“哈勃”遨游太空25年 偷窥了上帝的哪些秘密？

史春树

在离地球547千米的轨道上，住着勤劳的“哈勃”。它有着一双敏锐的眼睛，能透过层层星云看到它想看的任何一颗星星。通过“哈勃”身上搭载的高科技红外线装备，它也可以穿过宇宙灰尘和大气的阻碍，a见证许多新星星诞生的过程。

自1990年起，哈勃太空望远镜已经环绕地球飞行25年，捕获了那些从根本上改变人类对宇宙的认知的图片。2015年4月24日，美国宇航局（NASA）在太空中燃放了一些烟花，以这样的形式为哈勃望远镜顺利服役25周年的纪念日举办了一次庆祝活动。

1990年4月24日，发现号航天飞机从美国肯尼迪中心发射升空，将哈勃空间望远镜送上了近地轨道。尽管在最初的几年里，这台望远镜备受视力模糊的困扰，但经过修复和多次维护之后，哈勃已经成为有史以来最著名、最重要的天文望远镜，它改变了我们对宇宙的诸多认识，更不用说它还拍摄过许多已经成为经典的绝美太空照片了。

哈勃望远镜问世25周年

2015年，是哈勃望远镜服役第25周年，为庆祝哈勃望远镜服役25周年，NASA和欧洲太空总署整理了25张哈勃望远镜带给我们最美的和最重要的图片。

一位名叫詹尼弗·怀斯曼的哈勃科学家，在华盛顿新闻馆举办的电视直播庆祝会上说：“对全世界所有的航天事业工作者和全世界所有的天文爱好者来说，本周都是激动人心的一周。”

在离地球340英里远（547千米）的轨道上，住着勤劳的哈勃。它有着一双敏锐的眼睛，能透过层层星云看到它想看的任何一颗星星。通过哈勃身上搭载的高科技红外线装备，哈勃也可以穿过宇宙灰尘和大气的阻碍，见证许多新星星诞生的过程。

研究行星的演变历程是哈勃最初的一项使命。没有了地球大气层的干扰和阻碍，天文学家们希望能借助哈勃的力量，及时地看到更远的地方，寻找到137亿光年外宇宙大爆炸起源点附近的星星和星系。

观测宇宙的另一只“眼睛”

太空望远镜的想法首次出现在1922年德国火箭先驱赫尔曼·奥伯特的博士论文中。历史学家们指出，他的论文“飞向星际空间的火箭”最初因为过于空想化而被拒绝。

但是，在他的想法背后的逻辑却很难被驳倒。一架位于轨道中或者深入太空的望远镜能够提供比地面观测望远镜更详细的映像。因为，即使在最清澈的夜晚，地球的大气层也会扭曲光线，影响到可见波长运行的地面观测望远镜捕捉到的图像细节。大气层中的水蒸气和臭氧也会阻挡几乎全部的红外线和紫外线光。而深入太空的望远镜则带有更多有关恒星的诞生、星系和太阳系外行星的信息。

对哈勃望远镜的可行性研究花了科学家们将近50年。但在发射后没过多久，NASA就发现在哈勃望远镜94英寸（2.4米）半径大的放射镜上存在一个制造缺陷。为了维修这一光学部件，NASA在1993年往哈勃那儿送去了5位宇航员，这5位宇航员也是宇宙飞船机组首次委派前去执行太空行走维修任务的5名英雄。

哈勃停留在地球上空482.8公里的轨道上，向地球提供清晰的图像，并以前所未有的细节采集光谱。哈勃最初的任务之一是计算宇宙目前的膨胀速度。此后，哈勃所展现出来的优势和作用无与伦比。

在哈勃被发射之后，我们得到了许多重大发现。哈勃的数据有力地证明了宇宙的加速膨胀，也证实了暗物质在大约90亿年前就开始显现。这一观测有助于弥补关于暗物质不同理论之间的分歧。这些成果突出了哈勃望远镜为天文重大发现所做的贡献，给更早期的观测提供了重要的确证，并揭示了新的视角。

