作者：文/虞子期
毫無(wú)疑問，從1990年4月24日哈勃太空望遠(yuǎn)鏡成功發(fā)射升空的那一天開始，它就成為了人類探索宇宙物體的一雙“大眼睛”。并且，科學(xué)家們還表示：至今已有30年“工齡”的哈勃太空望遠(yuǎn)鏡，在其失去探測(cè)能力之前會(huì)一直為人類的宇宙探索事業(yè)繼續(xù)工作。
那么，你是否了解：在哈勃太空望遠(yuǎn)鏡已經(jīng)運(yùn)行30年之久以后，為什么還能繼續(xù)充當(dāng)人類觀測(cè)宇宙的眼睛？而被稱為“宇宙之眼”的哈勃太空望遠(yuǎn)鏡，又是如何打開人類觀測(cè)宇宙的視野、并通過(guò)自己的實(shí)際觀測(cè)證據(jù)，直接改寫了人類過(guò)去幾百萬(wàn)年對(duì)宇宙的認(rèn)知？
預(yù)期壽命只有十年的哈勃太空望遠(yuǎn)鏡，為什么已經(jīng)正常運(yùn)行30年？
哈勃太空望遠(yuǎn)鏡也被歸類為卡塞格林反射鏡，雖然它拍攝的許多照片都廣為人知，但并不是所有人都了解，它的預(yù)期壽命其實(shí)只有10年。但是，正如我們現(xiàn)在看到的這樣，哈勃太空望遠(yuǎn)鏡不僅完美的為人類宇宙探索事業(yè)工作了十年，哪怕截至目前已經(jīng)不停運(yùn)行了30年的時(shí)間，它依然在不停的給我們帶回各種意想不到的驚喜發(fā)現(xiàn)。
而之所以哈勃太空望遠(yuǎn)鏡可以觀測(cè)到人眼無(wú)法看到的這些信息，本質(zhì)上是因?yàn)樗軌虿东@到人眼無(wú)法觀察到的波長(zhǎng)，包括紫外光，它擁有比地面望遠(yuǎn)鏡更寬的電磁頻譜范圍。而且，哈勃太空望遠(yuǎn)鏡所處的位置，也完美避開了地球大氣層會(huì)造成的模糊效應(yīng)，哪怕是直徑只有0.05弧秒的宇宙物體也逃不過(guò)它的眼睛?？茖W(xué)家們也表示，只要哈勃太空望遠(yuǎn)鏡還能繼續(xù)進(jìn)行宇宙探測(cè)任務(wù)，便不會(huì)主動(dòng)將其換下，直到正常運(yùn)行的最后一刻為止。
當(dāng)然，這個(gè)時(shí)候你可能會(huì)有些好奇了，為什么一個(gè)預(yù)計(jì)只能工作10年的天文望遠(yuǎn)鏡，竟然還可以在30年之后依然正常運(yùn)轉(zhuǎn)。其實(shí)，這跟哈勃太空望遠(yuǎn)鏡的設(shè)計(jì)有很大關(guān)系，因?yàn)椋茖W(xué)家們可以根據(jù)它存在的問題來(lái)進(jìn)行維修和改進(jìn)，包括使用更新的觀測(cè)儀器。
哈勃太空望遠(yuǎn)鏡的誕生經(jīng)歷了漫長(zhǎng)而艱難的數(shù)十年時(shí)間，雖然早在1946年的時(shí)候有了初步構(gòu)想，但過(guò)程中也因?yàn)楦鞣N問題而被一再推遲。而哈勃成功發(fā)射的開始，便遭遇了主鏡存在球面像差，從而導(dǎo)致了望遠(yuǎn)鏡本身的觀測(cè)能力下降的問題，再加上探測(cè)技術(shù)也會(huì)隨著時(shí)間而進(jìn)步，所以，才會(huì)有了宇航員之后的連續(xù)多次維修和完善任務(wù)。
五次維修和升級(jí)-哈勃太空望遠(yuǎn)鏡如何打開人類觀測(cè)宇宙的視野？
