戰國詩人屈原曾在長詩《天問》的開篇寫道：
“遂古之初，誰傳道之？
上下未形，何由考之？”
意思是：
“遠古開始之時，誰將此態流傳導引？
天地未成形之前，又從哪裏產生？”
短短兩句，道出了人類對宇宙奧秘的終極呼聲：
宇宙，究竟從何而來？
……
進入20世紀，雖然人類在天文學上有了無數的驚人發現，
但距離揭開《天問》裏要探尋的終極奧秘，依舊相去甚遠。
人類，實在需要一雙能看到宇宙更遠更深處的強大“眼睛”……
我們接下來要講述的，便是這雙凝結了人類智慧結晶的“深空之眼”。
過去30年的歲月，它無數次為人類挖掘宇宙的終極奧秘，一次又一次揭開創世之初的混沌真相……
自從1609年伽利略發明第一個望遠鏡用來觀測星空，並發現木星衞星以來。人類從未放棄過製造更強，更大的望遠鏡。
於是乎，1946年，美國天文學家Lyman Spitzer發表了一篇名為《在地球之外的天文觀測優勢》的論文，首次提出了“空間望遠鏡”的主張。
在他看來，在太空裏裝一個望遠鏡，獲得的觀測效果要遠好於在地面上安裝望遠鏡。
原因有二：
首先，無論地面望遠鏡的技術多麼先進，總會受到地球大氣動盪，星光閃爍等一系列地表因素的制約。如果把望遠鏡裝到太空，那麼觀測的角分辨率（即物體能被清楚分辨的最小分離角度）的極限將大大改善！
其次，太空中的望遠鏡還可以觀測到被地球大氣層吸收殆盡的紅外線和紫外線，可以全面解讀宇宙的“真容”。
基於以上原因，Spitzer提出了把一個望遠鏡發射到太空裏的計劃。
Lyman Spitzer
1977年，在籌建的12年後，整個太空望遠鏡的資金計劃終於得到國會的通過。
但又因為項目開支巨大差點被國會砍掉一半預算。之後又被強行要求把望遠鏡口徑減小（為了省錢……）。
一直拖到1978年，項目才正式確定下來。開始正式磨製2.4米的望遠鏡主鏡。
艾德温·哈勃
就這樣，從項目開始籌劃到最後升空，經歷了超過30年的漫長等待……
終於，1990年4月24日，載有“哈勃太空望遠鏡”的發現號航天飛機升空，在震撼天地的轟鳴中，滿載人類探索宇宙終極奧秘的“深空之眼”被成功送入距離地球550公里的近地軌道。
之後它將在那裏，正式邁出人類撥開大氣迷霧，從太空觀測宇宙的歷史性的腳步……
1990年5月，部署成功的哈勃望遠鏡，終於發回了在太空拍攝的第一張照片（右）。
同樣的天區，跟當時地面上的地面望遠鏡拍的（左）相比，照片的鋭度至少提高了50%。 科學家們大為欣喜，看來哈勃未來必將大有作為。
在測試瞭望遠鏡上更多的相機，拍了更多的各種照片之後，科學家發現，哈勃拍攝照片的清晰度，遠不及預期。
哈勃望遠鏡傳回來的照片，竟然糊成這樣……
早期傳回的Messier 100螺旋星系照片
望遠鏡主鏡，有問題！ 主鏡的邊緣部分，比原有的設計多磨去了2微米（大概頭髮絲的1/50）。
也正是這2微米的誤差，導致光線不能完美的聚焦。產生了這詭異的光暈和模糊。 雖然比地面望遠鏡有進步，但是哈勃觀測的能力，還是比預先設想低了近20倍！
科學家們幾乎要崩潰了，好不容易花了30年時間才申請好資金，造好，發射到太空裏去看宇宙的望遠鏡。
結果最重要的主鏡卻是個有缺陷的！
