空經(jīng)費(fèi)開始縮減，大型空間望遠(yuǎn)鏡項(xiàng)目一度因經(jīng)費(fèi)遭到美國國會反對。在斯皮策和他的同事的努力下，終于，1977年，國會授權(quán)批準(zhǔn)哈勃望遠(yuǎn)鏡開始細(xì)節(jié)設(shè)計和制造，大型空間望遠(yuǎn)鏡項(xiàng)目正式啟動。但由于預(yù)算縮減為原來的一半，約2億美元，NASA將望遠(yuǎn)鏡口徑從3米降至2.4米，儀器設(shè)備也相應(yīng)縮水，并邀請歐洲空間局(ESA)加入承擔(dān)15%的研制經(jīng)費(fèi)，相應(yīng)給予歐洲科學(xué)家不少于15%的使用時間。

為紀(jì)念偉大的美國天文學(xué)家埃德溫·哈勃，這架空間望遠(yuǎn)鏡在1982年被正式命名為——哈勃空間望遠(yuǎn)鏡。

/ 艱難飛天

美國國會撥付了3600萬美元設(shè)計建造哈勃望遠(yuǎn)鏡，并計劃于1983年發(fā)射升空。這一巨大工程涉及到大量的工業(yè)、技術(shù)和科學(xué)上的工作，數(shù)千人參與其中，要使望遠(yuǎn)鏡滿足各種性能需求，在工程和管理上的挑戰(zhàn)非同一般。因?yàn)檠兄祁A(yù)算的增加，哈勃望遠(yuǎn)鏡曾飽受質(zhì)疑，直到1984年，哈勃望遠(yuǎn)鏡的各系統(tǒng)組件才完成，并陸續(xù)運(yùn)往組裝測試，發(fā)射時間也從1983年推遲到1986年。

就在萬事俱備的時候，1986年，“挑戰(zhàn)者”號航天飛機(jī)從肯尼迪航天中心升空73秒后爆炸解體，7名宇航員全部遇難，這場震驚世界的災(zāi)難讓美國航天事業(yè)受到巨大打擊，航天飛機(jī)也被迫終止飛行。因?yàn)?ldquo;挑戰(zhàn)者”號也是計劃執(zhí)行哈勃任務(wù)的航天飛機(jī)，哈勃望遠(yuǎn)鏡的升空時間只好再次被推遲。經(jīng)過4年的漫長等待，1990年4月24日，“發(fā)現(xiàn)”號航天飛機(jī)帶著哈勃望遠(yuǎn)鏡及5名航天員到達(dá)了離地球500多千米的預(yù)定軌道。第二天，“哈勃”由航天飛機(jī)的機(jī)械臂送入太空。

歷經(jīng)20多年，耗資47億美元的哈勃望遠(yuǎn)鏡終于飛天，開始它的偉大使命。

/“近視眼”哈勃

1990年5月20日，萬眾期待的哈勃望遠(yuǎn)鏡終于向地面?zhèn)骰亓说谝粡堈掌S即給所有人澆了一桶冷水：照片成像質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有達(dá)到設(shè)計要求。兩個月的調(diào)查結(jié)果發(fā)現(xiàn)，哈勃望遠(yuǎn)鏡居然天生“近視”。這是由于哈勃鏡面的外邊緣少磨了2200納米，對于精度非常高的哈勃鏡面而言這是一個重大缺陷，從目標(biāo)恒星來的所有光線不能被聚在同一個銳焦點(diǎn)上。

47億美元的投入居然只是制造出了“哈勃麻煩”，NASA面臨著比維護(hù)自身形象更巨大的挑戰(zhàn)——如何修正?如果換成別人，故事或許就此悲劇結(jié)束，可對于有著主角光環(huán)的哈勃來說，這只是它傳奇故事的開端。

哈勃望遠(yuǎn)鏡在設(shè)計時就采用低軌維修的大衛(wèi)星，可以通過航天飛機(jī)定期維護(hù)，為了保障15年的設(shè)計壽命，航天飛機(jī)大約每3年就要對哈勃望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行一次全面的修理。“護(hù)花使者”航天飛機(jī)出場!1993年，“奮進(jìn)號”航天飛機(jī)升空，對哈勃望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行了儀器和設(shè)備的更換。7名宇航員們完成5次創(chuàng)紀(jì)錄的太空行走，包括幾項(xiàng)重要操作，為哈勃望遠(yuǎn)鏡戴上“眼鏡”，解決了“近視”問題。

1993年12月18日凌晨，NASA官員、天文學(xué)家們焦急等待修復(fù)后的“哈勃”拍攝的第一張圖片。大約一點(diǎn)，照片終于傳回，一個干凈、清晰、聚焦的恒星圖像出現(xiàn)在眾人眼前，大家歡呼起來，“哈勃”麻煩終于解決!隨后NASA宣布哈勃望遠(yuǎn)鏡通過光學(xué)系統(tǒng)維修修正了主鏡的球面像差問題，圖像清晰度達(dá)到預(yù)期。

這是“哈勃”時代的歷史里程碑，如同伽利略開啟現(xiàn)代觀測天文學(xué)一般，哈勃望遠(yuǎn)鏡也開啟了人類認(rèn)識宇宙的嶄新時代。

/ 顛覆“宇宙觀”

