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概念、設(shè)計和目標(biāo)

規(guī)劃設(shè)計和準(zhǔn)備工作

哈勃空間望遠(yuǎn)鏡的歷史可以追溯至1946年天文學(xué)家萊曼·斯皮策（Lyman Spitzer, Jr.）所提出的論文：《在地球之外的天文觀測優(yōu)勢》。在文中，他指出在太空中的天文臺有兩項優(yōu)于地面天文臺的性能。首先，角分辨率（物體能被清楚分辨的最小分離角度）的極限將只受限于衍射，而不是由造成星光閃爍、動蕩不安的大氣所造成的視象度。在當(dāng)時，以地面為基地的望遠(yuǎn)鏡解析力只有0.5-1.0弧秒，相較下，只要口徑2.5米的望遠(yuǎn)鏡就能達(dá)到理論上衍射的極限值0.1弧秒。其次，在太空中的望遠(yuǎn)鏡可以觀測被大氣層吸收殆盡的紅外線和紫外線。

斯皮策以空間望遠(yuǎn)鏡為事業(yè)，致力于空間望遠(yuǎn)鏡的推展。在1962年，美國國家科學(xué)院在一份報告中推薦空間望遠(yuǎn)鏡做為發(fā)展太空計劃的一部分，在1965年，斯皮策被任命為一個科學(xué)委員會的主任委員，該委員會的目的就是建造一架空間望遠(yuǎn)鏡。

在第二次世界大戰(zhàn)時，科學(xué)家利用發(fā)展火箭技術(shù)的同時，曾經(jīng)小規(guī)模的嘗試過以太空為基地的天文學(xué)。在1946年，首度觀察到了太陽的紫外線光譜。英國在1962年發(fā)射了太陽望遠(yuǎn)鏡放置在軌道上，做為亞利安太空計劃的一部分。1966年NASA進(jìn)行了第一個軌道天文臺（OAO）任務(wù)，但第一個OAO的電池在三天后就失效，中止了這項任務(wù)了。第二個OAO在1968至1972年對恒星和星系進(jìn)行了紫外線的觀測，比原先的計劃多工作了一年的時間。

軌道天文臺任務(wù)展示了以太空為基地的天文臺在天文學(xué)上扮演的重要角色，因此在1968年NASA確定了在太空中建造直徑3米反射望遠(yuǎn)鏡的計劃，當(dāng)時暫時的名稱是大型軌道望遠(yuǎn)鏡或大型空間望遠(yuǎn)鏡（LST），預(yù)計在1979年發(fā)射。這個計劃強(qiáng)調(diào)須要有人進(jìn)入太空進(jìn)行維護(hù)，才能確保這個所費(fèi)不貲的計劃能夠延續(xù)夠長的工作時間；并且同步發(fā)展可以重復(fù)使用的航天飛機(jī)技術(shù)，才能使前項計劃成為可行的計劃。

資金需求

軌道天文臺計劃的成功，鼓舞了越來越強(qiáng)的公眾支持大型空間望遠(yuǎn)鏡應(yīng)該是天文學(xué)領(lǐng)域內(nèi)重要的目標(biāo)。在1970年NASA設(shè)立了兩個委員會，一個規(guī)劃空間望遠(yuǎn)鏡的工程，另一個研究空間望遠(yuǎn)鏡任務(wù)的科學(xué)目標(biāo)。在這之后，NASA下一個需要排除的障礙就是資金的問題，因為這比任何一個地面上的天文臺所耗費(fèi)的資金都要龐大許多倍。美國的國會對空間望遠(yuǎn)鏡的預(yù)算需求提出了許多的質(zhì)疑，為了與裁軍所需要的預(yù)算對抗，當(dāng)時就詳細(xì)的列出了望遠(yuǎn)鏡的硬件需求以及后續(xù)發(fā)展所需要的儀器。在1974年，在裁減政府開支的鼓動下，杰拉爾德·福特剔除了所有進(jìn)行空間望遠(yuǎn)鏡的預(yù)算。

為回應(yīng)此，天文學(xué)家協(xié)調(diào)了全國性的游說努力。許多天文學(xué)家親自前往拜會眾議員和參議員，并且進(jìn)行了大規(guī)模的信件和文字宣傳。國家科學(xué)院出版的報告也強(qiáng)調(diào)空間望遠(yuǎn)鏡的重要性，最后參議院決議恢復(fù)原先被國會刪除的一半預(yù)算。

資金的縮減導(dǎo)致目標(biāo)項目的減少，鏡片的口徑也由3米縮為2.4米，以降低成本和更有效與緊密的配置望遠(yuǎn)鏡的硬件。原先計劃做為先期測試，放置在衛(wèi)星上的1.5米空間望遠(yuǎn)鏡也被取消了，對預(yù)算表示關(guān)切的歐洲空間局也成為共同合作的伙伴。歐洲空間局同意提供經(jīng)費(fèi)和一些望遠(yuǎn)鏡上需要的儀器，像是做為動力來源的太陽能電池，回饋的是歐洲的天文學(xué)家可以使用不少于15%的望遠(yuǎn)鏡觀測時間。在1978年，美國國會撥付了36,000,000元美金，讓大型空間望遠(yuǎn)鏡開始設(shè)計，并計劃在1983年發(fā)射升空。在1980年初，望遠(yuǎn)鏡被命為哈勃，以紀(jì)念在20世紀(jì)初期發(fā)現(xiàn)宇宙膨脹的天文學(xué)家艾德溫·哈勃。