就是這2微米的誤差，讓哈勃成了老花眼，發回的照片總是模糊不清。
消息傳出，哈勃太空望遠鏡成了美國人瘋狂抨擊的對象，甚至有媒體挖苦哈勃望遠鏡是一個天價太空垃圾，其失敗堪比同樣耗費巨資卻首航沉沒的泰坦尼克號……
然而，科學家們沒有自怨自哀，他們開始埋頭積極尋找解決辦法。
病而彌堅
即便是在哈勃患“眼病”的這段時間，雖然它的分辨率達不到設計的水平，但是依舊比地面上的望遠鏡要強大。
在這期間，它依舊發揮了強大的效用，拍攝了很多珍貴的照片，做出了各種研究。
超新星1987A
1990年，8月29日，發射4個月後的哈勃望遠鏡，傳回了這張超新星1987A的細節照片。
16萬光年，這在宇宙的尺度來説，是一個很近的距離。
這是人類進入望遠鏡時代以來距離最近的一次超新星爆發事件，機會難得。
而哈勃的照片，揭示了無比的細節，一個2萬攝氏度的圓環，包圍在這顆超新星爆發的遺蹟上。
順便説一下，超新星1987A作為一個機會難得的事件，在隨後的幾十年年裏，科學家一直在持續的觀察。而隨後哈勃進行修正和不斷升級之後，也不斷拍攝下了超新星1987A更為清晰的照片。
為恆星的演化理論，提供了非常重要的依據。
第一次看木星
1991年5月17日，哈勃第一次把目光瞄向了我們太陽系裏最大的行星，木星。
拍下了這樣木星的一角。
補充一下，在隨後的日子裏，經過完整升級，火力全開的哈勃，拍下的木星，是這樣的....
1992年哈勃觀測了NGC 4261星系。科學家普遍認為這個星系的核心有一個巨大的黑洞。
但是這核心部分，在地面上望遠鏡的眼裏，是這樣的。
看不清最核心的部分的細節。黑洞也就只能停留在理論上。
拍下這樣被黑洞吸入物質的照片，哈勃，也為黑洞的研究，盡了一波力。
而在隨後的觀測裏，哈勃的照片更是顯示，在很多大星系的中心，都有類似的塵埃圓盤結構。這個結果更是表明，在大星系的中心，普遍存在的超大質量的黑洞。
再補充説下，1994年，哈勃也證實，在M87星系的核心，存在一個巨大無比的塵埃圓盤，意味着有一個超巨型的黑洞。
1993年6月，哈勃更是在“視力殘缺”的情況下，觀測出了大熊座的M81星系的準確距離。
星系中的造父變星會有規律的發生明暗變化，根據哈勃觀測到的準確敏感數值，科學家就可以確定出恆星的距離。
確定了這個星系在1100萬光年之外（過去估算在450萬～1800萬光年之間）。
在1993年這一波觀測的發現之後，宇宙的年齡被確定在100億～200億年之間。
而隨後更多的觀測裏，更是把宇宙年齡的範圍進一步縮小到130~140億年之間。
可見，在發射升空過後的3年裏，哈勃沒有閒着。一直為着各路科學研究做出貢獻。
同時，在這3年裏，科學家們也為徹底修正哈勃，做好了準備！
矯正！重裝上陣
哈勃望遠鏡從設計最初開始，就被設計成了未來可以繼續在太空進行修復和升級的構造。各種科學器材和組件，都設計成了可以更換的模塊化設計。 軌道也定在了一個可以被航天飛機所到達的近地軌道上。
同時，早在1979年科學家就在水下進行了未來宇航員在太空進行望遠鏡維護和修復的可行性試驗。 為隨後的幾次哈勃修復和更新工作，奠定了基礎。