1993年哈勃進(jìn)行了第一次維護(hù)：在距離哈勃太空望遠(yuǎn)鏡升空大約3年之后，宇航員對(duì)其進(jìn)行了一次維修和升級(jí)的操作。首先，宇航員對(duì)技術(shù)相對(duì)已經(jīng)比較落后的廣角和行星照相儀進(jìn)行了移除，然后，宇航員緊接著就安裝了2號(hào)廣角和行星照相儀，這兩者之間的交替主要是為了實(shí)現(xiàn)功能上的提升。
或許很多人并不了解，其實(shí)早在20世紀(jì)00年代的時(shí)候，埃德溫·哈勃就發(fā)現(xiàn)了宇宙的膨脹會(huì)產(chǎn)生紅移現(xiàn)象，而偏移的程度則取決于距離的大小。 簡(jiǎn)而言之，也正是由于紅移現(xiàn)象的存在，那些遙遠(yuǎn)星系中的光都被移動(dòng)到了紅外光。這個(gè)與埃德溫·哈勃同名的哈勃太空望遠(yuǎn)鏡，便是通過(guò)自己的光學(xué)儀器拍攝出了NHDF，也就是所謂的“北哈勃深場(chǎng)” 小區(qū)域夜空影像。
1997年哈勃進(jìn)行了第二次改造：時(shí)隔七年之后，也就是哈勃首次維護(hù)四年之后，搭乘“發(fā)現(xiàn)號(hào)”航天飛機(jī)的7名美國(guó)宇航員，再次對(duì)哈勃太空望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行了改造。而這次升級(jí)的主要目的則是實(shí)現(xiàn)深空觀測(cè)，尤其是那些有恒星正在形成的特殊區(qū)域。
在這次執(zhí)行任務(wù)的過(guò)程中，宇航員們不僅對(duì)哈勃的圖像攝譜儀、多目標(biāo)分光儀和紅外照相機(jī)等設(shè)備進(jìn)行了更換，與此同時(shí)，還對(duì)哈勃望遠(yuǎn)鏡上已經(jīng)剝落的絕緣層進(jìn)行了修補(bǔ)。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，此次改造任務(wù)一共涉及到了一種設(shè)備維修，以及11種設(shè)備的更換升級(jí)，維護(hù)力度遠(yuǎn)超第一次。
1999年哈勃迎來(lái)了自己的第三次維修和升級(jí)：雖然執(zhí)行此次更換任務(wù)的仍然是發(fā)現(xiàn)號(hào)，但維護(hù)內(nèi)容卻與之前的兩次完全不同。一方面，宇航員們更換了望遠(yuǎn)鏡上的所有陀螺儀，以及計(jì)算器和導(dǎo)星傳感器。
另一方面，宇航員們同時(shí)還對(duì)絕熱的毯子進(jìn)行了替換，并通過(guò)一套新的溫度/電壓改善工具來(lái)避免電池出現(xiàn)溫度過(guò)高的情況。也就是說(shuō)，這一次更像是對(duì)在此之前使用已久的構(gòu)造部分進(jìn)行替換，并對(duì)當(dāng)時(shí)存在的問題進(jìn)行了完善。
2001年哈勃太空望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行了第四次完善：這一次科學(xué)家們用來(lái)執(zhí)行任務(wù)的航天飛機(jī)不再是發(fā)現(xiàn)號(hào)，而是通過(guò)哥倫比亞號(hào)航天飛機(jī)來(lái)對(duì)哈勃進(jìn)行第四次完善。而就完善內(nèi)容來(lái)說(shuō)，宇航員們主要是安裝了測(cè)繪照相機(jī)，對(duì)工作了十多年的電力控制裝置，以及太陽(yáng)能電池板進(jìn)行了更換，然后對(duì)多目標(biāo)分光機(jī)和處于休眠狀態(tài)的近紅外照相機(jī)進(jìn)行了激活。