設(shè)計與制造

  1979年5月，在康涅狄格州丹柏立的Perkin-Elmer公司拋光中的哈勃主鏡。出現(xiàn)在圖中的是服務(wù)于珀金埃爾默的工程師馬丁椰林博士。

空間望遠(yuǎn)鏡的計劃一經(jīng)批準(zhǔn)，計劃就被分割成許多子計劃分送各機(jī)關(guān)執(zhí)行。馬歇爾太空飛行中心（MSFC）負(fù)責(zé)設(shè)計、發(fā)展和建造望遠(yuǎn)鏡，金石太空飛行中心（GSFC）負(fù)責(zé)科學(xué)儀器的整體控制和地面的任務(wù)控制中心。馬歇爾太空飛行中心委托珀金埃爾默設(shè)計和制造空間望遠(yuǎn)鏡的光學(xué)組件，還有精密定位感測器（FGS），洛克希德被委托建造安裝望遠(yuǎn)鏡的太空船。

光學(xué)望遠(yuǎn)鏡的組合安裝（OTA）

望遠(yuǎn)鏡的鏡子和光學(xué)系統(tǒng)是最關(guān)鍵的部分，因此在設(shè)計上有很嚴(yán)格的規(guī)范。一般的望遠(yuǎn)鏡，鏡子在拋光之后的準(zhǔn)確性大約是可見光波長的十分之一，但是因為空間望遠(yuǎn)鏡觀測的范圍是從紫外線到近紅外線，所以需要比以前的望遠(yuǎn)鏡更高十倍的解析力，它的鏡子在拋光后的準(zhǔn)確性達(dá)到可見光波長的廿分之一，也就是大約30納米。

珀金埃爾默刻意使用極端復(fù)雜的電腦控制拋光機(jī)研子，但卻在最尖端的技術(shù)上出了問題；柯達(dá)被委托使用傳統(tǒng)的拋光技術(shù)制做一個備用的鏡子（柯達(dá)的這面鏡子現(xiàn)在永久保存在史密松寧學(xué)會） 。1979年，珀金埃爾默開始磨制鏡片，使用的是超低膨脹玻璃，為了將鏡子的重量降至最低，采用蜂窩格子，只有表面和底面各一吋是厚實的玻璃。

鏡子的拋光從1979年開始持續(xù)到1981年5月，拋光的進(jìn)度已經(jīng)落后并且超過了預(yù)算，這時NASA的報告才開始對珀金埃爾默的管理結(jié)構(gòu)質(zhì)疑。為了節(jié)約經(jīng)費(fèi)，NASA停止支援鏡片的制作，并且將發(fā)射日期延后至1984年10月。鏡片在1981年底全部完成，并且鍍上了75 nm厚的鋁增強(qiáng)反射，和25 nm厚的鎂氟保護(hù)層。

因為在光學(xué)望遠(yuǎn)鏡組合上的預(yù)算持續(xù)膨脹，進(jìn)度也落后的情況下，對珀金埃爾默能否勝任后續(xù)工作的質(zhì)疑繼續(xù)存在。為了回應(yīng)被描述成"未定案和善變的日報表"，NASA將發(fā)射的日期再延至1985年的4月。但是，珀金埃爾默的進(jìn)度持續(xù)的每季增加一個月的速率惡化中，時間上的延遲也達(dá)到每個工作天都在持續(xù)落后中。NASA被迫延后發(fā)射日期，先延至1986年3月，然后又延至1986年9月。這時整個計劃的總花費(fèi)已經(jīng)高達(dá)美金11億7500萬。

太空平臺系統(tǒng)

  1980年，建造中的哈勃望遠(yuǎn)鏡。

安置望遠(yuǎn)鏡和儀器的太空船是主要工程上的另一個挑戰(zhàn)。它必須能勝任與抵擋在陽光與地球的陰影之間頻繁進(jìn)出所造成的溫度變化，還要極端地穩(wěn)定并能長時間的將望遠(yuǎn)鏡精確地對準(zhǔn)目標(biāo)。以多層絕緣材料制成的遮蔽物能使望遠(yuǎn)鏡內(nèi)部的溫度保持穩(wěn)定，并且以輕質(zhì)的鋁殼包圍住望遠(yuǎn)鏡和儀器的支架。在外殼之內(nèi)，石墨環(huán)氧的框架將校準(zhǔn)好的工作儀器牢固的固定住。

有一段時間用于安置儀器和望遠(yuǎn)鏡的太空船在建造上比光學(xué)望遠(yuǎn)鏡的組合來得順利，但洛克希德仍然經(jīng)歷了預(yù)算不足和進(jìn)度的落后，在1985年的夏天之前，太空船的進(jìn)度落后了個月，而預(yù)算超出了30%。馬歇爾太空飛行中心的報告認(rèn)為洛克希德在太空船的建造上沒有采取主動，而且過度依賴NASA的指導(dǎo)。