1993年12月，哈勃太空望遠鏡實施史上第一次修復任務。
因為存在缺陷的是主鏡，而讓宇航員在太空完成更換2.4米主鏡的任務簡直不可能。因此，只能通過加上一系列的矯正鏡片完成。 相當於給哈勃，戴上“眼鏡”。
為了完成好這一次矯正修復，宇航員們整整在地面的水池裏，對着哈勃的地面複製品練習了11個月！
終於修復了哈勃的“視力缺陷”，從此，哈勃望遠鏡終於可以用強大的眼睛審視這個浩瀚宇宙了。
海山二
終於得以火力全開的哈勃，很快把目光瞄向了一顆剛剛爆炸過，極其不穩定的恆星，海山二。隨後亮度迅速暗去，到了20世紀，這顆星幾乎不能被肉眼看見。
這顆恆星之前發生過一次劇烈的爆炸，1843年光度劇烈上升，成了當時全夜空裏第二亮的星。
1994年1月，距離哈勃視力糾正才1個月。 哈勃傳回了這張海山二的照片。儼然一顆正在爆炸的爆竹。
有一股能量產生了一股爆炸，卻沒能徹底摧毀海山二。究竟是什麼讓海山二爆而不滅，科學家們也有了很多理論。
很多科學家也認為，海山二未來還將醖釀一次更大的徹底爆發。隨時都有可能爆發成超新星。
而哈勃的照片，也給科學家解釋了這顆神秘的海山二的各種細節。
補充一下，
2012年，幾次升級之後的哈勃又再次拍攝了海山二。
讓我們可以如此清晰的看到，當年這場宇宙爆炸....
可以看出，這麼多年幾次維護的升級，哈勃的能力也在不斷提高。
在哈勃剛被修復的1994年，天文界就迎來了當年的重頭事件 “蘇梅特列維9號”彗星撞擊木星事件！
哈勃不但發回了清晰的木星圖片，還見證了情形。
這是天文學家第一次通過望遠鏡見證兩個天體相撞，哈勃望遠鏡更是直接拍下了木星被彗星撞擊後，表面上留下“瘀傷”的清晰圖片！
1994年7月16日，“木彗”大碰撞後的木星“瘀傷”
當時，它觀測的目標，是M18鷹星雲。
在地面望遠鏡的眼裏，鷹星雲，是這樣的。
地面望遠鏡的極限大概就是這樣了。
而哈勃，直接觀測出了中間雲氣的細節！
這裏正在目睹的，就是新恆星的誕生。
這幅圖片也被形象地稱為“創世之柱”！這張照片，未來成了哈勃的代表作，無數次的出現在媒體，T恤甚至郵票上。
幾次升級之後的哈勃，又一次重新拍攝了“創世之柱”
這一次，得以揭示出更多更壯觀的雲氣和細節！
哈勃深景
發現“星系產房”之後，科學家們又開始念念不忘那個終極謎題——宇宙的起源了……
時間來到了1996年，當時哈勃太空望遠鏡的主管Robert Williams作出一個歷史性的決定，他決定把哈勃望遠鏡對準天空中星光最暗淡的，銀河以外的空間，去探索更深遠，更極致的宇宙之秘。
如果動用哈勃最極致的觀測能力，竭盡全力的去看夜空中最暗的那個地方，做最長曝光的觀測，那究竟能看到什麼？
Williams説：
“我不清楚哈勃到底能看見啥，但我想知道，它究竟能看多遠……”
Robert Williams
於是，哈勃望遠鏡1996年12月裏10天時間裏，對着北斗七星附近一個最暗的天區開始拍攝照片。
之前的拍攝下，這個天區是這樣的：
這10天，連續拍下了342張圖片，累積曝光數據。同時根據數據，處理掉隨機的噪音信號，留下有用的實際數據。
拼出了這樣一副震撼的圖片...