自1990年發(fā)射升空至今的30年間，哈勃望遠(yuǎn)鏡迄今已完成超過130萬次觀測，揭開了無數(shù)宇宙奧秘，從第一代恒星和星系到暗物質(zhì)暗能量，科學(xué)成就不勝枚舉。當(dāng)然，科學(xué)進(jìn)展都源于一系列不同望遠(yuǎn)鏡在不同波段所做的觀測，并非是“哈勃”的獨(dú)自發(fā)現(xiàn)，但它的觀測結(jié)果無疑發(fā)揮了至關(guān)重要的作用。下面我們用幾張公眾熟知的圖片來回顧“哈勃”的幾項(xiàng)代表性科學(xué)發(fā)現(xiàn)。

/ 尋找宇宙的過去

哈勃望遠(yuǎn)鏡可以看到多遠(yuǎn)的地方?1995年，“哈勃”用10天時間對大熊座的一小片天區(qū)進(jìn)行了近100個小時的觀測，拍攝了342張照片，經(jīng)過合成后得到了著名的哈勃深場(HDF)照片。

這張著名照片揭示了前所未有的遙遠(yuǎn)星系的大量細(xì)節(jié)，創(chuàng)造了歷史。深場中的每一個亮斑都是一個星系，每個星系中又包含了數(shù)百億到萬億顆恒星，其中能分辨出的星系就有3000多個，這些遙遠(yuǎn)的星系比我們裸眼能看到最暗的天體還要暗淡40億倍。

后來哈勃望遠(yuǎn)鏡經(jīng)過幾次升級，拍攝了更深遠(yuǎn)的照片——哈勃超深空(HUDF)。2009年，哈勃望遠(yuǎn)鏡累計23天的曝光時間，得到了迄今為止最深遠(yuǎn)的照片，哈勃極深場(XDF)。

自上個世紀(jì)20年代哈勃首次發(fā)現(xiàn)河外星系起，一個懸在大家心中的問題就是：整個宇宙當(dāng)中有多少個星系。70年后，哈勃深場照片首次讓我們對于宇宙中的數(shù)目有所了解。而如今，從哈勃深場到哈勃超深空，再到哈勃極深場，看到的星系數(shù)目從上千億個擴(kuò)大了上萬億個，這樣的結(jié)果讓我們不由思考人類在宇宙中的位置和宇宙本質(zhì)等深刻的問題。

/ 宇宙的年齡

宇宙有多古老，它也有年齡嗎?在這一終極哲學(xué)問題上，“哈勃”同樣做出重大貢獻(xiàn)。哈勃常數(shù)是對宇宙當(dāng)前膨脹速率的一種量度，它的倒數(shù)就反映了宇宙的年齡。以前，由于各種確定距離方法之間的矛盾導(dǎo)致哈勃常數(shù)的誤差非常巨大，宇宙年齡也籠統(tǒng)在50億年到200億年之間。

而精確測量哈勃常數(shù)是哈勃望遠(yuǎn)鏡的核心項(xiàng)目之一。從90年代末到20世紀(jì)前10年，得益于哈勃望遠(yuǎn)鏡的進(jìn)一步觀測，天文學(xué)家研究了包括造父變星、La型超新星等許多距離指標(biāo)，使哈勃常數(shù)的不確定度從10%最終降低至3%。依靠哈勃常數(shù)的不斷精確，天文學(xué)家終于將宇宙的年齡精確到138億年。

/ 超大質(zhì)量黑洞普遍存在

提到黑洞大家都不陌生，在科普力量的推動下，它不僅走入了大眾文化的視野，甚至成為了科幻電影的基本設(shè)定。

1990年哈勃望遠(yuǎn)鏡發(fā)射之前，天文學(xué)家們只在雙星系統(tǒng)中證實(shí)了黑洞的存在。而哈勃望遠(yuǎn)鏡在工作卻發(fā)現(xiàn)了星系中心潛藏著一種令人震驚的黑洞類型——超大質(zhì)量黑洞，它的質(zhì)量從一百萬個太陽質(zhì)量到幾十億個太陽。

天文學(xué)家們后來又用“哈勃”探索許多星系的中心，尋找超大質(zhì)量黑洞，這次宇宙“人口普查”使天文學(xué)家們發(fā)現(xiàn)超大質(zhì)量黑洞其實(shí)非常普遍，即使不是每個大星系都有，也是絕大多數(shù)大星系中心都擁有一個。更驚人的是，中央黑洞的質(zhì)量和星系中心由恒星構(gòu)成的核球質(zhì)量直接相關(guān)，核球質(zhì)量越大，黑洞質(zhì)量越大。

/“太空巨眼”

不僅在科學(xué)領(lǐng)域， 哈勃無數(shù)美輪美奐的照片更是深深根植于當(dāng)今人們的文化生活之中。

如果你在互聯(lián)網(wǎng)搜索“創(chuàng)生之柱”，得到的不僅僅是這張哈勃最著名的照片之一，同時也是系列暢銷小說《真理之劍》(Sword of Truth)中的書目，甚至離經(jīng)叛道的金屬樂隊的名字，無處不在的“哈勃”衍生品向我們展示著，哈勃望遠(yuǎn)鏡已不僅僅是科學(xué)的象征，更是聯(lián)系了普通公眾與遙遠(yuǎn)宇宙認(rèn)知的紐帶。

距離2009年哈勃望遠(yuǎn)鏡最后一次維修已過去了11年，隨著它的繼任者——韋布太空望遠(yuǎn)鏡(JWST)的整裝待發(fā)，哈勃望遠(yuǎn)鏡在太空的使命也即將步入倒計時。但30年來，它曲折動人的傳奇故事無可復(fù)制，在人類探索宇宙的歷史上留下了珍貴的一筆，永遠(yuǎn)流傳……

盡管哈勃望遠(yuǎn)鏡的研究遍布天文學(xué)的各個領(lǐng)域，但仍有太多耀眼的成就無法展開評述。(記者黃京一 茍利軍 )