哈勃空間望遠(yuǎn)鏡不僅屬于迄今為止最偉大的科學(xué)設(shè)備，還為人類留下了一筆巨大的財(cái)富，為我們揭示了美麗的宇宙圖景。本書為您展示并解釋其中最攝人心魄的部分。
20 世紀(jì) 50 年代，我還是個(gè)少年，那時(shí)就深深迷上了阿瑟·C.克拉克（Arthur C. Clarke）
的科幻小說�？死瞬湃A橫溢，很有遠(yuǎn)見。我在本地的圖書館瀏覽時(shí)，偶然發(fā)現(xiàn)了他在 1951
年出版的紀(jì)實(shí)作品《太空探索》（The Exploration of Space）。半個(gè)世紀(jì)前，《紐約時(shí)報(bào)》稱這一經(jīng)典著作是“科學(xué)專長與詩意想象的完美結(jié)合，引領(lǐng)我們進(jìn)入太空時(shí)代”。
正是在克拉克的這本書里，我第一次對環(huán)地球軌道工作的空間望遠(yuǎn)鏡有了些許了解。 這種望遠(yuǎn)鏡可以不受地球大氣湍動(dòng)的干擾，靜靜地凝視宇宙。地面望遠(yuǎn)鏡會(huì)受地球大氣湍動(dòng)的影響，影像變得模糊，星星變得閃爍。早在幾十年前，富有遠(yuǎn)見的克拉克就指出了在軌空間望遠(yuǎn)鏡與未來或可實(shí)現(xiàn)的月球表面望遠(yuǎn)鏡相比所具有的優(yōu)點(diǎn)�！氨M管月球大氣十分稀薄，但還是會(huì)對精密的天文觀測造成干擾，”他寫道，“（此外）太空望遠(yuǎn)鏡還可以對整個(gè)天空進(jìn)行巡視。”
在軌望遠(yuǎn)鏡甚至還能探測近距恒星周圍的行星，克拉克對此很興奮，寫道：“地面設(shè)備根本無法企及。”我不能再等了。那時(shí)我在一家出版社貨運(yùn)部門做暑期工，趁著打工的間隙，我在大張的牛皮紙上畫下了無數(shù)鉛筆草圖。我想象著這些太空中的眼睛會(huì)看到什么樣的情景——木星衛(wèi)星表面的細(xì)節(jié)，球狀星團(tuán) M13 中心的樣子等——直到有一天被老板發(fā)現(xiàn)了，他警告我不要再浪費(fèi)包裝紙。
如今，克拉克預(yù)言的軌道望遠(yuǎn)鏡被稱作哈勃空間望遠(yuǎn)鏡，自1990年投入運(yùn)轉(zhuǎn)。這架望遠(yuǎn)鏡拍攝了精湛的全色圖像，不僅把我在粗糙的牛皮紙上所畫下的景象紛紛揭示了出來，還發(fā)現(xiàn)了幾百個(gè)出人意料的天體。我為本書挑選了 300 多幅“哈勃”所拍攝的最佳影像，這件工作真是讓人愉悅。其中的許多圖片從未在科學(xué)期刊以及學(xué)術(shù)出版物之外的地方露過面，還有一些則是在2012—2017年春季空間望遠(yuǎn)鏡研究所最新公布的圖像。所有圖片都附有文字說明，為這段壯美的閱讀之旅領(lǐng)航。
“哈勃”是一座非凡的望遠(yuǎn)鏡，這本《“哈勃”的宇宙》則是對它所取得的驚人成就的禮贊。來享受這一旅程吧！
——特倫斯·迪金森
第一章 “哈勃”的宇宙
哈勃空間望遠(yuǎn)鏡是美國國家航空航天局大型天文臺(tái)計(jì)劃的旗艦項(xiàng)目，是人類歷史上最雄心勃勃、最具傳奇性，同時(shí)也最叩人心弦的科學(xué)嘗試。“哈勃”回報(bào)給我們的是無價(jià)之寶——它向我們揭示了宇宙。
