哈勃太空望远镜（哈勃太空望远镜的观测极限在哪里）

本文目录

• 哈勃太空望远镜的观测极限在哪里
• 世界第一个太空望远镜--哈勃望远镜
• 哈勃太空望远镜的工作原理
• 最早的空间望远镜-哈勃
• 美国哈勃望远镜
• 哈勃是如何成为最强大望远镜的追溯哈勃历史，原来也很曲折离奇
• 天文史上最重要的仪器——哈勃空间望远镜
• 哈勃望远镜能观测多远它的拍摄原理是什么
• 科普知识大全：哈勃空间望远镜
• 哈勃天文望远镜简介

哈勃太空望远镜的观测极限在哪里

1986年，美国宇航局（NASA）的挑战者号航天飞机在升空时发生了**，导致机上7名宇航员全部罹难，这次事故也让本该于同年升空的哈勃太空望远镜（HST）推迟发射了4年。到了1990年4月24日，哈勃太空望远镜搭乘发现号航天飞机发射升空，由此开启了前所未有的宇宙探索时代。

哈勃运行在一个近乎圆形的轨道上，它距离地表大约540公里，每95.4分钟绕行地球一周。在太空中，没有大气干扰，哈勃可以接收到宇宙中十分微弱的光，观测到极为遥远的宇宙。

不过，哈勃的观测之路并非一帆风顺。由于一块镜片偏离原位置1.3毫米，导致哈勃成了“近视眼”，它所捕捉到的图像显得模糊，还不如地基天文望远镜的观测效果。

在1993年，NASA派遣了一组宇航员前往太空，去维修哈勃太空望远镜。宇航员给哈勃安装了一副“眼镜”，让哈勃能够“看清”宇宙中的天体。

经过维修，哈勃开始展现出它那无与伦比的观测能力。很快，哈勃传回了一系列令人震撼的宇宙照片，它让我们看到了极为深邃的宇宙，回溯到极为久远之前的时间。因为光速是有限的，哈勃看得越远，也就能看到越早之前的时间。

那么，哈勃的观测极限在哪里？哈勃能观测到多远的宇宙？能看到多久之前的时间？

关于哈勃的观测能力，先来了解一下视直径的概念。如果要描述太阳看起来有多大，可以借助视直径这个参数。以太阳为例，太阳盘面直径与边缘相交的两个端点和观测者所形成的夹角大小即为视直径。

根据衍射极限公式，一个光学系统的极限分辨角（Δφ）与入射光的波长（λ）、通光直径（D）有关：

以人眼为例，人眼的极限分辨角约为60角秒，如果一个物体的视直径小于这个值，人眼将无法分辨出这个物体的细节，该物体看起来是没有细节的点。

对于哈勃，其主镜口径为2.4米，它的观测波段为近红外、可见光以及紫外，它的极限分辨角约为0.05角秒。哈勃能辨认出1亿光年外星系中的单颗恒星，也能看到100多亿光年外的星系。

不过，为了观测到早期宇宙中的星系，单靠强大的分辨能力还是不够的。这是因为遥远星系十分暗淡，它们发出的光抵达地球时，已经衰减到极其微弱的程度。为了观测到这些星系，只能延长曝光时间，尽量收集到足够多的光。

自2003年起，哈勃对准天炉座的一小片黑暗区域进行观测。这片区域的大小（视面积）仅为满月的1%，不到全天的3000万分之一。那里看起来一片黑暗，似乎空无一物。

然而，经过十来年的观测，累计接收了23天的光，哈勃拍摄到了下面这张著名的哈勃极深场（XDF）：

在这块看似黑暗的区域中，聚集着多达5500个星系，其中每个星系又包含数以亿计的恒星。这些星系极其暗淡，其亮度仅为人眼所见极限的100亿分之一。

哈勃极深场中的星系离地球十分遥远，它们位于132亿光年之外，这意味着它们发出的光用了132亿年才到达地球，我们看到的是132亿年前的星系。由于宇宙诞生至今的年龄估计为138亿年，所以这些星系存在于十分早期的宇宙中，那时距离宇宙大**才过去6亿年。

而耗时250天的哈勃遗产场（HLF）更是把我们带向了更为深邃的宇宙：

这其中聚集着超过26万个星系，最远的星系距离地球达到了133亿光年，这意味着我们看到了133亿年前的星系。从星系的尺寸和距离来看，这已经是哈勃的观测极限。

在宇宙中传播的光子除了会因为距离遥远而出现能量衰减之外，还会因为空间的不断膨胀而出现宇宙学红移。早期宇宙中星系发出的光到达地球时，将会有很大的红移值，它们的波长被拉得很长。一旦光的波长足够长，哈勃就无法分辨出来。

不过，宇宙中存在一种天然的放大镜效应——引力透镜效应，这可以让哈勃看得更远，超越观测极限。根据爱因斯坦的广义相对论，星系、星系团这种聚集着大量质量的区域会强烈扭曲周围空间，经过附近的背景星光会被迫沿着弯曲空间行进，这就如同穿过透镜一样。

借由引力透镜效应，可以放大和增亮背景光源，使得哈勃能够观测到远在134亿光年外的星系——GN-z11，这是人类迄今为止发现的最古老星系。

由于宇宙空间在过去134亿年来持续膨胀，如果GN-z11星系还存在的话，它现在已经退行到距离地球320亿光年的地方。根据哈勃常数，可以算出GN-z11目前正以2.29倍光速的速度远离我们而去，这意味着它现在发出的光永远也到不了地球。

哈勃的设计寿命只有15年，但30年过去了，哈勃还在太空中运行。经过第一次重大维修之后，后来还有四批宇航员前往太空对哈勃进行升级，这使得哈勃有能力继续探索未知的宇宙。但不管怎样，这架在轨运行30年的太空望远镜已经严重超期服役，它也快到与我们告别的时候了。

