哈勃望遠鏡30年星空盛宴

NASA在1990年4月24日將哈勃太空望遠鏡送上宇宙,它在軌道運行近30年來,每周7日、每日24小時不間斷地觀察宇宙,並向地球傳回拍得圖像,成為天文學家窺探宇宙的眼睛。2020年4月24日,哈勃望遠鏡服役30周年。

哈勃太空望遠鏡(英文名:Hubble Space Telescope,縮寫HST)是以世界著名天文學家愛德溫·哈勃為名,在近地軌道圍繞地球飛行的太空望遠鏡。長13.3米,直徑4.3米,重11.6噸,造價近30億美元。

它的位置在地球的大氣層之上,因此獲得了地基望遠鏡所沒有的好處:影像不會受到大氣湍流的擾動,視相度絕佳又沒有大氣散射造成的背景光,還能觀測會被臭氧層吸收的紫外線,是天文史上最重要的儀器之一。

哈勃望遠鏡30年星空盛宴

哈勃太空望遠鏡1990年4月24日搭乘「發現號」太空梭升空,以2.8萬千米/小時的速度,在靜謐的太空運行。自1900年發射以來,NASA的哈勃望遠鏡已經拍下百萬天體現象。它能夠觀察到普通望遠鏡看不到的電磁波譜的其他部分。由於哈勃望遠鏡在大氣層外,它對宇宙一覽無餘,這使它能捕捉到比地面望遠鏡更暗更遠的物體一。雖然只是構成整個宇宙時空的極小部分,但如今仍不斷地為地球上的人呈現絕美的宇宙奇觀。

哈勃望遠鏡30年星空盛宴

在哈勃幾百萬次的觀測中,影響最深遠的一次當屬「哈勃深場觀測」(Hubble Deep Field,HDF)。這次觀測於1995年12月開展,時任空間望遠鏡研究所所長的Robert Williams博士花費了大約250個軌道周期的時間,對大熊座中如針尖般大小的同一區域(可見精確指向是多麼重要),進行了長達10天的連續定點觀測,最終得到了一幅照片,其中布滿大小不一的星系,這就是著名的哈勃深場。

在上世紀20年代,天文學家愛德文·哈勃發現宇宙由眾多星系構成,而哈勃深場首次幫助我們推斷出了宇宙中星系的總數目,解決了天文學家哈勃在70年前留給我們的疑問:宇宙中有多少個星系;並且幫助我們了解了星系的演化。在這次長時間的連續定點觀測中,環地飛行的望遠鏡需要與陀螺儀系統出色配合,不斷調整指向,才能始終保持精確對準大熊座的同一區域。

哈勃望遠鏡30年星空盛宴

哈勃望遠鏡最主要的目標之一是找到已知宇宙中最遙遠的星系,它在2016年實現了這一點,它發現了星系編號GN-Z11,這個星系位於距離地球320億光年之外,我們看到的光是它在134億年前發出的。

這個星系已經接近當時哈勃可觀測的距離極限了,而且這個發現出自某些驚人的巧合。因為這個星系和哈勃之間中性氣體剛好非常少,這給瞭望遠鏡一個非常好的觀測這個星系的視野。從那個星系發出的光經過另一個星系引發了引力透鏡效應,這通常在光因為重力被另一個物體拉伸后發生。本來會錯過觀測者的光被彎曲之後射向了觀測者,這讓GN-Z11星系的光被放大,剛好能夠被哈勃發現。

過去若干年,太空梭載著宇航員於1993、1997、1999、2002、2009年五次造訪哈勃,共進行五次維修和更換失效零件。自2011天太空梭退役后,就不再有能力維護哈勃,望遠鏡上的零件就開始慢慢損耗了。

哈勃望遠鏡30年星空盛宴

哈勃望遠鏡有六個陀螺儀,用於動機與精確指向目標物體。在過去的五年中,三個陀螺儀失靈。即使哈勃在未來十年繼續運作,它的軌道在不斷衰減。

預計在2030年,哈勃將墜入大氣層,在到達地面之前燃燒殆盡。等到這一切發生的時候,下一代太空望遠鏡早已進入太空,呈現更加震撼人心的宇宙圖像,但我們永遠不會忘記哈勃曾經帶給我們的震撼。

雖然哈勃在退役時已經運轉了幾十年,對於它觀測到的物體來說,不過是轉瞬間而已。不過望遠鏡背後偉大的工程學與科學讓我們在對宇宙的理解上前進了一大步。