地面支持

在1983年，空間望遠(yuǎn)鏡科學(xué)協(xié)會（STScI）在經(jīng)歷NASA與科學(xué)界之間的權(quán)力爭奪后成立?？臻g望遠(yuǎn)鏡科學(xué)協(xié)會隸屬于美國大學(xué)天文研究聯(lián)盟（AURA），這是由32個美國大學(xué)和7個國際會員組成的單位，總部坐落在馬里蘭州巴爾地摩的約翰·霍普金斯大學(xué)校園內(nèi)。

空間望遠(yuǎn)鏡科學(xué)協(xié)會負(fù)責(zé)空間望遠(yuǎn)鏡的操作和將數(shù)據(jù)交付給天文學(xué)家。美國國家航空航天局（NASA）想將之做為內(nèi)部的組織，但是科學(xué)家依據(jù)科學(xué)界的做法將之規(guī)劃創(chuàng)立成研究單位，由NASA位在馬里蘭州綠堤，空間望遠(yuǎn)鏡科學(xué)協(xié)會南方48千米的哥達(dá)德太空飛行中心和承包廠商提供工程上的支援。哈勃望遠(yuǎn)鏡每天24小時不間斷的運(yùn)作，由四個工作團(tuán)隊輪流負(fù)責(zé)操作。

空間望遠(yuǎn)鏡歐洲協(xié)調(diào)機(jī)構(gòu)于1984年設(shè)立在德國鄰近慕尼黑的Garching bei München，為歐洲的天文學(xué)家提供相似的支援。

挑戰(zhàn)者號爆炸事故

早在1986年，就已經(jīng)計劃在當(dāng)年10月份發(fā)射哈勃空間望遠(yuǎn)鏡。但是挑戰(zhàn)者號的事故使美國的太空計劃停滯不前，航天飛機(jī)的暫停升空，迫使哈勃空間望遠(yuǎn)鏡的發(fā)射延遲了數(shù)年。望遠(yuǎn)鏡和所有的附件都必須分門別類的儲藏在無塵室內(nèi)，直到能夠排出發(fā)射的日期，這也使得已經(jīng)超支的總成本更為高漲。

最后，隨著航天飛機(jī)在1988年再度開始升空，望遠(yuǎn)鏡也預(yù)定在1990年發(fā)射。在發(fā)射前的最后準(zhǔn)備，用氮?dú)鈬娚溏R面以除去可能累積的灰塵，并且對所有的系統(tǒng)進(jìn)行廣泛的測試。終于，在1990年4月24日由發(fā)現(xiàn)號航天飛機(jī)，于STS-31航次將望遠(yuǎn)鏡成功的送入計劃中的軌道。

從它原始的總預(yù)算，大約4億美金，到現(xiàn)在的花費(fèi)超過25億美金，哈勃的成本依然在不斷的累積與增高。美國政府估計的開銷將高達(dá)45至60億美金，歐洲所挹注的資金也高達(dá)6億歐元（1999年的估計）。

儀器

  攜帶哈勃空間望遠(yuǎn)鏡進(jìn)入軌道的STS-31任務(wù)航天飛機(jī)升空。

在發(fā)射時，哈勃空間望遠(yuǎn)鏡攜帶的儀器如下：

廣域和行星照相機(jī)（WF/PC）

戈達(dá)德高解析攝譜儀（GHRS）

高速光度計（HSP）

暗天體照相機(jī)（FOC）

暗天體攝譜儀（FOS）

WF/PC原先計劃是光學(xué)觀測使用的高分辨率照相機(jī)。由NASA的噴射推進(jìn)實驗室制造，附有一套由48片光學(xué)濾鏡組成，可以篩選特殊的波段進(jìn)行天體物理學(xué)的觀察。整套儀器使用8片CCD，做出了兩架照相機(jī)，每一架使用4片CCD。"廣域照相機(jī)"（WFC）因為視野較廣，在解像力上有所損失，而"行星照相機(jī)"（PC）以比WFC長的焦距成像，所以有較高的放大率。

GHRS是被設(shè)計在紫外線波段使用的攝譜儀，由哥達(dá)德太空中心制造，可以達(dá)到90,000的光譜分辨率 ，同時也為FOC和FOS選擇適宜觀測的目標(biāo)。FOC和FOS都是哈勃空間望遠(yuǎn)鏡上分辨率最高的儀器。這三個儀器都舍棄了CCD，使用數(shù)位光子計數(shù)器做為檢測裝置。FOC是由歐洲空間局制造，F(xiàn)OS則由馬丁·瑪麗埃塔公司制造。

最后一件儀器是由威斯康辛麥迪遜大學(xué)設(shè)計制造的HSP，它用于在可見光和紫外光的波段上觀測變星，和其他被篩選出的天體在亮度上的變化。它的光度計每秒鐘可以偵測100,000次，精確度至少可以達(dá)到2% 。

哈勃空間望遠(yuǎn)鏡的導(dǎo)引系統(tǒng)也可以做為科學(xué)儀器，它的三個精細(xì)導(dǎo)星感測器（FGS）在觀測期間主要用于保持望遠(yuǎn)鏡指向的準(zhǔn)確性， 但也能用于進(jìn)行非常準(zhǔn)確的天體測量，測量的精確度達(dá)到0.0003弧秒 。

