哈勃空間望遠鏡:人類的眼睛

在搜索引擎的搜索框中輸入“space telescope（空間望遠鏡）”，大多數搜索引擎的第一個反饋結果，要么是哈勃空間望遠鏡在美國的地面支持機構“空間望遠鏡科學協會”，要么是它在歐洲的地面支持機構“空間望遠鏡歐洲協調機構”。這無疑在提醒人們，哈勃空間望遠鏡幾乎已經等同于“空間望遠鏡”的概念本身，雖然它并不是人類的第一個被發射到外層空間的天文觀測裝置，當然，也不會是最后一個。

哈勃空間望遠鏡能在一個信息爆炸的時代享受如此榮譽，很大程度上可以歸功于它自從1990年發射升空以來，為天文學研究做出的巨大貢獻。這正如美國空間望遠鏡研究所前任所長斯蒂文所言：“如果對天文學史上所有望遠鏡的重要性進行排序，哈勃空間望遠鏡可以排到第三位，而最重要的望遠鏡是伽利略的望遠鏡，其次是埃德溫·哈勃本人使用的望遠鏡。”

半個多世紀前的夢想

人類追求空間望遠鏡的歷史，可以追溯到1946年美國天文學家萊曼·斯皮策發表的論文《在地球之外的天文觀測優勢》。在這篇文章里，斯皮策認為部署在太空中的天文望遠鏡，有兩項地面天文臺無法比擬的優勢，其一是可以觀測幾乎完全被大氣層吸收的紫外線和紅外線；其二是光學觀測不會被大氣層干擾，角分辨率（物體能被清楚分辨的最小分離角度）的極限只會受限于衍射。簡而言之，空間望遠鏡可以讓人類“看得更清楚”。

得益于斯皮策的新思路，一批空間望遠鏡或者說“空間天文臺”，在20世紀60和70年代相繼發射升空，并取得了相當不錯的觀測成績。但即便如此，當美國國家航空航天局（NASA）1968年提出在太空中興建鏡片直徑3米的反射望遠鏡的時候，由于這項工程所需的費用比任何地面天文臺都要高昂數倍，因此仍然遭到了來自政界的質疑。1974年，時任美國總統杰拉爾德·福特下令取消所有關于空間望遠鏡的預算。但在大批天文學家的游說和努力爭取之下，美國參議院決議恢復一半的預算。盡管預算削減使這架空間望遠鏡的鏡片直徑“縮水”到2.4米，而且被迫取消了一些觀測設備，但在當時，這已經是最好的結果。

1980年初，這架設計中的望遠鏡被命名為“哈勃空間望遠鏡”，以紀念在20世紀初期發現宇宙膨脹的天文學家埃德溫·哈勃。

戴上“眼鏡”成為“人類之眼”

哈勃空間望遠鏡最重要的零件，是直徑2.4米的反射望遠鏡的鏡片。生產鏡片的工作，在20世紀70年代末被交給了美國著名的分析儀器制造商珀金·埃爾默公司。但由于這家公司堅持采用當時還不很完善的電腦控制拋光機完成這項工作，為保證望遠鏡的整體建造進度不受影響，柯達公司被委托使用傳統方法磨制一塊鏡片，作為備份。

在1979年開始磨制鏡片之后，珀金·埃爾默公司的工作進度幾乎一直嚴重落后于既定的時間表。哈勃空間望遠鏡的發射時間也因此被一再拖延，從最初計劃的1983年延遲到1986年秋天。然而，1986年1月28日，“挑戰者”號航天飛機在發射時墜毀，7名航天員殞命太空，于是NASA停飛了所有的航天飛機。就像遭遇機場關閉導致航班取消的旅客一樣，已經“走到登機口”的哈勃空間望遠鏡，也只能回到“候機廳”——專供它棲身的無塵室里，等著NASA重新排定航天飛機的“航班時刻表”。

1990年4月24日，哈勃空間望遠鏡終于被“發現”號航天飛機送入太空，并于次日入軌。但它傳回地面的第一批照片，卻讓天文學家頗為失望。由于珀金·埃爾默公司在磨制鏡片時的微小誤差，升空后的哈勃空間望遠鏡性能大打折扣，就像一個拿著對焦不準的相機拍照的人，拍出來的圖片都“虛”了。

此時，人們意識到必須對哈勃空間望遠鏡做一次大修，以解決鏡片的缺陷。但無論是將柯達生產的備用鏡片拿到太空中更換，還是將望遠鏡裝進航天飛機帶回地球修理，成本都過于高昂。最終，維護方案被確定為給望遠鏡“量身定做”一套相當于眼鏡的光學修正系統，并于1993年12月由“奮進”號航天飛機執行。在這次維護任務中，航天飛機還為望遠鏡帶去了幾件新的裝備。

此后，“視力”恢復正常的哈勃空間望遠鏡又接受過4次維護，用新的設備替換老舊的設備，為望遠鏡賦予新的能力。舉例而言，1997年2月13日由“發現”號航天飛機完成的第二次維護，就以空間望遠鏡影像攝譜儀、近紅外線照相機和多目標分光儀，替換了發射時安裝在望遠鏡上的戈達德高解析攝譜儀和暗天體攝譜儀。到2009年5月最后一次維護結束之后，哈勃空間望遠鏡的性能已經比剛剛發射升空的時候提高了大約90倍。

“哈勃”偉業后繼有人

到2012年，哈勃空間望遠鏡已經在太空中服役了22年。這架望遠鏡極大地拓展了天文學家的視野，幫助他們完成了天文學史上最激動人心的一些發現。

通過哈勃空間望遠鏡觀測得到的數據和圖片，天文學家確認了宇宙在加速膨脹的事實，并精確測定了宇宙膨脹的速率，也就是“哈勃常數”。此外，哈勃空間望遠鏡還幫助天文學家測定了宇宙的尺寸和年齡，發現了位于銀河系中央的黑洞，證實了伽馬射線暴（太空中某一方向的伽馬射線強度在短時間內突然增強，隨后又迅速減弱的現象）是宇宙中最為明亮的天體，等等。1994年拍攝“蘇梅克-列維9號”彗星撞擊木星的過程，和1995年拍攝6500光年外的老鷹星云中恒星誕生的“創世之柱”，更是天文攝影中的名作。到2011年，依托哈勃空間望遠鏡的觀測數據寫成并發表的天文學論文已經超過10000篇。

但隨著時間的流逝，哈勃空間望遠鏡也不可避免地走向老化。就目前的狀況來看，它的工作將在2013年或2014年，被新銳的詹姆斯·韋伯空間望遠鏡接替。它的主反射鏡由鈹制成，口徑達到6.5米，面積為哈勃空間望遠鏡鏡面的5倍以上。不僅如此，鏡片直徑達到8～16米的更新一代空間望遠鏡，也正在設計之中。隨著光學、天文學和計算機技術的發展，空間望遠鏡會讓人類看得更遠。

宇宙之巔

科幻作家劉慈欣在小說《中國太陽》中這樣寫道：“（人類）看到的所有星空，在大得無法想象的宇宙中，也只是一粒灰塵，而這整個宇宙，不過是百億年前一次壯麗焰火的余燼。”

正如登上摩天樓或者電視塔的人，會發現印象中龐大的城市在腳下變得渺小一樣，懂得仰望星空，因而讓頭腦登上“宇宙之巔”的人，也會真切地感覺到自身的渺小。地球、乃至整個太陽系，在廣袤無垠的宇宙里，甚至都夠不上“滄海一粟”的級別！