這張照片上的這些星系，比我們能有肉眼看到的最暗的星星，還要暗上40億倍！
放到之前那個裏對比一下。
這幅圖裏有大小1500多個不同階段的星系，有的剛剛誕生，有的正直壯年，有的則已經死亡——它們發出的光在宇宙中穿越了漫長的數百億年，才剛剛到達地球，被哈勃望遠鏡捕捉到……
這樣的大膽嘗試，令人類探究宇宙的準確年齡，又邁近了一步。
放大的細節：
有了這樣的開頭，開拓了哈勃望遠鏡研究的一個新的方向，
我們還想看更得更深！
哈勃深景，南星空
在哈勃深景之後，北天極附近那個最暗的區域是這樣了。那麼，宇宙其他地方，也是這樣麼？
於是後來，哈勃望遠鏡又對着南天極附近一個極暗的區域拍了一張類似的 哈勃深景，南星空。
看到的細節，同樣震撼...
哈勃超深景 與 哈勃極深景
在拍下北天和南天兩張哈勃深景之後。
科學家又對哈勃提出了更高的挑戰： 當我們進一步提高哈勃的觀測能力，還能繼續看到什麼？
於是，哈勃超深景的計劃，開始了。
2003到04年間，這一次，不但使用了哈勃。還動用了其他的各種望遠鏡。包括地面的各種大型天文台，和後來發射的斯皮策紅外太空望遠鏡和錢德拉X射線太空天文台的所有數據。
所有望遠鏡一起，對着一塊暗區竭力拍攝。這其中，哈勃對着這個區域觀測了4個月，一共積累了接近100萬秒的曝光時間。
最後把所有波段的數據整合成處理成一張照片。
這就有了下面的這張， 哈勃超深景。
再往後的2012年，科學家又根據之前所有的深景數據。整合成了這張哈勃極深景。
也就是説，在這麼一張照片裏，我們如時光隧道一般，看到了過去上百億年間宇宙發展的秘密。
為什麼這麼説？
讓我們在回到之前的哈勃超深景....
而中間部分還有兩個星系... 因為它們離我們更遙遠，它們發出的光，經過了91億年才抵達哈勃....
這是因為，在91億年前，那時候的宇宙，還處於比較初期的階段。所以星系還沒有發展處現在這樣完整的結構。
也就是説，91億年前，在宇宙的前期，星系可能都是這樣的。
而再往細節看，科學家從中找到了一個極小的紅點，周圍有一團模糊的物質。這個星系發出的光，過了124億年才抵達地區。
這相當於是宇宙誕生之後才10多億年時，星系的樣子。 不同於後來一切的橢圓或是螺旋的結構。當時一切都還沒有形成，宇宙中的星系，只是這樣一團混沌的物質。
所以説，當我們的觀測能力能看的越遠，我們就越能看到宇宙過去的樣子。
而通過觀測距離我們不同距離的宇宙，我們就越能掌握宇宙發展的秘密。 就能越知道整個宇宙的起源和邊界。從而更瞭解宇宙的一切。
這也是這一系列的哈勃深景，給我們帶來的意義....