早在1996年，NASA就开始了下一代太空望远镜的研发，詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）应运而生。作为哈勃的继任者，这架新的太空望远镜的口径达到6.5米，它可以观测到波长更长的光，从而看到哈勃所无法企及的遥远宇宙。理论上，韦伯可以观测到136亿年前的星系，这意味着我们将有望看到宇宙中形成的第一批星系。

按照计划，已经屡次推迟发射的詹姆斯·韦伯太空望远镜将于2021年3月30日发射升空。不同于哈勃的近地轨道，韦伯将运行在太阳-地球系统的第二拉格朗日点（L2）上，距离地球150万公里，相当于地月距离的4倍。在那里，韦伯可以躲在地球身后，始终背向太阳，从而能够更好地观测宇宙。

由于韦伯远离地球，未来不可能派遣宇航员前往太空进行维修，所以必须要确保发射万无一失。否则，这架耗资高达96.6亿美元（折合人民币683亿元）的太空望远镜将会造成巨大的损失，给人类未来的宇宙探索蒙上一层阴影。

哈勃已经超额完成了使命，这架载入史册的功勋太空望远镜终将会与人类告别。未来，韦伯会把我们带向更远的宇宙，但我们也不会忘记哈勃曾经的荣光。

世界第一个太空望远镜--哈勃望远镜

爱德温哈勃(别名星系天文学之父) 现代宇宙理论著名人物之一，河外天文学的奠基人，建立哈勃定律。 如果不认他的人，可能会认为是一个比较高级，厉害的天文望远镜，但他却是在外太空。 喜欢天文的小伙伴都知道，如果在城市里进行天文观测，观测效果肯定不好，这是因为会受到环境污染，地球大气等方面的因素。 哈勃望远镜在太空中，没有了地球环境污染等因素，在观测距离，可见光范围上都有绝对的优势。 当哈勃在进行第一次拍摄时，科学家发现哈勃望远镜传来的星系照片有问题，便进行了进一步的检查，这才发现是哈勃望远镜的镜片出现了问题，尽管镜片是当时世界上最好的。 3年后，宇航员为哈勃望远镜亲自换上了新的镜片，并对其进行改造，让哈勃望远镜从新进行拍摄。 哈勃望远镜已经工作30多年，拍摄了大量的星系照片，为科学家的天文研究做出了巨大的贡献，但因为物理因素哈勃无法观测到更远的星系。

哈勃太空望远镜的工作原理

你有没有盯着夜空，想知道近距离看宇宙是什么样子的？我们大多数人被迫只用眼睛凝视星空，在广阔的黑夜中寻找针刺般的光线。即使你足够幸运地能够接触到地面望远镜，其清晰度取决于云层和天气等大气因素，但它仍然无法提供这些令人惊叹的天体应有的清晰度。

1946年，一位名叫小莱曼·斯皮策（Lyman Spitzer Jr.）的天体物理学家提出，太空中的望远镜将比任何地面望远镜更清晰地显示遥远物体的图像。这听起来很合乎逻辑，对吧？但这是一个令人愤慨的想法，因为当时还没有人向外太空发射火箭。

随着美国太空计划在1960年代和1970年代的成熟，斯皮策游说美国宇航局和国会开发太空望远镜。1975年，欧洲航天局（ESA）和美国宇航局开始为其起草初步计划，1977年，国会批准了必要的资金。美国宇航局将洛克希德导弹公司（现为洛克希德·马丁公司）命名为承包商，建造望远镜及其支持系统，并对其进行组装和测试。

这架著名的望远镜以美国天文学家 埃德温·哈勃（Edwin Hubble ）的名字命名，他对遥远星系中变星的观测证实了宇宙正在膨胀，并支持了大**理论。

由于1986年的挑战者号灾难，哈勃太空望远镜在长时间的延迟之后，于1990年4月24日搭载在发现号航天飞机上进入轨道。自发射以来，哈勃望远镜重塑了我们对太空的看法，科学家们根据望远镜对重要事物的清晰发现撰写了数千篇论文，比如宇宙的年龄、巨大的黑洞或恒星在死亡的痛苦中的样子。

在本文中，我们将讨论哈勃望远镜如何记录外太空以及允许它这样做的仪器。我们还将讨论古老的望远镜/航天器在此过程中遇到的一些问题。

COSTAR拯救了这一天

在1990年部署后，天文学家几乎立即发现了他们心爱的15亿美元，43.5英尺（13.3米）望远镜的问题。他们在天空中的新拖拉机拖车大小的眼睛无**确聚焦。他们意识到望远镜的主镜被磨到了错误的尺寸。虽然镜子中的** - 大约相当于人类头发厚度的五十分之一 - 对我们大多数人来说似乎非常微小，但它导致哈勃太空望远镜遭受球面像差并产生模糊的图像。当然，天文学家并没有花数年时间在望远镜上工作，只是为了满足于外太空的不起眼的快照。

科学家们提出了一种名为 COSTAR （ 校正光学太空望远镜轴向更换 ）的替代"隐形"镜片来修复HST中的**。COSTAR由几个小镜子组成，这些镜子将拦截来自有**的镜子的光束，修复**并将校正后的光束传递给镜子焦点处的科学仪器。

NASAASTRONAUTS和工作人员花了11个月的时间为有史以来最具挑战性的太空任务之一做准备。最后，在1993年12月，奋进号航天飞机上的七名男子发射火箭进入太空，执行HST的首次维修任务。

机组人员花了一周时间进行所有必要的维修，当望远镜在维修任务后进行测试时，图像得到了极大的改善。如今，放置在HST中的所有仪器都内置了针对反射镜**的校正光学元件，不再需要COSTAR。

不过，哈勃望远镜比COSTAR还有更多，我们接下来将讨论其中的一些关键部分。

HST 剖析

像任何望远镜一样，HST有一个长管，一端打开，让光线进入。它有镜子来聚集并将光线带到其"眼睛"所在的焦点。HST有几种类型的"眼睛"，以各种仪器的形式出现。就像昆虫能看到紫外线，或者我们人类能看到可见光一样，哈勃望远镜也必须能够看到从天而降的各种类型的光。