1990 年，“哈勃”發(fā)射入地球軌道之前，關(guān)于空間望遠(yuǎn)鏡可能會(huì)發(fā)現(xiàn)什么，眾說紛紜�！肮眻F(tuán)隊(duì)的科學(xué)家至少都贊同一點(diǎn)：如果空間望遠(yuǎn)鏡所看到的只是我們預(yù)期的景象，那只會(huì)讓人覺得很沒意思。
“哈勃”的首要任務(wù)是測量宇宙的膨脹速率、尋找遙遠(yuǎn)的星系、以及測定星系際空間里的化學(xué)成分。但是，所有人都希望，“哈勃”最重要的發(fā)現(xiàn)應(yīng)該是解答天文學(xué)家不知該如何提出的問題，幫助我們尋找甚至自己都無法相信的天體。
然而，沒有人能想到，“哈勃”所拍攝的深空照片會(huì)如此美麗，令人嘆為觀止。也沒有人想到，“哈勃”所獲取的影像具有深刻的內(nèi)在美，能吸引一整代人，讓它成為舉世公認(rèn)的“宇宙壯麗圖景”的代名詞，仿佛為我們創(chuàng)造出了一雙凝望宇宙的新眼睛。宇宙影像如水晶般清晰，將我們潛意識(shí)中的三維宇宙變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。圖像的細(xì)節(jié)如此清楚鮮活，讓觀看者置身于深不可測的輪廓里，沉醉在罕見鮮亮的奇妙幻境中。
“哈勃”的影像極其清晰，令人瞠目結(jié)舌，那是因?yàn)樗挥诘厍蛲膭?dòng)的大氣層之外，不受星光擾動(dòng)的影響（這也是星星在漆黑的夜空下看上去閃閃爍爍的原因）。要是人眼像“哈勃”一樣靈敏，就能在紐約看到東京上空飛舞的一對螢火蟲。“哈勃”的超級視力為我們展示了宇宙中人類前所未見的地方。
“哈勃”圖像所呈現(xiàn)的是遠(yuǎn)在晴夜繁星之外的另一個(gè)宇宙——一個(gè)充滿奇異天體、劇烈爆炸和毀滅性撞擊的世界，一個(gè)從未被發(fā)現(xiàn)過的國度：一個(gè)星系闖入另一個(gè)星系；恒星爆發(fā)出氣體、塵埃和光的烈焰；新生恒星射出配件形狀的氣體噴流，向宇宙宣告它們的誕生。
無邊無際的黑色天幕中上演著一系列超越想象的劇情。
一幅“哈勃”快照就足以描繪出宇宙的美妙、神秘和壯觀，從天體的劇烈活動(dòng)到預(yù)測天象的變化，各類圖像美不勝收。它們已經(jīng)成為“哈勃”的標(biāo)志，影響力深遠(yuǎn)，代表著永恒。從咖啡杯到時(shí)代廣場的廣告牌，再到科幻電影的場景，“哈勃”圖像無處不在。
“哈勃”拍攝的圖像沒有國家、政治、意識(shí)形態(tài)的界限，所以它的視野中沒有語言和文化的壁壘。這些圖像既宏大又謙遜，觸動(dòng)了老老少少，提醒世人，在這個(gè)充滿未知的浩瀚宇宙中，我們所生活的世界不過只是一葉扁舟。只要宇宙中發(fā)生了什么趣事，人們就都期待哈勃空間望遠(yuǎn)鏡能去一探究竟。
伽利略發(fā)明了第一架 30 倍望遠(yuǎn)鏡，將它指向天空，看清了銀河中的恒星、圍繞木星的衛(wèi)星，發(fā)現(xiàn)了地球繞日轉(zhuǎn)動(dòng)的鐵證。自此以后，“哈勃”成了天文學(xué)界的弄潮兒。它的研究領(lǐng)域涵蓋了幾乎所有深空天文學(xué)的前沿項(xiàng)目，其中包括搜尋遙遠(yuǎn)的超新星，從而探測暗能量；探索星系質(zhì)量與其中央黑洞質(zhì)量之間的顯著關(guān)聯(lián)；研究大爆炸后幾億年內(nèi)的星系形成；
發(fā)現(xiàn)行星大氣層中奇怪的暫現(xiàn)事件；探索那些圍繞其他恒星運(yùn)轉(zhuǎn)的行星上與生命相關(guān)的化學(xué)問題。
