书城自然哈勃望远镜20年(谷臻小简·AI导读版)
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第2章 “哈勃”往事

2004年,对于哈勃太空望远镜来说是不平凡的一年。这一年是哈勃望远镜在距离地球600公里的太空轨道上度过的第14个年头。这架科学仪器,服役期限已接近15年的设计使用寿命,然而,“年迈”的哈勃望远镜还在争分夺秒地进行着科学观测工作。人们为哈勃的成就欢呼,期待一年后的2005年,美国宇航局能够如期为哈勃望远镜进行第5次维修,让哈勃望远镜在退休前再好好干几年。

但是一场突如其来的风暴,打断了哈勃望远镜安度余生的计划。一年前,“哥伦比亚号”航天飞机失事,使美国宇航局对太空维修的安全性产生了担忧,加上美国要重启登月计划,资金短缺,2004年4月24日,哈勃望远镜上天14年纪念日,美国宇航局向社会宣布:取消对哈勃望远镜第5次也是最后一次维修。这意味着著名的哈勃望远镜将提前结束使命,退出探索太空的舞台,最终逐渐坠毁在大气中。

尽管我们头顶上还有20多个形态各异的太空望远镜,但哈勃是独一无二的,其他望远镜拍摄不出哈勃这样绚丽多彩的照片。

哈勃望远镜跟别的望远镜不太一样,它是光学望远镜,观测光的范围跟我们人类视觉的范围比较一致;另外,它的分辨率特别高,可以产生非常鲜艳好看的画面,这是很多其它望远镜不能比的。

当“发现号”航天飞机的机械手臂轻轻松开,从此,哈勃太空望远镜脱离地球引力的束缚,开始了它孜孜不倦的巡天历程。发射望远镜到太空中观测天体,是人类宇航先驱们的百年梦想之一。

20世纪70年代,哈勃太空望远镜研制计划开始立项。

许多天文学家前往拜会议员,他们扑天盖地的信件和文字宣传,强调了太空望远镜的重要性,最后参议院决议,恢复被国会删除的一半预算。

除了难以稳定,还有一个难题,哈勃望远镜是光学望远镜,它拍摄宇宙照片的原理和传统相机的原理是一样的,拍摄的是胶片相片。在设计制造哈勃望远镜时,还没有成熟的数字成像技术,它怎么拍摄,照片底版又如何传回地面呢?

科学家们要创造性地研发新技术,解决哈勃望远镜的技术难题。这使得哈勃望远镜的预算一次次超支:原来的总预算大约为4亿美元,到1986年发射前,就已花费了11亿7500万美元。人们也许想不到,从哈勃望远镜立项到得到它拍摄的第一张照片,竟然经历了25年时间。

哈勃望远镜终于在1986年建造完成。它是世界上第一座巨型太空天文台,也是人类有史以来制造的最复杂、最精密的天文仪器。

哈勃望远镜最重要的设备是它的两组科学仪器,一组仪器负责拍摄照片;一组负责将恒星和其他星系射出的光线拆分,以便形成一个像彩虹一样的光谱。

1990年4月24日,哈勃太空望远镜在经历了20多年的波折考验之后,终于成功而安全地上天了。

哈勃望远镜发射后,它的一个太阳能电池帆板最初没有按计划展开。随后又出现的问题,几乎把哈勃望远镜推向了绝境。

经过最初几周紧张的测试与调整,美国宇航局的天文学家和工程师发现,哈勃望远镜可以正常拍摄,但它的图像非常模糊,竟然还不如地面望远镜拍摄的照片清楚。经过地面专家紧张忙碌的调查研究,很快查明其原因:原来哈勃空间望远镜这样一个庞大、昂贵的设备,犯了一个低级错误,它主镜的边缘少了两微米。

哈勃望远镜使用的透镜在打磨过程中应该是非常精确的。就是这样的误差导致了哈勃望远镜光学主镜存在严重的球面像差,降低了观测图像的分辨率,使它的“视力”大受损伤。更糟糕的是它的主镜是不可拆卸的,无法更换。“近视”的哈勃望远镜,使许多重要观测根本无法进行。

幸运的是,哈勃望远镜有一个独特的地方,从设计开始它就是一座可以升级的天文台,宇航员可以在太空为它更换零件。

要想保留住哈勃望远镜,进行一次紧急太空维修势在必行。在地面上维修精密仪器尚且不易,何况在大气层外失重、真空的太空进行维修,哈勃望远镜的第一次维修任务,其难度之大,在航天史上罕见。