具体来说，哈勃望远镜是一个 卡塞格林反射望远镜 。这只是意味着光线通过开口进入设备，并从主镜反射到次镜。次镜反过来将光线通过主镜中心的孔反射到主镜后面 的焦点 。如果你画出入射光的路径，它会像字母"W"，除了有三个向下的驼峰而不是两个。

在焦点处，较小的半反射半透明镜子将入射光分配到各种科学仪器。（我们将在下一节中详细讨论这些工具。正如你可能已经猜到的那样，这些不仅仅是普通的镜子，你可能会凝视着它们来欣赏你的倒影。

HST的镜子由玻璃制成，并涂有纯铝（百万分之三英寸厚）和氟化镁（百万分之一英寸厚）层，以使其反射可见光，红外线和紫外线。主镜直径为 7.9 英尺（2.4 米），次镜直径为 1.0 英尺（0.3 米）。

接下来，我们将讨论哈勃在射入望远镜後如何处理所有光。

哈勃的科学仪器：WFPC2、NICMOS和STIS

通过观察天体的不同波长或光谱，您可以辨别其许多属性。为此，HST配备了几种科学仪器。每种仪器都使用 电荷耦合器件 （ CCD ）而不是照相胶片来捕获光线。CCD检测到的光被转换为数字信号，这些信号存储在机载计算机中并中继到地球。然后将数字数据转换为令人惊叹的照片。让我们看一下每种仪器如何为这些图像做出贡献。

宽视场和行星相机2 （ WFPC2 ）是哈勃的主要"眼睛"或相机。它借助四个排列成"L"形的CCD芯片来捕捉光线 - 三个低分辨率，宽视场CCD芯片，以及一个高分辨率行星相机CCD芯片。所有四个芯片同时暴露在目标上，目标图像以所需的CCD芯片为中心。这只眼睛可以看到可见光和紫外线，并且可以通过各种滤光片拍摄图像，以制作自然的彩色图片，例如这个众所周知的鹰星云图像。

通常，星际气体和尘埃会阻挡我们对来自各种天体的可见光的视野。没问题：哈勃望远镜可以看到隐藏在尘埃和气体中的物体的红外光或热量。为了看到这种红外光，HST有三个灵敏的相机，组成了 近红外相机和多物体光谱仪 （ NICMOS ）。

除了照亮天体之外，从该物体发出的光还可以揭示它的组成。特定的颜色告诉我们存在哪些元素，每种颜色的强度告诉我们该元素存在多少。 太空望远镜成像光谱仪 （ STIS ）将入射光的颜色分开，就像棱镜形成彩虹一样。

除了描述化学成分外，光谱还可以传达天体的温度，密度和运动。如果物体正在移动，化学指纹可能会向光谱的蓝色端（向我们移动）或红色端（远离我们）移动。不幸的是，STIS在2004年失去了电力，从那以后一直处于非活动状态。

继续阅读，找出哈勃望远镜的伸缩套筒上还有哪些其他科学仪器。

哈勃的科学仪器：ACS和FGS

在2002年2月的一次维修任务中，宇航员增加了 高级测量相机 （ ACS ），使哈勃望远镜的视野增加了一倍，并取代了作为HST长焦镜头的微弱物体相机。

ACS可以看到可见光，它的安装是为了帮助绘制暗物质的分布，探测宇宙中最遥远的物体，寻找大质量行星并检查星系团的演化。科学家估计它将持续五年，就在2007年1月，由于电力短缺，它的三台相机中的两台瘫痪了。

哈勃太空望远镜的示意图。将鼠标悬停在"望远镜功能"上以检查每个功能。注： 2002 年，"微弱物体相机"被"高级测量相机"取代。

HST上的最终仪器是其 精细制导传感器 （ FGS ），它指向望远镜并精确测量恒星的位置和直径，以及双星的分离。哈勃望远镜总共有三个这样的传感器。两个指向望远镜并将其固定在目标上，在目标附近的HST场中寻找"引导"恒星。当每个FGS找到一颗导星时，它会锁定它并将信息反馈给HST转向系统，以使该导星保持在其领域内。当两个传感器在操纵望远镜时，一个传感器可以自由地进行 天体测量（恒星 位置）。天体测量对于探测行星很重要，因为轨道行星会导致母星在天空中移动时摆动。

这些仪器的多次维修以及一些补充，计划在2009年初的下一次维修任务中进行。

现在你知道哈勃是如何拍摄所有这些照片的了。接下来，我们将了解哈勃作为宇宙飞船的其他生命。

哈勃的航天器系统：发电和与地面控制对话

哈勃不仅仅是一个拥有高度专业化科学仪器的望远镜。它也是一艘宇宙飞船。因此，它必须具有力量，与地面沟通并能够改变其态度（方向）。

HST上的所有仪器和计算机都需要电力。两块大型太阳能电池板履行了这一职责。每个翼状面板可以将太阳的能量转化为2，800瓦的电力。当HST处于地球的阴影中时，存储在机载电池中的能量可以维持望远镜7.5小时。

除了发电之外，HST还必须能够与地面上的***通信，以中继数据并接收下一个目标的命令。为了进行通信，HST使用一系列称为 跟踪和数据中继卫星（TDRS）系统的中继卫星 。目前，在天空的不同位置有五颗TDRS卫星。

哈勃望远镜的通信过程也得到了两台主计算机的帮助，这两台计算机安装在科学仪器舱上方的望远镜管周围。一台计算机与地面通信以传输数据并接收命令。另一台计算机负责控制HST和各种内务管理功能。哈勃望远镜在紧急情况下也有备用计算机。

但是，检索数据时使用了什么呢？收集这些信息后会发生什么？位于望远镜上的四个天线在哈勃和马里兰州格林贝尔特戈达德太空飞行中心的飞行操作团队之间发送和接收信息。收到信息后，戈达德将其发送到马里兰州的太空望远镜科学研究所（STScI），在那里它被翻译成波长或亮度等科学单位。