通往群星的崎嶇道路
哈勃空間望遠(yuǎn)鏡的大小和公共汽車相當(dāng)，重達(dá) 12 噸。自 1990 年發(fā)射以來，它已經(jīng)對超過 38,000 個(gè)天體進(jìn)行了 100 多萬次的觀測，積攢了 50 多萬幅圖像的數(shù)據(jù)資料。它所收集的天文數(shù)據(jù)相當(dāng)于大約 5 千萬本書，幾乎是美國國會(huì)圖書館館藏的 5 倍。
“哈勃”每年繞地球轉(zhuǎn) 5,000 多圈，總路程超過 50 億千米。要將空間望遠(yuǎn)鏡的效率和性能發(fā)揮到這種程度并非易事�！肮痹淮未紊硖帪�(zāi)難的邊緣，又一次次重新振作，變得比之前更加強(qiáng)大。
文字紙媒和電視紀(jì)錄片都曾將這一幕幕劇情搬到觀眾面前�！肮钡臒嵝闹С终呔拖裎鞑科锏尿T兵，紛紛用自己的智慧和影響，挽救了這架空間望遠(yuǎn)鏡。“哈勃”的開局并不順利。20 世紀(jì) 70 年代，由于美國國會(huì)預(yù)算削減，它的建造面臨不止一次的取消。天文學(xué)家們爭相去說服立法者，這架革命性的望遠(yuǎn)鏡絕對物有所值。此外，它還是未來航天飛機(jī)極具魅力的載荷。事實(shí)上，早期的計(jì)劃要求這架空間望遠(yuǎn)鏡能夠經(jīng)常性地從地球軌道返回地面以便升級和維修，然后再由航天飛機(jī)發(fā)射升空。
1983 年，美國國家航空航天局將這架望遠(yuǎn)鏡命名為“哈勃望遠(yuǎn)鏡”，以紀(jì)念 20 世紀(jì)初美國天文學(xué)家埃德溫·P. 哈勃（Edwin P. Hubble，1889—1953），是他在上世紀(jì) 20 年代發(fā)現(xiàn)，星系其實(shí)是由數(shù)十億顆恒星組成的遙遠(yuǎn)的巨大系統(tǒng)。之后，他又利用星系測量了宇宙的膨脹速率。很難相信，在那個(gè)時(shí)代，為了建造 2.5 米的胡克望遠(yuǎn)鏡，要用騾子沿著威爾遜山的小路把部件拉到山頂，而哈勃正是使用這架望遠(yuǎn)鏡得到了發(fā)現(xiàn)。他想象不到，僅僅三代人之后，就會(huì)有一架大小與之相當(dāng)?shù)耐h(yuǎn)鏡飛行在地面之上 550 千米的地方。
1986 年“挑戰(zhàn)者”號航天飛機(jī)失事后，把大型望遠(yuǎn)鏡送入太空的進(jìn)程陷于停滯�！肮北臼恰疤魬�(zhàn)者”號計(jì)劃運(yùn)送的下一個(gè)載荷，可是“挑戰(zhàn)者”號在 1986 年 1 月發(fā)射后爆炸解體了。于是，航天飛機(jī)復(fù)飛前，“哈勃”又在地面?zhèn)}庫里躺了好幾年。
1990 年 4 月，航天飛機(jī)燃燒著普羅米修斯之火，將“哈勃”送進(jìn)入環(huán)繞地球的軌道。然而，就在幾個(gè)星期后，工程師們開始疑惑“哈勃”傳回的圖像為什么不夠清晰。他們懷疑“哈勃”的 2.4 米主鏡沒打磨好，星光無法匯聚到一個(gè)尖銳的小點(diǎn)上，導(dǎo)致圖像模糊。
這真是莫大的諷刺！且不說空間天文臺(tái)耗資巨大，至少圖像清晰度應(yīng)該比地面望遠(yuǎn)鏡好上至少 10 倍。各種“今夜秀”、“晚間秀”的滑稽表演節(jié)目和政治漫畫都對此大肆嘲諷。憤怒的天文學(xué)家稱“哈勃”是科學(xué)史上最大的失敗。美國國會(huì)對此也大為不滿，美國國家航空航天局的未來岌岌可危。