为了在太空中维修哈勃望远镜,7位宇航员在地面进行了长时间的训练,而宇航局则专门为维修哈勃开发了近百种专用工具。

1994年1月13日,美国宇航局宣布:哈勃望远镜第一次维修非常成功。

宇航员在太空中给哈勃望远镜戴上的“眼镜”,治好了它的“近视”,哈勃望远镜终于可以扬眉吐气了!通过第一次太空维修,哈勃望远镜从“近视眼”变成了“火眼金睛”。

由于“哈勃”运行于600公里高的地球上空,摆脱了地球大气对天文观测的一切干扰,因此,它的威力远远超过地面上的所有光学望远镜。美国帕洛马山天文台的5米反射镜可观测到数十亿光年之遥的天体,“哈勃”的口径虽然只有2.4米,却能观测到100亿光年之遥的天体。“哈勃”提供的图像比地面观测到的要清晰10倍。

哈勃望远镜拍摄的一幅幅宇宙照片,仿佛具有魔力,让我们产生无限的遐想。它是第一个,也是唯一一个主要通过观测可见光来认识宇宙的望远镜,传回了无数完美、清晰、绚烂多姿、细节丰满的宇宙图像。

正是这些清晰的宇宙照片,证明了哈勃望远镜的价值,也赢得了大众对它的热爱。

经过维修能顺利工作的哈勃望远镜,成了科学家和普通大众交口称赞的超级明星。

美国宇航局原计划哈勃望远镜的服役期是15年,而无论天文学家还是普通天文爱好者都希望尽量延长它的使用年限。由于是在太空工作,哈勃望远镜受到了宇宙辐射的影响,它的设备老化很快。

哈勃望远镜1993年第一次维修后,美国宇航局分别于1997年、1999年和2002年,又先后对哈勃太空望远镜进行了3次较大规模的维修。

哈勃空间望远镜的维修,按照3年左右一个周期,维修的内容有几个方面:一是更换太阳能电池板或里边的蓄电池;二是升级计算机系统;三是摄影的终端设备和信号处理系统;另外一项很重要的内容是维修或更换陀螺仪。

由于4次维护,哈勃望远镜得到一次次升级,使它的功能能够满足全世界天文学家的科研需求。从哈勃望远镜平均每3年维修一次推算,第5次维修应该在2005年左右,但是2004年,美国宇航局取消了对哈勃望远镜的最后一次维修。

对于取消哈勃望远镜维修的原因,美国当局称仅仅是出于对宇航员生命安全的考虑。因为2003年哥伦比亚号航天飞机的爆炸解体造成7名宇航员逝世,美国宇航局把“安全”作为航天飞机执行任务的首要前提。

美国宇航局取消哈勃望远镜的最后一次维修,还有一个不便言明的原因:美国政府把返回月球和登陆火星作为太空计划的重点了,意味着太空经费会更多地被用在这两个项目上。

因此,哈勃望远镜将成为美国总统布什提出的新太空计划的第一个牺牲品。

放弃修理处于“带病坚持工作”的哈勃望远镜,意味着哈勃的命运就此完结。用形容人类的话来说,哈勃望远镜的一生充满着变数和坎坷,可谓“命运多舛”。这一回哈勃望远镜又遇到了生命中的一道坎。

在哈勃望远镜最危难的时刻,在它主人放弃它的时候,是它的朋友,它的粉丝拯救了它。

美国公众给议员写信、给总统写信,最后美国国会实际上是强迫美国宇航局修复哈勃望远镜。美国宇航局新局长上任之后,第一件事情就说,我要改变上一任局长的决定,我们将为航天飞机增加一次哈勃太空望远镜的维修任务。

2009年5月11日,美国“亚特兰蒂斯”号航天飞机顺利发射升空,它携带着7名宇航员,终于要对“奄奄一息”的哈勃太空望远镜进行第5次,也是最后一次太空维修。由于这次维修要有5次出舱活动,而且每次出舱都在6个小时以上,外界评论这次维修是风险最高、投入最大的“眼科手术”。

如果这次修复活动取得成功,未来4年,哈勃望远镜的性能将达到顶峰,它的观测能力将比1990年刚发射时强90倍。不过,一旦修理任务失败,哈勃望远镜这颗立下汗马功劳的天文学“皇冠上的宝石”,只能变成一块价值60多亿美元的太空垃圾。