接下来了解哈勃望远镜如何导航。

哈勃的航天器系统：引导和聚焦天空之眼

哈勃望远镜每97分钟绕地球旋转一次，因此很难将注意力集中在目标上。三种机载系统允许望远镜固定在物体上：陀螺仪，我们在上一节中讨论的精细制导传感器和反作用轮。

陀螺仪跟踪哈勃望远镜的粗略运动。像指南针一样，它们感知到它的运动，告诉飞行计算机哈勃已经远离目标。然后，飞行计算机计算哈勃必须移动多少和向哪个方向移动才能保持在目标上。然后，飞行计算机指示反作用轮移动望远镜。

哈勃的精细制导传感器通过瞄准引导恒星来帮助望远镜固定在目标上。三个传感器中的两个在各自的视野内围绕目标找到引导星。一旦找到，它们就会锁定引导星，并将信息发送到飞行计算机，以使引导星保持在视野范围内。传感器比陀螺仪更灵敏，但陀螺仪和传感器的组合可以使HST固定在目标上数小时，尽管望远镜的轨道运动。

HST不能像大多数卫星那样使用火箭发动机或气体推进器进行转向，因为废气会盘旋在望远镜附近，并使周围的视野变得模糊。相反，HST 的反作用轮 朝向三个运动方向（x / y / z或俯仰/滚动/偏航）。反作用轮是飞轮，就像离合器中的飞轮一样。当HST需要移动时，飞行计算机会告诉一个或多个飞轮旋转哪个方向以及旋转速度，从而提供动作力。根据牛顿第三运动定律（对于每个动作，都有一个相等且相反的反应），HST沿飞轮的相反方向旋转，直到到达目标。

哈勃望远镜的局限性

尽管HST负责无数令人难以置信的图像和发现，但它确实有一些局限性。

其中一个限制是HST无法观测太阳，因为强烈的光和热会炸毁其敏感的仪器。因此，HST始终指向远离太阳的地方。这也意味着哈勃望远镜也无法观测到水星、金星和某些靠近太阳的恒星。

除了物体的亮度，哈勃的轨道也限制了可以看到的东西。有时，天文学家希望哈勃望远镜观测到的目标在哈勃轨道运行时会受到地球本身的阻碍。这可以限制观察给定对象所花费的时间。

最后，HST穿过 范艾伦辐射带 的一部分，来自太阳风的带电粒子被地球磁场捕获。这些遭遇会导致高背景辐射，从而干扰仪器的探测器。在这些时期，望远镜不可能进行观测。

接下来，了解天空中巨大天文台的未来。

哈勃望远镜计划：最终维修任务和更换

目前，哈勃望远镜的未来有点不确定。最后一次维修任务定于2008年10月10日进行。然而，由于飓风艾克席卷德克萨斯州，休斯顿的任务控制中心被迫撤离，美国宇航局失去了一周的准备时间。

然后，亚特兰蒂斯号航天飞机将于2008年10月14日**，载着七名宇航员完成任务 - 这段旅程需要11天，并将望远镜的寿命延长到至少2013年。

然而，在2008年9月29日，由于严重故障，美国宇航局将最终任务推迟到2009年初的某个时候。哈勃的指挥和数据处理仪器发生了故障，它只是停止捕获和发送产生我们熟悉和喜爱的深空图像所需的数据。

当亚特兰蒂斯号最终发射时，NASA可能会发送故障部件的替换部件。然而，在此之前，NASA必须测试更换部件并培训宇航员如何安装它。与此同时，该机构还试图激活命令和数据处理系统的备用通道，以便望远镜可以恢复传输数据。

哈勃之后的生活计划是什么？

哈勃的继任者詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）以前美国宇航局局长詹姆斯·韦伯的名字命名，将研究宇宙 历史 的每个阶段。从距离地球约100万英里（160万公里）的轨道上，望远镜将揭示有关恒星诞生，其他太阳系和星系以及我们自己的太阳系演化的信息。

为了实现这些引人入胜的发现，JWST将主要依靠四种科学仪器：近红外（IR）相机，近红外多目标光谱仪，中红外仪器和可调谐滤光片成像仪。

JWST以前被称为"下一代太空望远镜"，计划于2013年发射，一直是美国宇航局，欧洲航天局和加拿大航天局之间的国际合作。

但在我们转向JWST并忘记哈勃望远镜之前，也许辛勤工作的望远镜值得一试。由于哈勃望远镜无与伦比的发现，每个人都可以欣赏到地球大气层之外的迷人图像。

最早的空间望远镜-哈勃

天文学家一般会选择在晴朗的夜晚观测星空，因为这时没有云雾的遮挡，会更容易看到璀璨的星辰，但即便是这样，大气层中的大气湍流与散射以及会吸收紫外线的臭氧层，都会限制地面上的望远镜作进一 步的观测。于是，天文学家开始研制空间望远镜。 哈勃空间望远镜是为了摆脱大气层对地面观测的限制，天文学家们一直都在研制能够获得更加清晰的观测图像的望远镜。空间望远镜就是在这样的需求下研制出来的。事实上，早在20世纪40年代，空间望远镜的概念就已经出现了。经过约50年的研制 第一架空间望远镜终于被成功研制出来，并发射升空。 这台空间望远镜的名字叫“哈勃”,以美国著名的天文学家埃德温·哈勃命名，是世界上第一台脱离地面、飘浮在太空中的望远镜。哈勃空间望远镜造价高昂，由于其位置在地球的大气层之上，不会受到大气湍流的干扰，它所获得的图像和光谱具有极高的稳定性和可重复性，其功能远远超过地面上的天文望远镜。

美国哈勃望远镜

美国哈勃望远镜为探索宇宙做出贡献

哈勃望远镜是从1990年开始在地外工作的，当时它是由发现者号发射的。截止到2023年，工作了三十多年的哈勃望远镜持续向地球传送着来自宇宙的各类信息数据，让我们能够观赏地外风景，可谓人类的眼睛！ 