2009年是哈勃迄今為止的最近一次維護(hù)：在這一次哈勃維護(hù)和升級(jí)任務(wù)中，科學(xué)家們不僅對(duì)其現(xiàn)有的STIS（太空望遠(yuǎn)鏡成像光譜儀）和ACS（高級(jí)巡天相機(jī)）進(jìn)行問題維修，更換了使用長(zhǎng)達(dá)18年之久的電池。而且還在哈勃太空望遠(yuǎn)鏡上加裝了寬視場(chǎng)相機(jī)3，安裝上了用來(lái)控制望哈勃指向的6個(gè)新陀螺儀和可以輔助哈勃選擇正確指向的制導(dǎo)系統(tǒng)，以及宇宙起源光譜儀這幾種全新的探測(cè)設(shè)備。
比如，曾經(jīng)在2004年被哈勃拍攝到的擁有行星尺寸的一個(gè)系外星系，便沒有再次出現(xiàn)在哈勃太空望遠(yuǎn)鏡的視線里?？茖W(xué)家們認(rèn)為，這很可能是因?yàn)楫?dāng)時(shí)的設(shè)備不夠完善，那時(shí)所拍攝到的或許不過(guò)是一個(gè)處于膨脹狀態(tài)的塵埃云。而它的形成則始于附近恒星發(fā)生的碰撞事件，只不過(guò)由于此類碰撞事件尤為罕見，更難以被探測(cè)儀器捕獲，所以還需要更多的時(shí)間進(jìn)行進(jìn)一步確認(rèn)。
哈勃太空望遠(yuǎn)鏡-用30年時(shí)間帶回了眾多了不起的宇宙新發(fā)現(xiàn)
觀測(cè)到了有史以來(lái)最強(qiáng)的伽馬射線爆發(fā)
簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，所謂的伽馬射線爆發(fā)其本質(zhì)就是能量爆炸，一般是發(fā)生在巨型恒星在進(jìn)入超新星的同時(shí)，由于出現(xiàn)了雙光束的伽馬射線，所以引發(fā)了能量爆炸。在宇宙中，盡管伽馬射線爆發(fā)這種現(xiàn)象并不罕見，甚至可以將其稱為最活躍的宇宙現(xiàn)象之一，但到現(xiàn)在為止，人類對(duì)它的研究相對(duì)還比較少。
雖然，在伽馬射線爆發(fā)現(xiàn)象發(fā)生的時(shí)候，哪怕是在幾十億光年以外的地方都可以看到事件過(guò)程中散發(fā)出的光線。但是，由于伽馬射線爆發(fā)本身的持續(xù)時(shí)間只有短短的幾秒鐘，再加上黑洞的形成又于這個(gè)過(guò)程密切相關(guān)。所以，在哈勃太空望遠(yuǎn)鏡捕獲到此類信息（比如，產(chǎn)生GRB 190114C的超新星）以前，科學(xué)家們很難對(duì)這種現(xiàn)象上很常見、但罕見能夠捕獲到有效信息的伽馬射線爆發(fā)進(jìn)行深入研究。
捕獲了恒星系統(tǒng)、乃至宇宙的重要信息
在哈勃太空望遠(yuǎn)鏡這30年的宇宙探索過(guò)程中，科學(xué)家們不僅通過(guò)它的實(shí)際觀測(cè)信息否定了“地心說(shuō)”這樣的固有觀念，對(duì)誕生于宇宙早期階段的重元素組成進(jìn)行了分析。哈勃太空望遠(yuǎn)鏡的觀測(cè)信息更讓我們了解到，那些位于死亡恒星周圍的復(fù)雜氣體殼是怎樣的結(jié)構(gòu)，以及銀河系中最耀眼的類星體存在于怎樣的環(huán)境中。