問題和維修

從它于1946年的原始構(gòu)想開始，直到發(fā)射為止，建造空間望遠(yuǎn)鏡的計劃不斷的被延遲和受到預(yù)算問題的困擾。在它發(fā)射之后，立即發(fā)現(xiàn)主鏡有球面像差，嚴(yán)重的降低了望遠(yuǎn)鏡的觀測能力。幸好在1993年的維修任務(wù)之后，望遠(yuǎn)鏡恢復(fù)了計劃中的品質(zhì)，并且成為天文學(xué)研究和推展公共關(guān)系最重要的工具。

哈勃的未來依靠后續(xù)的維修任務(wù)是否成功，維持穩(wěn)定的幾個陀螺儀已經(jīng)損壞，至2007年，連備用的也已經(jīng)耗盡，而且另一架用于指向的望遠(yuǎn)鏡功能也在衰減中。陀螺儀必須要以人工進(jìn)行維修，在2007年1月30日，主要的先進(jìn)巡天照相機(jī)（ACS）也停止工作，在執(zhí)行人工維修之前，只有超紫外線的頻道能夠使用。另一方面，如果沒有再提升來增加軌道高度，阻力會迫使望遠(yuǎn)鏡在2010年重返大氣層。自從2003年航天飛機(jī)哥倫比亞不幸事件之后，由于國際太空站和哈勃不在相同的高度上，使得太空人在緊急狀況下缺乏安全的避難場所，因而NASA認(rèn)為以載人太空任務(wù)去維修哈勃望遠(yuǎn)鏡是不合情理的危險任務(wù)。NASA在重新檢討之后，執(zhí)行長麥克格里芬在2006年10月31日決定以亞特蘭大進(jìn)行最后一次的哈勃維修任務(wù)，任務(wù)的時間安排在2008年9月11日， 基于安全上的考量，屆時將會讓發(fā)現(xiàn)號在LC-39B發(fā)射臺上待命，以便在緊急情況時能提供救援。計劃中的維修將能讓哈勃空間望遠(yuǎn)鏡持續(xù)工作至2013年。如果成功了，后繼的詹姆斯·韋伯空間望遠(yuǎn)鏡（JWST）應(yīng)該已經(jīng)發(fā)射升空，可以銜接得上任務(wù)了。韋伯空間望遠(yuǎn)鏡在許多研究計劃上的功能都遠(yuǎn)超過哈勃，但將只觀測紅外線，因此在光譜的可見光和紫外線領(lǐng)域內(nèi)無法取代哈勃的功能。

鏡片的瑕疵

在望遠(yuǎn)鏡發(fā)射數(shù)星期之后，傳回來的圖片顯示在光學(xué)系統(tǒng)上有嚴(yán)重的問題。雖然，第一張圖像看起來比地基望遠(yuǎn)鏡的明銳，但望遠(yuǎn)鏡顯然沒有達(dá)到最佳的聚焦?fàn)顟B(tài)，獲得的最佳圖像品質(zhì)也遠(yuǎn)低于當(dāng)初的期望。點(diǎn)源的影像被擴(kuò)散成超過一弧秒半徑的圓，而不是在設(shè)計準(zhǔn)則中的標(biāo)準(zhǔn)：集中在直徑0.1 弧秒之內(nèi)，有同心圓的點(diǎn)彌漫函數(shù)圖像 。

對圖樣缺陷的分析顯示，問題的根源在主鏡的形狀被磨錯了。鏡面邊緣太平了一些，與需要的位置差了約2.2微米，但這個差別造成的是災(zāi)難性的、嚴(yán)重的球面像差。來自鏡面邊緣的反射光，不能聚集在與中央的反射光相同的焦點(diǎn)上。

鏡子的瑕疵造成的作用是在科學(xué)觀察的核心觀測上，核心像差的PSF要足夠的明銳到足以進(jìn)行高解析的分辨，但對明亮的天體和光譜分析是不受影響的。雖然，在外圍損失大片的光因為不能匯聚在焦點(diǎn)上而造成暈像，嚴(yán)重的減損了望遠(yuǎn)鏡觀察暗天體或高反差影像的能力。這意味著幾乎所有對宇宙學(xué)的研究計劃都不能執(zhí)行，因為它們都是非常暗弱的觀測對象。美國國家航空航天局和哈勃空間望遠(yuǎn)鏡成為許多笑話的箭靶，并且被認(rèn)為是大白象（花費(fèi)大而無用的東西）。

問題的根源

從點(diǎn)源的圖像往回追溯，天文學(xué)家確定鏡面的圓錐常數(shù)是?1.01324，而不是原先期望的? 1.00230。 通過分析珀金埃爾默的零校正器（精確測量拋光曲面的儀器）和分析在地面測試鏡子的干涉圖影像，也獲得了相同的數(shù)值。