起初，哈勃望远镜项目曾遭遇不少挫折，甚至因此而被搁置。1986年时美国航空业发生了一次严重的**，这就是震惊全球的“挑战者”后飞船**事件。受此影响，美国宇航局才不得不推迟了哈勃望远镜的发射。

1990年4月24日，美国宇航局在充分评估后终于决定发射哈勃望远镜。然而任务完成后不久，哈勃望远镜却又出现了照片质量方面的问题。比如由于未调整好聚焦位置，它传回来的图片质量不如预期那么好。再比如由于设计未达标，其点圆影像发生扩散现象。 

针对上述问题，科学家展开了深入细致的分析，终于找到了根源所在：

之所以会出现球面相差现象，原来是因为磨错主镜形状的缘故，虽然仅有2.2微米的偏差，但结果却是十分严重的。直到1993年，美国宇航局才通过修复解决了问题。此后，美国宇航局又分3次对哈勃望远镜进行一系列维修，避免更多技术问题的出现。

2009年5月11日，亚特兰蒂斯号航天飞机从佛罗里达州肯尼迪航空中心顺利升空，旨在对哈勃望远镜展开第5次修复工作。当时，美方派出了7名宇航员执行任务，为了选择更换零件的设备，他们需要持续与地面进行联系。

为了完成任务，宇航员冒着被太空垃圾袭击的巨大风险，先后展开了1000多项任务，可谓十分艰辛！经过连续多日奋战后，美国宇航员最终彻底完成了对哈勃望远镜的这次修复任务。当时女宇航员麦克阿瑟动用机械臂放开哈勃望远镜的场面成为一则经典，让外界不少人都感叹不已！

虽然先后完成5次修复，不过哈勃望远镜由于服役期限长而仍然容易暴露问题。比如2018年10月，哈勃望远镜的陀螺仪发生技术故障现象，而与此同时又无法启动备份，因此导致其开启了安全模式。

值得注意的是，哈勃望远镜曾在第五次修复时更换6个陀螺仪。虽然它在执行精准测量任务时仅仅需要3个陀螺仪就行，但它们却因为超过使用年限而失灵了，因此，哈勃望远镜这才进入安全模式的。

为了解决这一问题，美方多次进行转动等操作，最终完成修复。对于我们来说，哈勃望远镜较好地完成了任务，其具有不可磨灭的贡献！

哈勃是如何成为最强大望远镜的追溯哈勃历史，原来也很曲折离奇

1990年4月24日，著名的哈勃太空望远镜（Hubble Space Telescope，缩写：HST）发射升空。

如今，哈勃望远镜已经成为了世界上最著名的望远镜，它所公布的每一张宇宙照片都备受瞩目。可是，回顾起哈勃望远镜的发射历程，我们能想到的只有那几个词语——跌宕起伏、曲折离奇。

关于太空望远镜的构想，远比你想象的要早。

早在1923年的时候，德国太空先驱三人组之一的 赫尔曼·奥伯斯 出版专著《Die Rakete zu den Planetenräumen（火箭进入行星空间）》，首次提到了关于利用火箭将望远镜送上太空的想法。

1946年，美国天文学家 小莱曼·斯皮策 发表了论文《Astronomical advantages of an extraterrestrial observatory（地外天文台的天文优势）》，正式提出了空间望远镜的概念和优势。

斯皮策一生之中始终致力于空间望远镜的研制上，对于哈勃望远镜以及其他空间望远镜的发射都作出了杰出的贡献。因此，NASA也将2003年发射升空的太空望远镜以他的名字来命名，这就是今年刚刚退役的 斯皮策太空望远镜 。

1962年，美国国家科学院也提交了一份报告，认为空间望远镜应该作为一项重要的天文视野来发展。于是，在1965年的时候，NASA成立了一个致力于建造空间望远镜的委员会，这个委员会的委员长即是斯皮策。

1974年，在空间望远镜还没有问世的时候，“寒酸”的科学家们只能利用飞机将观测设备承载到空中进行有限的观测。比如 柯伊伯机载天文台 ，就是利用改装过的C-14飞机搭载到12500米高空，在相对稀薄的大气环境下提高人类的观测能力。

为何天文学家纷纷将目光放在了太空？难道地球这个“小庙”容不下望远镜这一尊“大佛”吗？

容不下。

地球的大气层对于生命的存在至关重要，如果没有它，现在的地球将是一片死寂。但是，它阻拦了外太空辐射的同时，也阻拦了人类的视野。虽说我们的肉眼看不见空气，但这不意味着它真的是“看不见”，大气湍流在天文观测时给天文学家带来了巨大的障碍。

不仅如此，地球大气层可以遮挡或者削弱很多波段的电磁波。比如我们熟知的臭氧层，可以吸收大部分 紫外线 ，保护我们不会被太阳辐射所伤害，但是也阻止了科学家利用紫外线波段对宇宙进行观测。如果能让天文望远镜摆脱地球大气层，那就可以不受大气层的干扰，极大地扩展人类的视野。

不论是理论上还是其他一些初步的实践成果都告诉我们：空间望远镜的确具有非常巨大的观测优势。1968年，NASA正式决定：建造一台口径达到3米的空间望远镜，名称暂定为大型轨道望远镜或大型空间望远镜（LST），预计发射时间为1979年。这台望远镜，就是后来的哈勃太空望远镜。

可是，这个计划从一开始就面临着一个重大的问题：钱。

正应了那句话：钱不是万能的，没有钱却是万万不能的。

对于这台望远镜的高昂预算，美国国会提出了质疑，并且要求必须想办法降低预算。当科学家们绞尽脑汁地思考如何削减预算时，却接到通知说不用考虑这个问题了——不是国会有钱了，而是国会明确表示：这个项目撤销。