哈勃也在太阳系外拍到了其他行星的照片，通过扫描，得到了其他行星上大气层的化学成分信息。1992年，第一个被称之为“外行星”的太阳系外星球被发现，这离哈勃开始服役才过了两年。

哈勃发回的图像引起了一阵骚动。惠特莫尔博士回忆说：“你开始听见大厅里有窃窃私语——对圈状星云的校准观测跟你以前看见的一点也不同。”哈勃显示的是一群单独的恒星。结果，这样的问题在三年后通过修正了镜面缺陷而挽救了哈勃和美国宇航局的声誉。从丑小鸭到美天鹅的“逆袭”故事对作为开路先锋送入太空探索宇宙的25岁哈勃望远镜倒是个贴切的比喻。

利维奥博士于1991年来到太空望远镜研究所并领导着研究部门。他说：“有时候人们建造一台小仪器以探究某个问题，而且也解决了这个问题。但哈勃不仅解决了这样的问题，而且还提供了关键信息帮助其他相关研究结果得以实现。”

得益于它的长寿，哈勃也产生了多个“第一”。比如，它发回了宇宙早期婴儿星系和星系碎片的首批图像；它是第一架发现围绕另一颗恒星运行的行星的大气层中含有化学元素的太空望远镜。

根据一些评估，哈勃是历史上科学产量最高的望远镜。自1997年以来，利用哈勃数据的论文数量远远超过了利用其他15座著名的太空和地面望远镜数据的论文数量。

欧洲核研究组织的物理学家在地下实验场探索物质的本质属性。他们的大型强子对撞机被封为物理学界的哈勃。随着新的拥有复杂太空扫描技术的地面观测望远镜不断问世，他们把哈勃比喻成观测宇宙的另一只“眼睛”，哈勃被封为“人民的望远镜”。在捕捉天文图像的同时，也为一些艺术史学家提供了天文图像的原始素材，使得他们把天文图像比拟为19世纪油画作品和美国西部照片中的浪漫景色，把茫茫宇宙带入了世界各地的学校教室和家庭起居室。

发现“上帝之脸”

哈勃太空望远镜捕捉到存在于遥远宇宙空间的NGC 1316星系，犹如“上帝之脸”。中世纪的基督徒认为天堂位于云层的上方，但是本次哈勃空间望远镜的观测似乎已“查明”：传说中在九霄云外的天堂可能有些远，距离地球大约7500万光年。

虽然被喻为“上帝之脸”的星系距离我们非常遥远，位于天炉座星系团中，但是科学家发现星系中存在异常强大的射电源，并有着一对巨大的射电波瓣，是天空中最强大的射电源之一。如果将哈勃空间望远镜所捕捉到的NGC 1316星系图像比作基督教的天父，那么强大的射电波就如同是“天父”向地球上的孩子们发出的信号。

在哈勃空间望远镜所拍摄的照片中，巨大跨度的环形宇宙尘埃围绕的星系部分，看上去非常像上帝慈祥的脸庞，而且还有许多大胡子。美国国家航空航天局的天文学家根据哈勃空间望远镜传回的数据发现，巨型尘埃和大量星团的分布暗示了其形成的原因，在数十亿年前一个巨大的椭圆星系与另一个螺旋星系之间发生了碰撞，产生了我们今天看到的NGC 1316“上帝之脸”星系。除了从诡异的星系外观上可以洞察出NGC 1316的“暴力”历史事件，科学家还从其他途径上揭示了在“上帝之脸”星系中发生的故事。

位于智利圣地亚哥以北600公里赛拉托洛洛美洲际天文台是南半球数个顶级的天体观测站之一，配备了直径4米的布兰柯望远镜。科学家使用这台强大的望远镜拍摄到了“上帝之脸”星系中各种令人眼花缭乱的涟漪、成环状分布的物质以及羽状尘埃。

哈勃空间望远镜的图像进一步揭示了“上帝之脸”星系深处区域的情景，发现一个更加复杂的尘埃带和神秘的斑点结构。科学家认为庞大的黑色尘埃带是远古时期一个螺旋星系的残留物，因为如此巨大而蜿蜒的尘埃带只有在螺旋星系中才有，而椭圆星系一般存在着较大而非常明亮的球状星团，它们的来源可能是NGC 1316星系吞噬了数个螺旋星系的物质。这些特殊的天体分布与构造都说明了“上帝之脸”星系在数十亿年前发生过极为恐怖的宇宙事件。