不過，讓天文學(xué)家多少有點(diǎn)釋懷的是，就算“哈勃”的圖像有點(diǎn)模糊，那也比地面望遠(yuǎn)鏡看到的清楚。此外，計(jì)算機(jī)算法可以大幅降低圖像的模糊程度，使其邊緣銳化，只不過有些光線受到影響，不得不被棄用。這也算是為了彌補(bǔ)圖像清晰度付出的代價(jià)吧。不過，“哈勃”原本的設(shè)計(jì)初衷就是要觀測極為暗弱的天體，損失光線確實(shí)讓它的觀測能力大打折扣。
3 年后，宇航員為“哈勃”安裝了一個(gè)精巧的光學(xué)改正裝置，終于修復(fù)了這個(gè)問題，為后續(xù) 1997 年、1999 年、2002 年以及 2009 年的航天飛機(jī)維修和升級任務(wù)打開了大門。能為地球軌道上的空間望遠(yuǎn)鏡服務(wù)，這稱得上是航天飛機(jī)取得的最偉大成就。
每次執(zhí)行軌道任務(wù)時(shí)，宇航員都會(huì)帶著長長的待辦事項(xiàng)清單，更換一系列已經(jīng)失靈或者老舊的硬件，其中包括用于控制望遠(yuǎn)鏡指向、但又常出問題的陀螺儀。不過，最重要的是，“哈勃”的科學(xué)儀器——照相機(jī)和攝譜儀——可以常常升級。這些尖端技術(shù)表現(xiàn)優(yōu)異，讓“哈勃”在過去的 20 年里一直保持高產(chǎn)。截止到 21 世紀(jì)初，哈勃空間望遠(yuǎn)鏡的性能已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出最初設(shè)計(jì)者的想象。
然而，好事多磨。2004 年“哈勃”面臨著提前退休的境地。時(shí)任美國國家航空航天局局長的肖恩·奧基夫（Sean O'Keefe）取消了“哈勃”升級維修計(jì)劃內(nèi)的最后一次任務(wù)，因?yàn)椤案鐐惐葋啞碧柡教炱靼l(fā)生悲劇事故，在美國得克薩斯州上空解體，7 名宇航員罹難。
理性告訴奧基夫，相比于當(dāng)時(shí)航天器唯一絕對安全的任務(wù)——往返國際空間站，升級維修“哈勃”的任務(wù)太危險(xiǎn)了。
誰知，公眾強(qiáng)烈反對棄用“哈勃”，輿論勢不可擋。這架望遠(yuǎn)鏡不僅是一個(gè)人人愛戴的太空設(shè)備，它更是我們的宇宙使者，讓我們擁有探索宇宙最根本問題的能力。拋棄“哈勃”的想法令人震驚，就像當(dāng)初把原本是太陽系九大行星的冥王星降級成矮行星的消息一樣。
“哈勃”是“人民的望遠(yuǎn)鏡”。
2006 年，美國國家航空航天局新局長邁克爾·格里芬（Michael Griffin）上任，重啟了最后一次“哈勃”升級維修任務(wù)。2009 年，除卻眾多修理工作，還給“哈勃”安裝了一臺(tái)迄今為止最強(qiáng)大的空間照相機(jī)。從此，“哈勃”的性能躍入更高的境界。
宏偉的大教堂彰顯著上帝的榮光；大金字塔昭示著對死亡的恐懼；中國的長城是終極防御的要塞；巴拿馬運(yùn)河是全球運(yùn)輸史上恰逢其時(shí)的革命。哈勃空間望遠(yuǎn)鏡也在歷史教科書中留下了濃墨重彩的篇章，它代表了人類最純粹的好奇心，值得被永遠(yuǎn)銘記。
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