由噴射推進(jìn)實驗室主任，亞倫領(lǐng)導(dǎo)的委員會，確定了錯誤是如何發(fā)生的。亞倫委員會發(fā)現(xiàn)珀金埃爾默使用的零校正器在裝配上發(fā)生了錯誤，它的向場透鏡位置偏差了 1.3 毫米 。

在拋光鏡子的期間，珀金埃爾默使用另外二架零校正器，兩者都（正確的）顯示鏡子有球面像差。這些測試都是為確實消除球面像差而設(shè)計的，不顧品管文件的指導(dǎo)，公司認(rèn)為這二架零校正器的精確度不如主要的設(shè)備，而忽略了測試的結(jié)果。

委員會指出失敗的主因是珀金埃爾默。由于進(jìn)度表頻繁更動造成的損耗和望遠(yuǎn)鏡制造費(fèi)用的超支，造成了在美國航空暨太空總署和光學(xué)公司之間的關(guān)系極度的緊張。美國航空暨太空總署發(fā)現(xiàn)珀金埃爾默并不認(rèn)為鏡子的制做在他們的業(yè)務(wù)中是關(guān)鍵性的困難工作，而美國航空暨太空總署也未能在拋光之前善盡本身的職責(zé)。在委員會沉痛的批評珀金埃爾默在管理上的不當(dāng)與缺失的同時，美國航空暨太空總署也被非議未善盡品管的責(zé)任，與不該只依賴唯一一架儀器的測試結(jié)果。

解決方案

  哈勃空間望遠(yuǎn)鏡拍攝的圖片，從左上角起順時針方向為：Tadpole星系、錐形星云、兩個碰撞的螺旋星系，歐米加星云中新星的誕生。

在望遠(yuǎn)鏡的設(shè)計中原本就規(guī)劃了維修的任務(wù)，所以天文學(xué)家立刻就開始尋找可以在1993年，預(yù)定進(jìn)行第一次維修任務(wù)時解決問題的方案。讓柯達(dá)再為哈勃制作備用鏡在軌道上進(jìn)行更換太昂貴且耗費(fèi)時間，臨時將望遠(yuǎn)鏡帶回地面上修理也不可能。相反，鏡片錯誤的形狀已經(jīng)被精確的測量出來，因此可以設(shè)計一個有相同的球面像差，但功效相反的光學(xué)系統(tǒng)來抵消錯誤。也就是在第一次的維修任務(wù)中為哈勃配上一副能改正球面像差的眼鏡。

由于原本儀器的設(shè)計方式，必須要兩套不同的校正儀器。廣域和行星照相機(jī)的設(shè)計包括轉(zhuǎn)動的鏡片和直接進(jìn)入兩架照相機(jī)的8片獨(dú)立CCD芯片的光線，可以用一個反球面像差的鏡片完全的消除掉它們表面上的主要變形。 修正鏡被固定在替換的第二代廣域和行星照相機(jī)內(nèi)（由于進(jìn)度和預(yù)算的壓力，只修正4片CCD而不是8片）。但是，其他的儀器就缺乏任何可以安置的中間表面，因此必須要一個外加的修正裝置。

COSTAR

設(shè)計用來改正球面像差的儀器稱為“空間望遠(yuǎn)鏡光軸補(bǔ)償校正光學(xué)”（COSTAR），基本上包含兩個在光路上的鏡子，其中一個將球面像差校正過來，光線被聚焦給暗天體照相機(jī)、暗天體光譜儀和高達(dá)德高解析攝譜儀。 為了提供COSTAR在望遠(yuǎn)鏡內(nèi)所需要的位置，必須移除其中一件儀器，天文學(xué)家的選擇是犧牲高速光度計。

在哈勃任務(wù)的前三年期間，在光學(xué)系統(tǒng)被修正到合適之前，望遠(yuǎn)鏡依然執(zhí)行了大量的觀測。光譜的觀測未受到球面像差的影響，但是許多暗弱天體的觀測因為望遠(yuǎn)鏡的表現(xiàn)不佳而被取消或延后。盡管受到了挫折，樂觀的天文學(xué)家在這三年內(nèi)熟練的運(yùn)用影像處理技術(shù)，例如反折績（影像重疊）得到許多科學(xué)上的進(jìn)展。

維護(hù)任務(wù)和新儀器

維護(hù)任務(wù)1

  在哈勃第一次維修任務(wù)中工作的太空人。

  在第一次維修任務(wù)后哈勃的影像獲得大幅改善。

在設(shè)計上，哈勃空間望遠(yuǎn)鏡必須定期的進(jìn)行維護(hù)，但是在鏡子的問題明朗化之后，第一次的維護(hù)就變得非常重要，因為太空人必須全面性的進(jìn)行望遠(yuǎn)鏡光學(xué)系統(tǒng)安裝和校正的工作。被選擇執(zhí)行任務(wù)的七位太空人，接受近百種被專門設(shè)計的工具使用的密集訓(xùn)練。由奮進(jìn)號在1993年12月的STS-61航次中，于10天之中重新安裝了幾件儀器和其他的設(shè)備。