屢次升級
説完了哈勃深景，我們再回到哈勃的觀測時間線上。
在拍完第一版哈勃深景後的1996年3月，哈勃拍攝了我們太陽系裏最遙遠的行星 -- 冥王星。
這是在冥王星被發現66年後，科學家第一次得以看到這顆太陽系內最遙遠行星的表面細節。
1997年，哈勃望遠鏡第二次維修升級，它被裝上了當時先進的近紅外攝像機和多目標分光儀，以及太空望遠鏡影像攝譜儀
因為紅外光譜可以穿越塵埃。所以，如果用近紅外的波段拍照，我們就可以穿過星雲的塵埃雲氣，看到星雲內部的結構。
左：哈勃常規可見光拍攝的星雲。
右：用新裝的近紅外攝像機拍下的雲氣背後星雲的細節。
哈勃觀測到了M84星系中心的超大黑洞，並用影像攝譜儀捕捉到了被黑洞引力牽引的氣體運動。
1998年，哈勃的觀測結果初步證實，我們的宇宙現在正在加速膨脹。
1999年，哈勃拍下M57環狀星雲最星系的細節圖。
這是一個古老的恆星爆炸之後留下的痕跡。
哈勃上第四個陀螺儀失靈。整個望遠鏡進入安全模式，無法繼續進行觀測。
哈勃上一共有6個陀螺儀，至少需要3個才能保證正常的觀測工作。
所幸1999年12月原本就要進行第三次常規維護和升級。
這一次更換了全部6台控制望遠鏡指向的陀螺儀。
2001年4月，哈勃第一次拍到行星行程過程的影像 。
在行星形成的理論裏，在新形成的年輕恆星之外，會圍繞着一羣濃密的氣體和塵埃，叫原行星盤。
原行星盤的藝術想象圖：
哈勃在獵户座星雲之內，就拍攝到了好幾個這樣周圍包圍着雲氣的年輕恆星。這正是這樣的原行星盤。
這一次，NASA用更先進的巡天照相機（ACS）替換了暗天體照相機（FOC），還更換了冷卻系統。
這個新裝的巡天相機，成了哈勃更清晰的眼睛。
這一次升級之後的哈勃拍下了許多經典的宇宙和天體的高清圖片，許多有代表性的圖片流傳至今。
我們看到的很多哈勃絢麗的星雲圖片，都來自這次升級的ACS相機。
最清晰的獵户座大星雲
2002年，麒麟座V838發生了一起情況不明的光度爆發。它可能是一顆目前已知的最大的恆星之一。
很快，哈勃對它進行了觀測，馬上就有了大發現！
在這顆恆星的周圍，第一次發現了回光的現象！
在2002年的5月到12月間，一個光環在這顆迅速增亮的恆星外迅速展開。
這實際上是這顆星的爆發產生的光，不斷往外擴散時，不斷照亮着周圍的塵埃，同時周圍的塵埃又不停把光線互相反射。於是成了這樣一個被照亮的起泡的樣子。
2005年8月31日。哈勃的6個陀螺儀又只剩下3個。 科學家不得不選擇關閉第三個陀螺儀。 讓哈勃以一種有限的2陀螺儀的模式運行。 以保存第三個陀螺儀的使用壽命。提高哈勃的運行壽命。
然而老邁的哈勃並未停下探索的腳步，它依然在繼續超負荷工作。
2005年10月，哈勃發現冥王星的兩顆衞星。
12月，發現海王星額外的光環和衞星。
即在著名的子彈星團中，觀測到了暗物質存在的直接證據。
它連續為人類發現地外“宜居星球”提供了新希望，它先是檢測到系外行星上的有機分子。
當年9月，它又在兩個陀螺儀損壞的情況下繼續戰鬥。
拍到了一顆距離地球很近的恆星，距離地球25光年以外的北落師門這顆星上，一顆環繞着的系外行星。
這是第一次在可見光的範圍內，科學家拍到一顆太陽系以外的行星！
北落師門距離地球只有25光年。是天空中最明亮的恆星之一。 因為跟地球隔的很近，所以在現有的觀測技術下，對它的觀測可以比較全面。
在這樣的行星盤中，極有可能有行星出現。
當時，科學家認為，這就是一顆原始的行星！也就是前面提到的，第一顆在可見光譜下記錄下來的太陽系外的行星！
科學家一度把它命名為北落師門A
後來科學家發現，在04年被發現之後，這顆行星已經在不停的消散。 最終在2014年徹底的散了....
當年發現的這“第一顆拍到的可見光範圍裏的系外行星” 只不過是一坨小行星聚集起來的碎塊罷了..
現在已經被打碎消失了..