普及天文学居功至伟

自从1990年4月25日发射进入轨道后，哈勃望远镜给来自宇宙的人类明信片收藏增加了一幅又一幅无法抹去的影像。这些影像又给科学的发展带来了意义深远的贡献。

哈勃望远镜在相对短的时间内将收集到的信息广泛传播给公众。它不仅在天文学的普及方面发挥了关键作用，也极大地充实了信息和影像资料库——超过一亿幅。比最初的观测产生了更多的科学成果。

今年三月，太空望远镜研究所宣布：所有资料已经编入被称为哈勃资源目录的庞大在线数据库。它使得天文学家能快速检索。领导数据库开发团队的惠特莫尔说：“我们不是为了明年、后年、大后年，而是为了下一个10年、20年、30年、50年而开发......”

随着这一天文观测台进入最后10年，天文学家们正在创建其寿终正寝前要从事的项目清单，目的是为了进行太空发现项目以及为詹姆斯·韦伯太空望远镜（将于2018年发射）进行补充观测的项目来扩大其早已可观的成就。这项努力被称为“哈勃2020”。

比如，有些天文学家推荐利用哈勃来分析围绕恒星运转的行星的大气层。而有的人则建议利用它来精确测量矮星系和恒星系的内部和外部运动，以此作为观测星系进化和暗物质的窗口。

2000年，美国宇航局打算发射一艘太空飞船并在2010年左右回收望远镜。然而，到了2015年，哈勃还在扫描宇宙空间，而美国宇航局的三艘太空飞船现在却成了博物馆的展品。

当然，这样的长寿根植于哈勃的设计以及美国宇航局发送宇航员对硬件进行定期修补、升级。克里斯蒂安博士表示，2009年对哈勃进行了最后一次维修升级，它使得备受尊敬的望远镜处于令人惊奇的状态，使其探测能力增强万倍。

宇航员修理了重负荷运转仪器中的两台，太空望远镜影像波谱测定仪和高级测量照相机。他们用第三台更能干的替换了望远镜的第二台广角照相机。他们还安装了宇宙起源分光摄谱仪。它使得哈勃的能力扩展到能采集天外物体从近红外和可见光波长到紫外线波长的信息。宇航员也更换了使天文台运转的电源、计算机以及其他硬件。

后继有人 韦伯空间望远镜

NASA希望能让哈勃望远镜继续服役到2020年。而在那之后，它的继任者，詹姆斯·韦伯空间望远镜将接任它的使命。韦伯望远镜计划于2018年10月发射。

詹姆斯·韦伯空间望远镜（JWST）是红外空间观测站，它由NASA带头，与欧洲航天局和加拿大航天局合作，曾用名为“NGST”。在2002年更名，用以纪念NASA的首任局长詹姆斯·韦伯。研究人员计划用它取代哈勃望远镜，用以探索远超过目前仪器可观测到的宇宙中最远的对象。其设计口径为6米，是哈勃望远镜的2.5倍。JWST能观测到的天体要比当前最大地面望远镜或空间红外望远镜要暗400倍。

NASA计划于2018年升空的詹姆斯·韦伯望远镜是目前被寄予厚望的哈勃望远镜继任者。在韦伯领导下的美国宇航局，成功实施了“水星”和“双子星”载人航天计划，为人类成功登月奠定了坚实的基础。

韦伯望远镜在设计时强化了其红外波段的观测能力，这将让它能够更好地看清宇宙中更遥远、更暗淡的天体。相对于哈勃望远镜，韦伯望远镜将能够进一步逼近大爆炸后的年轻宇宙的图景，科学家估计它可以看到距离200亿光年远的原始星系。

2019年，哈勃望远镜和韦伯望远镜将同时在轨道运行，帮助人类揭示宇宙的秘密。到那时，人类将拥有前所未有的观测能力，相信一定会有“爆炸性”的新发现！