天文学家们如同遭到了晴天霹雳，他们到处游说，很多人亲自拜访众议员和参议员。1977年，在他们的不断努力下，参议员才决定恢复一半的预算。

直到1979年，也就是最初计划发射这台望远镜的那一年，它的主镜片才刚刚开始抛光。直到两年后，承担这项任务的珀金·埃尔默公司仍然没有完成抛光工作。此时，抛光的费用已经超出了最初的预算。NASA无奈之下，只好决定“打个八折”，把这台望远镜的口径改为2.4米，也就是现在哈勃望远镜的口径。从这个角度来讲，哈勃望远镜只是个“ 残次品 ”。

即便如此，这台望远镜的经费仍然严重不足，国会又把钱包捂得极紧。无奈之下，NASA只好转而向欧洲航天局求助。对于欧航局来说，这恐怕算得上是天上掉馅饼了。于是，他们出人、出力、出钱、出设备，助NASA一臂之力。前提条件是：欧航局获得这台望远镜 15% 的使用时间。因此，我们看到的一些哈勃太空望远镜的照片都是两个航天局合作的。

本段开篇的那句话如果反过来说，就是当时NASA遇到的尴尬。没有钱是万万不能的，但钱也不是万能的。即使得到了欧航局的帮助，望远镜的发射时间仍然一推再推，先是推迟到1986年3月，然后推迟到同年9月。这一次，他们不用再推了，因为问题已经不是望远镜打造的问题了。

1986年1月28日，是天文史上最悲痛的一天，美国 挑战者号航天飞机 发生事故**，7名宇航员全部牺牲。这个打击让NASA不得不停下脚步，暂停了航天飞机的发射。

研发哈勃望远镜的相关工作人员反倒是把握住了这个机会，继续提高望远镜的灵敏度、改进地面控制系统。但是，原本计划搭乘航天飞机进入太空的哈勃望远镜，不得不放在无尘室中精心保存，这无异于是在白白地烧钱。望远镜的发射，已经刻不容缓。

1990年4月23日，美国肯尼迪航天发射中心，万众瞩目的时刻终于到来。从提出构想到这一刻，已经过去了44年。这台在前不久决定以刚刚逝世一年的著名天文学家埃德温·哈勃的名字来命名的太空望远镜，终于装进了“发现者”号航天飞机，被发射升空。4月24日，在航天飞机的投放后，哈勃太空望远镜正式开始服役。

这个时候，原始预算只有 4亿美元 的哈勃望远镜，已经烧掉了接近 15个亿 。在它的身上，一共配备了五大武器：

图为哈勃太空望远镜的结构示意

从尺寸上看，哈勃望远镜和一辆公交车差不多。它的口径为2.4米，总宽度4.2米，长度为13.2米，重量约为11.11吨。目前运行在大约540公里的高空，以每秒7.59公里的速度绕地球公转。

可是，这一台无数天文学家呕心沥血、栉风沐雨打造的望远镜，承载着无数人对宇宙的渴望与憧憬，却在传回第一张照片的时候就让所有人大跌眼镜。这是怎么回事呢？

哈勃传回来的第一张照片，出人意料地不清晰，大概就是下面这个样子。

不是你的眼神有问题，你的手机屏幕也很好，是哈勃太空望远镜的问题。

这个问题马上成为了当时的热点新闻，让哈勃望远镜成为了全美国茶余饭后吐槽的焦点。《新闻周刊》杂志的封面甚至起了 " 15亿美元的大错 "的题目。

15亿美元，换来了5毛钱的特效。

喷射推进实验室主任卢·艾伦领导的委员会马上寻找其中的原因，最终发现：问题还是出在了珀金·埃尔默公司的身上——恐怕这些技术人员，已经恨得牙根直痒痒，不知道当初为何把这项任务给了这家公司。

导致哈勃望远镜观测能力大大弱于预期的原因，就在于主镜的打磨。这就要从哈勃望远镜的原理说起了。

从本质上说，哈勃太空望远镜的原理和 折反射望远镜 差不多，但是能够观测到的波长范围更加宽广。光线射到主镜后，通过主镜反射到副镜上。这里的主镜画得比较平，但其实是一个凹面镜。

光线由副镜反射，通过主镜内的孔，并汇聚在焦点上。只要在焦点上安置接收仪器，就可以实现将远处天体的放大。这里，首先就得要求主镜有完美的平整度，其次就是主镜的曲率要完美实现。否则，看上面的原理图就知道，光线一定会散开。

结果，由于主镜的曲率有了一点点细微的偏差，就产生了实际像点与理想像点的位置之差，这种偏差叫做球面像差，也叫球差。据计算，哈勃望远镜当时的球面像差仅有 2.2微米 ，是人类头发的几十分之一。但是，对于哈勃这样的超精细设备来说，这个偏差是致命的。中国古人讲：“失之毫厘，谬以千里”。而哈勃更夸张，失之微米，谬以光年。

问题找到了，那么，到底这个问题是怎么产生的呢？

艾伦委员会的调查结果显示：原本望远镜研发项目中包含着对球面像差的检测流程，就是利用一种叫做“ 零位校正器 ”的设备进行检测。但是，在应该进行这项检测的期间，珀金·埃尔默公司因为经费和项目进度的问题和NASA闹得很不愉快，因此有些破罐子破摔的心态，于是抱着侥幸心理没有按照最初的要求装配零位校正器，错误安装的零位校正器导致了微弱的偏差。珀金·埃尔默并非不知道这件事，但是他们竟然没有修正，而是垫了几个金属片强行把偏差消除，想借此蒙混过关。

事情到这里还有挽回的余地，挑战者号航天事故给了他们时间和最后的机会，只要NASA的人再检测一次，发现问题就好了。可是，珀金·埃尔默的人始终拍着胸脯保证主镜没有任何问题，于是检测就没有进行。

纸是包不住火的，当那些哈勃望远镜传回的第一批照片呈现在众人面前的时候，也就是人们傻眼的时候。

艾伦委员会认定，这次偏差的主要错误在于珀金·埃尔默公司的粗心大意，为此，后者迫于你懂得的压力，不得不赔偿 1500万美元 。同时，NASA的相关人员因为工作不力，同样遭到了严厉的批评。

