哈勃空间望远镜

第五节　哈勃空间望远镜

地球外围包着一层厚厚的大气。这层大气中含有生命存在所必须的氧、氮等气体，可以说，如果没有这层大气，任何生命都无法存在。这层厚厚的大气还是地球的“保护伞”。许多陨石、流星在到达地面之前就与大气摩擦烧掉，这才使得地球表面没有像月球表面那样“千疮百孔”。大气中的臭氧还吸收了太阳光的紫外线，使人体免受其害。

但正是这层对整个人类乃至整个地球上的生物圈举足轻重的大气层给天文观测带来了许多不便。大气中的尘埃减弱了本身就已十分暗弱的星光；大气湍流使得图像抖动不定；大气的折射使天文学家们观测到天体的位置与它们的实际位置有了偏离。

如何解决大气带来的这一系列影响呢？把大气赶干净，使地球成个光秃秃的石块？这显然不现实，那我们就跑到大气圈外去看吧。其实天文学家们早就有这一想法，但在航天技术出现以前，这只能是一个梦想。其间也曾有人用气球、飞机等搭载望远镜，取得了一定效果，但仍不能完全消除天气的影响。随着航天技术的出现和发展，使空间望远镜从梦想变为现实。

建造哈勃空间望远镜的计划在70年代末就开始实施了。但由于受“挑战者”号爆炸的影响，哈勃望远镜发射升空的时间向后推迟了五年之久。直到1990年4月25日，它才由“发现号”航天飞机发射升空。

哈勃太空望远镜是有史以来建造的最大和最精密的空间望远镜，它主镜直径达2.4米，从1979年开始磨制。整个镜坯重达900多公斤。望远镜上装有广角行星照相机、磁场探测器、高速光度计及红外照相机等设备。望远镜在空间由两副太阳能电池板供电，由6台高精密陀螺仪定位。望远镜上装有DF—224型计算机系统，负责整个望远镜的控制和图像处理。

装好后的“哈勃”总重11.6吨，长13米，设计寿命为15年，它的分辨率将比地面上最好的望远镜高10倍，可以将目标放大10万倍。用哈勃望远镜来观测宇宙，可以看到140亿年以前发出的光。而地面上的望远镜最多只能看到20亿光年远的天体。哈勃望远镜还能用来拍摄星际喷发和测量天体的化学成分。可以说，哈勃望远镜是自望远镜出现以来的最大的一个飞跃。

正当世界各国天文学家们翘首以待哈勃望远镜传来的高质量天文图片时，从美国却传来了令人失望的消息。原来，哈勃望远镜的主镜有两个微米（相当于一根头发丝直径的1/30）的误差。实际的主镜比原先设计的少磨了两个微米。别小看这微不足道的两个微米，虽然它对买布来说无足轻重，但却使哈勃望远镜的成像质量大为降低。原来设计的主镜能将星光的60%的光聚焦于0.1弧秒以内，但实际上只能汇聚12%的光。这使哈勃望远镜探测暗弱天体的能力大为减弱，探测距离由原先的140亿光年减少到40亿光年。除此之外，望远镜上的两副太阳能电池板的金属支架由于受温度变化的作用，产生反复的热胀冷缩，从而使整个太阳电池板产生周期性的“颤抖”，“哈勃”一天绕地球转16圈，因而每天震颤16次。另外，用于保持望远镜精确定位的6台陀螺仪有3台出了故障。望远镜的控制中枢DF—224计算机发也出了故障。另外，哈勃望远镜上最重要的行星广角照相机也需要进行更换。一系列故障使“哈勃”病魔缠身，修复这台造价12亿美元的大望远镜迫在眉睫。

为了修复这台望远镜，美国国家航空航天局可谓煞费苦心。他们一共派出了7名经验丰富的宇航员参加这次飞行任务。他们在飞行之前在肯尼迪航天中心的水池中进行了400小时的失重状态水模拟训练。在1993年6月和9月进行的两次航天飞机飞行中，还专门进行了使用维修“哈勃”的工具的舱外活动模拟试验。

1993年12月2日，“奋进”号航天飞机携带了7.3吨维修设备和7名宇航员从肯尼迪航天中心升空，对哈勃望远镜进行维修。维修一共进行了5次舱外活动，总历时35小时28分。在维修过程中，宇航员们用特制的改正副镜换掉了原来的副镜。这个改正副镜设计得正好可以补偿主镜的误差。发生“震颤”的两个太阳电池板被抛入太空，代之以英国航空航天公司研制的新型太阳能板。成像不佳的广角行星相机被换成了喷气推进实验室研制的新相机。另外，坏掉的陀螺仪、计算机也被一一更换。整个维修费用高达6亿美元，这次维修的规模和复杂程度在人类航天上是史无前例的。

哈勃望远镜的修复非常成功，修复后的望远镜能将70%的光集于0.1弧秒之内，比原先设计的60%还高。这个值已接近了85%的理论极限。修复发回的照片清晰得“令人惊讶不已”。负责哈勃望远镜的科学家们认为“比做梦所做到的还要好”。

修复后的哈勃空间望远镜为天文学家们收集了大量第一手资料。这些高质量的资料，对于研究恒星、星系、黑洞及类星体提供了强有力的根据。另外值得一提的是，在94年的苏梅克—列维9号慧星撞击木星的过程中，“哈勃”再次显示了其威力。它发回的大量照片，其清晰程度远远超过了地面上的望远镜。

另据最新的报道，美国航天局已确定由约翰·霍普金斯大学为“哈勃”设计一台先进探测相机。这台“哈勃”先进探测照相机造价估计达3000万美元，1999年航天飞机对“哈勃”进行第三次维护飞行时，将用它换下“哈勃”现有相机中的一台。这架相机主要用于增强现有的“广视野行星照相机”的观测能力。目前这台相机承担着望远镜一半的观测任务。航天局有关负责人指出，这台新相机的安装是着眼于21世纪的观测需要。