最重要的是以COSTAR修正光學(xué)組件取代了高速光度計，和廣域和行星照相機(jī)由第二代廣域和行星照相機(jī)與內(nèi)部的光學(xué)更新系統(tǒng)取代。另外，太陽能板和驅(qū)動的電子設(shè)備、四個用于望遠(yuǎn)鏡定位的陀螺儀、二個控制盤、二個磁力計和其他的電子組件也被更換。望遠(yuǎn)鏡上攜帶的計算機(jī)也被更新升級，由于高層稀薄的大氣仍有阻力，在三年內(nèi)逐漸衰減的軌道也被提高了。

1994年1月13日，美國國家航空航天局宣布任務(wù)獲得完全的成功，并顯示出許多新的圖片 。這次承擔(dān)的任務(wù)非常復(fù)雜，共進(jìn)行了五次航天飛機(jī)船艙外的活動，它的回響除了對美國國家航空航天局給予極高的評價外，也帶給天文學(xué)家一架可以充分勝任太空任務(wù)的望遠(yuǎn)鏡。

后續(xù)的維修任務(wù)沒有如此的戲劇化，但每一次都給哈勃空間望遠(yuǎn)鏡帶來了新的能力。

維護(hù)任務(wù)2

第二次維護(hù)任務(wù)由發(fā)現(xiàn)號在1997年2月的STS-82航次中執(zhí)行，以空間望遠(yuǎn)鏡影像攝譜儀（STIS）和近紅外線照相機(jī)和多目標(biāo)分光儀（NICMOS）替換掉戈達(dá)德高解析攝譜儀（GHRS）和暗天體攝譜儀（FOS）；以一臺新的固態(tài)記錄器替換工程與科學(xué)紀(jì)錄器，修護(hù)了絕熱毯和再提升哈勃的軌道。近紅外線照相機(jī)和多目標(biāo)分光儀包含由固態(tài)氮做成的吸熱器以減少來自儀器的熱噪聲。但在安裝之后，部分來自吸熱器的熱擴(kuò)散卻意料之外的進(jìn)入光學(xué)擋板，這額外增加的熱量導(dǎo)致儀器的壽命由原先期望的4.5年縮短為2年。

維護(hù)任務(wù)3A

在六臺陀螺儀中的三臺故障之后（第4臺在任務(wù)之前幾個星期故障，使望遠(yuǎn)鏡不能勝任執(zhí)行科學(xué)觀察），第三次維護(hù)任務(wù)仍然由發(fā)現(xiàn)號在1999年12月的STS-103航次中執(zhí)行。在這次維護(hù)中更換了全部的六臺陀螺儀，也更換了一個精細(xì)導(dǎo)星感測器和計算機(jī)，安裝一套組裝好的電壓/溫度改善工具（VIK）以防止電池的過熱，并且更換絕熱的毯子。新的計算器是能在低溫輻射下運(yùn)作的英特爾486，可以執(zhí)行一些過去必須在地面處理的與太空船有關(guān)的計算工作。

維護(hù)任務(wù)3B

  在地球美麗的光影前，哈勃在航天飛機(jī)的貨艙等待釋出。SM3B : STS-109

第四次維護(hù)任務(wù)由哥倫比亞號在2002年3月的STS-109航次中執(zhí)行，以先進(jìn)巡天照相機(jī)（ACS）替換了暗天體照相機(jī)（FOC），并且查看了冷卻劑已經(jīng)在1999年耗盡的近紅外線照相機(jī)和多目標(biāo)分光儀（NICMOS）。更換了新的冷卻系統(tǒng)之后，雖然還不能達(dá)到原先設(shè)計時預(yù)期的低溫，但已經(jīng)冷到足以繼續(xù)工作了。

在這次任務(wù)中再度更換了太陽能板。新的太陽能板是為銥衛(wèi)星發(fā)展出來的，大小只有原來的三分之二，除了可以有效的減少稀薄大氣層帶來的阻力，還能多供應(yīng)30%的動力。這多出來的動力使得哈勃空間望遠(yuǎn)鏡上所有的儀器可以同時運(yùn)作，并且因為較為柔軟，還消除了老舊的太陽能板因為進(jìn)出陽光照射區(qū)域會產(chǎn)生震動的問題。為了改正繼電器遲滯的問題，哈勃的配電系統(tǒng)也被更新了。這是哈勃空間望遠(yuǎn)鏡升空之后，首度能完全的應(yīng)用所獲得的電力。其中影響最大的兩架儀器，先進(jìn)巡天照相機(jī)和近紅外線照相機(jī)和多目標(biāo)分光儀，在2003至2004年間共同完成了哈勃超深空視場。