可是，惩罚不是目的，已经出现的问题该如何解决呢？

把望远镜拉回地面维修不是不可能，但是高昂的成本让人望而却步。好在问题还有解决的余地，他们可以在太空中给哈勃望远镜“戴眼镜”。通过重新的计算和反复的检查，技术人员得出结论：主镜的圆锥常数为-1.01390±0.0002，而不是预定的-1.00230。

1993年，NASA发射了奋进号航天飞机，利用机械臂将哈勃望远镜抓进航天飞机中。在接下来的7天内，宇航员将 矫正光学空间望远镜轴向替换系统 （Corrective Optics Space Telescope Axial Replacement，缩写：COSTAR）装入哈勃，消除了球面像差。由于哈勃望远镜内位置不够，NASA不得不舍弃了五大武器之中的 高速光度计 （HSP）。同时，他们也用 第二代广域和行星照相机 替换掉了第一代，提升了观测的能力。

至此，哈勃望远镜终于摆脱了人们的嘲讽，从此成为了人类观测宇宙时最重要的“一双眼”。在接下来的27年时间里，它无数次用强大的观测能力，向我们展现最壮观、最深邃、最神秘的宇宙，诉说着这个宇宙所隐藏的秘密。

哈勃太空望远镜已经服役30年，却依然能持续传回大量震撼的宇宙图片。和它相比， 斯皮策太空望远镜 2003年升空，今年年初退役，只工作了17年，而1991年发射的 康普顿望远镜 仅仅服役了9年，就在2000年坠入太平洋。

为何哈勃望远镜能够独树一帜，30年来依旧长青呢？

这是在于，哈勃太空望远镜是 唯一被设计为可以由宇航员在太空中进行维修的设备（根据前两章的介绍，可以感受到我们该多么庆幸它可以维修） 。从发射至今，哈勃太空望远镜已经经历了5次维护更新。

尽管经历了多次维修，但我们知道，终有一天哈勃望远镜也会退役。不过幸运的是，NASA早就已经准备好了下一代望远镜，那就是 詹姆斯·韦伯太空望远镜 （James Webb Space Telescope，缩写JWST）。

和哈勃相比，JWST的观测功能更加惊人，而且它能观测到的波段也比哈勃要更加宽广。哈勃望远镜的口径为 2.4米 ，而JWST可以达到 6.5米 。因此，前者的观测极限大约为 134亿光年 ，而后者则可以观测到 136亿光年 以外，也就是宇宙大**后2亿年左右的模样。

和给予它名字的天文学家埃德温·哈勃一样，哈勃望远镜也是人类天文史上的一座里程碑。在人类前行的路上，里程碑会一个一个被甩在后面。但是，我们永远不会忘记里程碑旁边的风景，和里程碑向我们诉说的一个道理：我们永远在前行！

感谢阅读。

天文史上最重要的仪器——哈勃空间望远镜

哈勃空间望远镜是以著名天文学家、美国芝加哥大学天文学博士爱德温·哈勃为名，在地球轨道上并且围绕地球的太空空间望远镜，它于1990年4月24日在美国肯尼迪航天中心由“发现者”号航天飞机成功发射。

哈勃空间望远镜是美国大型轨道天文台计划中的4台空间天文台之一（另3台分别为康普顿伽马射线天文台、钱德拉X射线空间望远镜和斯皮策空间望远镜），镜面直径2.4米，位于地球大气层外，相较于地面上的光学望远镜，哈勃空间望远镜避免了地球大气及恶劣天气对天文观测的影响，弥补了地面光学观测的不足。

听起来很美好，但是在发射升空数星期后，研究人员发现从哈勃空间望远镜传回的图像有严重的问题，获得的的最佳图像品质远低于预期：遥远的恒星被扩散成超过一角秒半径的圆。对图像**的分析显示，问题来源于太空极端环境影响及地面设计误差——主镜的形状被磨错了，虽然只差了微不足道的2微米，但这个差别造成了灾难性的球面像差。这样来自镜面边缘的反射光不能聚集在与中央反射光相同的焦点上，严重减损了望远镜观察暗天体的能力，这意味着几乎所有宇宙学研究计划都不能执行，因为它们都是非常暗弱的观测对象。NASA和哈勃空间望远镜因此成为许多人嘲笑的对象。

1993年，奋进号执行了对哈勃空间望远镜的第一次维修任务，研究人员设计一个有相同球面像差，但效果相反的光学系统来抵消误差，相当于配上一副能改正球面像差的眼镜。用来改正球面像差的仪器称为空间望远镜光轴补偿校正光学（COSTAR）。为了给COSTAR在望远镜内提供位置，必须移除其中一件仪器，天文学家的选择是牺牲高速光度计。这次成功维修重新恢复了公众对NASA能力的信任，更让人看到了人类非凡的工程学智慧和勇气。

随后，哈勃空间望远镜又陆陆续续进行了四次维护。2009年5月11日14点01分，亚特兰蒂斯号航天飞机在肯尼迪航天中心发射升空。在此次太空之旅中，机上的7名宇航员通过5次太空行走对哈勃空间望远镜进行了最后一次维护，为其更换了大量设备和辅助仪器。同时科学家也在研制哈勃的**人——詹姆斯•韦伯空间望远镜。

詹姆斯·韦伯空间望远镜(James Webb Space Telescope，缩写JWST)，曾称为“新一代空间望远镜”（Next Generation Space Telescope），2002年以NASA第二任局长詹姆斯·韦伯的名字命名，是NASA、ESA和加拿大航空航天局联合研发的空间红外望远镜，质量为6.2吨，约为哈勃空间望远镜(11吨)的一半。主反射镜由铍制成，口径达到6.5米，面积为哈勃太空望远镜的5倍以上。它还能在近红外波段工作、能在接近绝对零度(相当于零下273.15摄氏度)的环境中运行。