好吧，無論如何，
短短十年間，人類從搞不清星系的距離，到發現地外行星的行蹤，測算宇宙的起源，這些飛躍式的進步，全都仰仗這個運行在太空裏的眼睛……
到了2009年，哈勃終於迎來了第五次維修，NASA再次派遣航天飛機升空，對哈勃進行迄今為止最近的一次，也是最後的一次維護升級
（因為美國航天飛機在2011年全部退役。現在科學家已經不再有維護哈勃的能力）
當照片傳回，
在這最新一代的高清照相設備的支持下，
哈勃的能力，又一次提高了！
NGC 7635 氣泡星雲
2011年，哈勃望遠鏡完成100萬次科學觀測，居功至偉。
它更是在同年，幫助其科學團隊榮獲諾貝爾獎。
科學家Adam Riess及其團隊，正是基於哈勃望遠鏡多年來提供的數據，發現了宇宙膨脹在加速的現象而獲獎。
從因為存在缺陷而被稱為“泰坦尼克號”般的太空垃圾，到改變人類歷史的諾獎成就，哈勃望遠鏡這一路走來，逆襲的成就震古爍今……
獲獎以後的，哈勃也沒有停下它探索的腳步。
2012年，科學家推測仙女星系將和銀河系發生碰撞。
根據哈勃觀測的數據，推測目前距離銀河系250萬光年的仙女星系，正在因為引力互相吸引而不斷接近銀河系。
並將在40億年左右，跟銀河系發生碰撞。
藝術家們根據科學家的結論，畫出了在未來40億年裏，仙女星系不斷接近銀河系，並最終和銀河系相撞時，地面上可能看到的景象。
2013年，哈勃在木衞二歐羅巴上發現水蒸氣。2014年，它又見證了木星大紅斑的萎縮。
人類所能觸及的宇宙的最遠邊界被打破。
哈勃再次發力，它發現了一個名為GN-z11的星系，捕捉到了它那來自134億年前，誕生之初的星光。而這個星系，推測是宇宙大爆炸約4億年後誕生的……
而哈勃，觀察到了引力波事件的對應天體源，這是由兩顆中子星合併造成，產生了一顆巨新星。
哈勃望遠鏡，甚至讓人類燃起了尋找“潘多拉星”的希望……
科學家發佈了它30週年的紀念照： NGC 2014 和 NGC 2020 -- 宇宙礁星雲。 
它們距離地球大約16萬光年。因為看上去很像海底世界。
所以取名宇宙礁星雲。
“天問”繼續
從1990年4月24日升空，哈勃太空望遠鏡就在一刻不停地為人類的“天問”帶來驚喜。
它幫助解決了一些長期困擾天文學家的難題。它精確測定宇宙膨脹速度，幫人類瞭解到了星系的演化，發現了黑洞存在的證據，更推算出了更精確的宇宙年齡（目前測算是約138億年），幫助人類瞭解了恆星的生命輪迴…
這一切的驚人成就，都是在短短30年裏取得的。與哈勃同時代的，同屬NASA的“大型軌道天文台計劃”的斯皮策太空望遠鏡也已經結束了任務，於今年1月30日退役。
而時至今日，哈勃一直在持續的觀測宇宙，給科學家們提供數據。
目前，哈勃已經在軌道上飛了30年。科學家們，也在不斷的遊走，希望能計劃更多的維護和延壽計劃。
科學家們目前也在對哈勃的電子儀器壽命進行各種推測。預計將可能運作到2025年甚至2030年。如果未來還能有維護計劃的話，甚至可以工作到2040年。
而哈勃的繼任者，詹姆斯韋伯紅外太空望遠鏡也已經制造完成，目前正在各種測試中。
它將以一個極複雜的方式摺疊起來發射，然後在太空中進行完整展開。
無論如何，
屬於哈勃的“天問”還在繼續，而我們中國的“天問”也正在啓航。
願未來的日子裏，哈勃能繼續帶給我們驚喜。
老哈，30歲生快！
來源：英國那些事兒
編輯 王曉宇
值班主編 王坤