最近的維護(hù)任務(wù)（SM4）

哈勃SM4任務(wù)是NASA規(guī)劃的最后一次哈勃維修任務(wù)，原本安排在2008年8月。計劃中太空人將更換新的電池和陀螺儀，更換精細(xì)導(dǎo)星感測器（FGS）并修理空間望遠(yuǎn)鏡影像攝譜儀（STIS）。他們也會安裝二架新的儀器：宇宙起源頻譜儀和第三代廣域照相機(jī)，但是可能不會重置或替換先進(jìn)巡天照相機(jī)。然而美國國家航空航天局于2008年9月宣布哈勃空間望遠(yuǎn)鏡上的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)出現(xiàn)嚴(yán)重故障，無法正常存儲觀測數(shù)據(jù)并傳回地球，而且哈勃太空任務(wù)高度與國際太空站距離十分遠(yuǎn)，太空人在緊急情況下未能找到有效安全避難處，這使得維護(hù)哈勃望遠(yuǎn)鏡變?yōu)橐豁棙O度危險的任務(wù)。經(jīng)過美國國家航空航天局考慮后，因此原定的維修任務(wù)將推遲于2009年5月12日之后，由亞特蘭提斯號航天飛機(jī)進(jìn)行代號為STS-125航次任務(wù)。更會以另一艘航天飛機(jī)于發(fā)射臺待命以為安全之計。而這將會是哈勃空間望遠(yuǎn)鏡最后一次的維護(hù)任務(wù)，會將哈勃空間望遠(yuǎn)鏡的壽命延長至2013年后。屆時發(fā)射的詹姆斯·韋伯空間望遠(yuǎn)鏡能接續(xù)哈勃空間望遠(yuǎn)鏡的天文任務(wù)。但若任務(wù)失敗的話，哈勃空間望遠(yuǎn)鏡將于2010年墜入大氣層報銷。

美國東部時間2009年5月11日14點(diǎn)01分，美國亞特蘭提斯號航天飛機(jī)從佛羅里達(dá)州肯尼迪航天中心發(fā)射升空。在此次太空之旅中，機(jī)上的7名宇航員通過5次太空行走對哈勃太空望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行了最后一次維護(hù)，為其更換了大量設(shè)備和輔助儀器，進(jìn)行了脫胎換骨的維護(hù)更新。這些更新主要包括：以新的第三代廣域照相機(jī)（WFC3）取代WFPC2；安裝新的宇宙起源頻譜儀（COS）、取回該處的COSTAR光學(xué)矯正系統(tǒng)；修復(fù)損壞的先進(jìn)巡天照相機(jī)（ACS）；修復(fù)損壞的空間望遠(yuǎn)鏡影像攝譜儀（STIS）；替換損壞的2#精細(xì)導(dǎo)星感測器（FGS）；更換科學(xué)儀器指令和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)（SIC&DH）；更換全部的電池模組；更換所有的6個陀螺儀和3組定位傳感器（RSU）；更換對接環(huán)、安裝全新的絕熱毯（NBOL）、補(bǔ)充制冷劑等等。

美國東部時間2009年5月19日08:57，女宇航員梅甘·麥克亞特蘭提斯阿瑟用“阿特蘭蒂斯”號航天飛機(jī)上機(jī)械臂將哈勃放出貨艙。這次維護(hù)不但全方位提高了哈勃望遠(yuǎn)鏡的觀測性能，而且可望使其服役期最少延長至2014年。美國太空總署將對望遠(yuǎn)鏡展開測試，計劃9月公布哈勃維修后拍攝的首批照片。由于這次行動風(fēng)險極高，太空總署還布置“奮進(jìn)”號航天飛機(jī)待命，隨時準(zhǔn)備上天“營救”。因天氣原因，降落被延遲了3天并最終沒有直接降落在肯尼迪中心航天飛機(jī)專用機(jī)場，但最終于2009年5月24日星期天早晨，亞特蘭提斯號航天飛機(jī)安全降落在愛德華空軍基地。

WFC3的第一張照片已經(jīng)于2009年7月24日公布，拍攝的是木星最新的撞擊痕跡，最后的精細(xì)校準(zhǔn)繼續(xù)進(jìn)行，到2009年10月20日，除了NICMOS外，哈勃的主力科學(xué)儀器都已經(jīng)投入緊張的科研工作。

20歲生日

哈勃空間望遠(yuǎn)鏡在2010年4月24日度過20周年的生日。為完美的慶祝，NASA、ESA、和空間望遠(yuǎn)鏡機(jī)構(gòu)（STScI）釋出了船底座星云的影像 。

科學(xué)上的成就

重要的發(fā)現(xiàn)

  哈勃最著名的影像之一，在老鷹星云內(nèi)誕生恒星的創(chuàng)生柱。

哈勃幫助解決了一些長期困擾天文學(xué)家的問題，而且導(dǎo)出了新的整體理論來解釋這些結(jié)果。哈勃的眾多主要任務(wù)之一是要比以前更準(zhǔn)確的的測量出造父變星的距離，這可以讓我們更加準(zhǔn)確的定出哈勃常數(shù)的數(shù)值范圍，這樣才能對宇宙的擴(kuò)張速率和年齡有更正確的認(rèn)知。在哈勃升空之前，哈勃常數(shù)在統(tǒng)計上的誤差估計是50%，但在哈勃重新測量出室女座星系團(tuán)和其他遙遠(yuǎn)星系團(tuán)內(nèi)的造父變星距離后，提供的測量值準(zhǔn)確率可以在10%之內(nèi)。這與哈勃發(fā)射之后以其他更可靠的技術(shù)測量出來的結(jié)果是一致的。