詹姆斯•韦伯空间望远镜的主要任务是观测今天可见宇宙的初期状态。詹姆斯•韦伯空间望远镜附带了可折叠遮阳板，保持它的镜片和四个科学仪器的温度低于零下220摄氏度。因其处于日地拉格朗日2点，在这里看来，地球和太阳之间的相对位置不变，不用频繁修正位置。但由于种种原因，詹姆斯•韦伯空间望远镜发射时间一再推迟，对其预算已从最初的5亿美元增加至目前的近百亿美元。目前发射时间已推迟至2021年。每次关于詹姆斯•韦伯空间望远镜的发布会都是一如既往的几个词：“我，詹姆斯•韦伯，没钱了，打钱……”

哈勃望远镜能观测多远它的拍摄原理是什么

哈勃望远镜能观测很远。问题反过来了，为什么我们花了这么多亿年才看到100亿光年的距离？光年是一个长度单位，100亿光年是指光在100亿年内所走过的距离。你可能会认为，既然天体在100亿光年之外，我们的 "视线 "就需要100亿年才能飞到天体上看到它。事实上，这种理解是完全错误的。要看清一个物体的真面目，是因为它发出或反射的光被望远镜或眼睛捕捉到，然后光信号被印记下来，我们才能看到它。

哈勃太空望远镜之所以能看到很远的地方，甚至是100光年以外的地方，是因为来自100亿年前的天体的光经过了这么远的路程才到达我们这里。但是来自如此遥远的天体的光线是如此的暗淡，以至于哈勃太空望远镜需要几个月的曝光时间才能收集到足够的光线来成像。因为宇宙正在膨胀，一个100亿光年外的物体正在以215,000公里/秒的速度后退，或71.6%的光速，根据哈勃常数70（公里/秒）/兆帕斯卡。来自目前100亿光年外的物体的光需要100多亿年才能到达地球，因为空间在膨胀，光已经走了100多亿光年。

人们的眼睛能看到宇宙，那是因为我们的眼睛已经接收到了一切发出的光子，不是眼睛在寻找光子而是光子的眼睛，所以我能看到100光年外的图像是100光年外的光飞到哈勃最后我们在镜子里看到的，而不是眼睛跨越100光年去寻找那里的光。

相对于宇宙来说，光速是一个非常缓慢的速度，这意味着我们在100亿光年外看到的只是100亿年前的回放，我们永远不知道那个星域现在是什么样子，将来会是什么样子，甚至我们现在看到的100亿年外的星系也不再存在。但是我们必须等待100亿年后才能知道。对于超过140亿光年的物体来说，它们目前的光线永远无法到达地球的距离，这意味着我们将永远无法看到这些遥远的物体。然而，过去这些遥远物体的光线仍然到达地球，所以我们只能看到它们过去的样子，而不是它们现在或将来的样子。

科普知识大全：哈勃空间望远镜

以下是 为大家整理的关于《科普知识大全：哈勃空间望远镜》文章，希望大家能够喜欢！ “哈勃空间望远镜”是以美国天文学家哈勃的名字命名的，由美国宇航局和欧洲空间局联合研制，于1990年4月由美国“发现号”航天飞机送入太空。 　　“哈勃望远镜”历经了13年的研制，耗资21亿美元，集中了数百位科学家和工程师的智慧。它体长13米，直径4.3米，重12.5吨，在离地610千米的高空工作，预计飞行15年。 　　由于“哈勃空间望远镜”在距地球600多千米高的轨道上运行，这样，就摆脱了地球大气对天文观测的干扰，消除了星光闪烁，使星像直径也由地面时的1角秒提高到太空中的0.1角秒，一下子提高了10倍。分辨率相当于在4000千米外都能清晰地分辨出汽车的两个前灯。另外，在太空的望远镜观测灵敏度还可提高6～7倍，这意味着我们能看到100亿光年到150亿光年外的天体，接近可观测到宇宙边缘。由于没有大气层的阻拦和水汽吸收，空间望远镜可观测到除无线电波外，从红外到紫外的所有光波段。从红外波段我们可以观测到恒星诞生的摇篮，从紫外波段我们可以观测到质量很大的炽热恒星和寻找“黑洞”。 　　因为太空望远镜所摄取的光和其它辐射都是几百万年甚至几十亿年以前，从遥远的星系发出的，因此，太空望远镜所观察到的宇宙，等于把人类带到若干世纪以前的时代。它所获得的一切信息都是几百万年甚至几十亿年以前星系活动的真实记录。 　　“哈勃空间望远镜”自从发射以后，给地球发来了许多珍贵资料，如1990年8月23日，在离银河系最近的大麦哲伦星系捕捉到超新星残骸周围的气环;1990年11月9日拍摄到土星赤道附近一条长长的云，科学家把它称为“大白斑”;还拍摄到银河系中距地球3.5万光年的28星等的暗弱星球和距地球80亿光年的类星体，这个类星体是目前发现的距离我们最远的类星体。最近，哈勃空间望远镜又拍摄到离地球3.1亿光年有一个新星系正在形成。照片显示在NGC7252号星系的中央有一些新星组成的密星团，据认为是由两个盘星系在大约10亿年前开始合并而形成的。

哈勃天文望远镜简介

哈勃太空望远镜是以天文学家爱德温哈勃为名，在轨道上环绕地球的望远镜，其位置在地球大气层之上，因此影像不会受大气湍流的扰动，视相度绝佳没有大气散射造成的背景光，还能观测被臭氧层吸收的紫外线。哈勃太空望远镜于1990年成功发射，弥补了地面观测的不足，帮助天文学家解决了许多天文学的基本问题，使人类对天文物理有更多认识。2013年12月，天文学家利用哈勃太空望远镜在太阳系外发现五颗行星，五颗行星的大气层中都有水存在的迹象，是首次能确定性地测量多个系外行星的大气光谱信号特征与强度，并进行比较。