雖然，人類在地球上已經(jīng)生活了幾百萬(wàn)年的時(shí)間，但以前的人們受限于當(dāng)時(shí)的社會(huì)文明程度，所以才形成了所謂的“地心說(shuō)”、或“日心說(shuō)”觀念。相信很多人都對(duì)哈勃捕獲到的各種星云圖像贊嘆不已，人類便是在了解到年輕恒星周圍的環(huán)境之后，才知道了在我們的銀河系之外，其實(shí)還有很多其他行星系統(tǒng)正在形成。地球和太陽(yáng)都不是宇宙的中心，即便是它們所在的銀河系，也只不過(guò)是宇宙中不計(jì)其數(shù)的恒星系統(tǒng)之一。
與此同時(shí)，原本充滿爭(zhēng)議的宇宙年齡，也從數(shù)十億年到數(shù)百億年這個(gè)巨大的浮動(dòng)范圍，精確到了138億年左右。而誕生于宇宙大爆炸之后6.8億年左右的EGS77，則被稱為已知最古老而遙遠(yuǎn)的三重星系群，它同樣也是哈勃太空望遠(yuǎn)鏡的觀測(cè)成果。
揭示了暗能量和超大質(zhì)量黑洞的存在
眾所周知，黑洞是宇宙中最神秘的物體之一，當(dāng)Event Horizon Telescope（事件視界望遠(yuǎn)鏡）拍攝到M87*黑洞的照片時(shí)，相信所有人都跟我一樣激動(dòng)不已，盡管它并不是一張傳統(tǒng)意義上的黑洞照片。而M87*黑洞作為超大質(zhì)量黑洞成員之一，它的同類在宇宙各大星系中并不罕見。因?yàn)?，根?jù)科學(xué)家們目前的研究來(lái)看，理論上所有大質(zhì)量星系的核心都至少存在一個(gè)超大質(zhì)量黑洞，而此類宇宙存在體的發(fā)現(xiàn)者正是哈勃太空望遠(yuǎn)鏡。
而宇宙中另一種被稱為暗能量的神秘物質(zhì)，其實(shí)也是由哈勃太空望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)的。因?yàn)樗挠^測(cè)數(shù)據(jù)分析出，宇宙的膨脹速率并不像科學(xué)家們之前預(yù)期的那樣正在減緩，反而還會(huì)隨著時(shí)間的遞進(jìn)而加速膨脹。而唯一可以解釋宇宙膨脹速率加快的理由，便是存在一種人類暫時(shí)還了解較少的能量形態(tài)，一直在影響宇宙的膨脹速率。
關(guān)于哈勃和宇宙探測(cè)的未來(lái)：
哈勃太空望遠(yuǎn)鏡雖然經(jīng)歷過(guò)5次維修和升級(jí)，但科學(xué)家們的確通過(guò)這樣的方式實(shí)現(xiàn)了哈勃太空望遠(yuǎn)鏡的翻新升級(jí)和正常運(yùn)轉(zhuǎn)，而這一切都得益于最初關(guān)鍵子系統(tǒng)的相關(guān)設(shè)計(jì)。雖然，NASA已經(jīng)計(jì)劃將在2021年發(fā)射搭載更多新功能的詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡，但研究人員期望的最理想狀態(tài)，則是它們能夠同時(shí)正常運(yùn)行。
事實(shí)上，當(dāng)我們對(duì)宇宙的奧秘了解越多，就會(huì)發(fā)現(xiàn)自己知道的越少，正如我們通過(guò)哈勃太空望遠(yuǎn)鏡了解到了超大質(zhì)量黑洞和暗能量的存在，但這兩種宇宙存在體又因?yàn)闊o(wú)法直接觀測(cè)到而讓我們捉摸不透。而隨著一個(gè)謎團(tuán)揭開，帶來(lái)更多的未解之謎，這其實(shí)也意味著我們距離真實(shí)的宇宙更近了一步，這大概也是人類為什么從未停止對(duì)宇宙物體的研究。
聯(lián)系客服