哈勃也被用來改善宇宙年齡的估計，宇宙的未來也是被質(zhì)疑的問題之一。來自高紅移超新星搜尋小組和超新星宇宙論計劃的天文學(xué)家使用望遠(yuǎn)鏡觀察遙遠(yuǎn)距離外的超新星，發(fā)現(xiàn)宇宙的膨脹也許實際上是在加速中。這個加速已經(jīng)被哈勃和其他地基望遠(yuǎn)鏡的觀測證實，但加速的原因目前還很難以理解。經(jīng)由哈勃空間望遠(yuǎn)鏡的觀測資料，宇宙的年齡是137億年。

由哈勃提供的高解析光譜和影像很明確的證實了盛行的黑洞存在于星系核中的學(xué)說。在60年代初期，黑洞將在某些星系的核心被發(fā)現(xiàn)還只是一種假說，在80年代才鑒定出一些星系核心可能是黑洞候選者的工作，哈勃的工作卻使得星系的核心是黑洞成為一種普遍和共同的認(rèn)知。哈勃的計劃在未來將著重于星系核心黑洞質(zhì)量和星系本質(zhì)的緊密關(guān)聯(lián)上，哈勃對星系中黑洞的研究將在星系的發(fā)展和中心黑洞的關(guān)連上產(chǎn)生深刻與長遠(yuǎn)的影響。

休梅克-李維9號彗星在1994年撞擊木星對天文學(xué)家是一件很意外的事，幸運(yùn)的是這次撞擊發(fā)生在哈勃完成第一次維護(hù)修好光學(xué)系統(tǒng)之后的幾個月。因此，哈勃所獲得的影像是自從1979年航海家二號飛掠木星之后最為清晰的影像，并且很幸運(yùn)的對估計數(shù)個世紀(jì)才會發(fā)生一次的彗星碰撞木星的動力學(xué)事件，提供了關(guān)鍵性的學(xué)習(xí)機(jī)會。它也被用來研究太陽系外圍的天體，包括矮行星冥王星和鬩神星。

軍事用途

實際上，對于哈勃用于地面?zhèn)刹榈母鞣N傳言都是很可笑的，因為美國軍方真正使用的空間地面?zhèn)刹榧夹g(shù)領(lǐng)先哈勃的技術(shù)兩代以上。如KH-11“鎖眼”偵查衛(wèi)星，與哈勃同為洛克希德馬丁制造的，制造時間也一樣，其地面分辨率為15cm，遠(yuǎn)高于哈勃的26cm。其外形與哈勃相似，不了解這個領(lǐng)域的人有可能會把它誤認(rèn)為是哈勃。哈勃之所以曾經(jīng)對地面運(yùn)作，是因為需要校準(zhǔn)設(shè)備。

不過，有消息稱根據(jù)的俄國A60機(jī)載激光武器試驗機(jī)照片（Beriev A-60，蘇聯(lián)時期的遺存），機(jī)身徽標(biāo)圖案明確顯示出以激光攻擊哈勃空間望遠(yuǎn)鏡的情景。這可能反映了俄羅斯認(rèn)為哈勃望遠(yuǎn)鏡對他們產(chǎn)生了軍事威脅，或是明顯的警告意味。

相關(guān)影視作品

Hubble 3D：2010年IMAX3D影片。

地心引力：虛構(gòu)的“探險者”號航天飛機(jī)執(zhí)行HST維修任務(wù)時，被碎片擊中。

參考文獻(xiàn)

書籍

《最后的哈勃望遠(yuǎn)鏡──記錄永恒的宇宙遺產(chǎn)》野本陽代 著，張慧華 譯，臺灣世茂出版社2005年10月27日初版，ISBN 957-776-725-7

《從哈勃看宇宙》卡洛琳?皮特森、約翰?布蘭特/著，魏毓瑩、林詩怡、吳昌任譯，臺灣貓頭鷹出版社2000年9月初版，ISBN 957-469-118-7

《從哈勃看宇宙》卡洛琳?皮特森、約翰?布蘭特/著，魏毓瑩、林詩怡、吳昌任譯，海南出版社2004年1月初版，ISBN 7-5443-0710-7

《宇宙之美盡在哈勃》野本陽代 著，張慧華 譯，臺灣世茂出版社2001年5月29日初版，ISBN 957-529-979-5

《從哈勃空間望遠(yuǎn)鏡看宇宙》野本陽代，羅勃?威廉斯 著，張惠華 譯，臺灣世茂出版社1997年12月22日初版，ISBN 957-529-722-9

外部鏈接

官方網(wǎng)站

NASA的哈勃空間望遠(yuǎn)鏡計劃網(wǎng)站

空間望遠(yuǎn)鏡科學(xué)研究所 - 哈勃空間望遠(yuǎn)鏡展覽

已公開的哈勃空間望遠(yuǎn)鏡照片總匯

Space Telescope Science Institute

Spacetelescope, ESA"s public Hubble pages

Hubble Videos at ESA/Hubble

Hubblesite, NASA"s Hubble website for the public

"A Brief History of the Hubble Space Telescope"from the NASA History Office

The transition from Hubble to JWST（August 2003 report）

Press release about amateur observations

歷史

Hubble data archive

Hubble Heritage Project

Space Telescope European Coordinating Facility

STSDAS information

Brief history of Hubble

Amateur observations with Hubble, and a relatedpress report

Hubble data recording

savethehubble.org

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