被称为“人类观测宇宙的第一双眼睛”的哈勃望远镜已经为人类服役了30年了,但仍旧有很多人并不了解哈勃望远镜是干嘛的,以及为什么要把望远镜建立在太空中。
哈勃望远镜的出现
在哈勃望远镜出现之前,人类观测天空只能凭借着肉眼以及望远镜,虽然人类可以将望远镜的精度调整的更精准,以及把望远镜制造的更大,以便能够看到更远、更清晰的宇宙。但是只要望远镜安装在地球上,人类就无法准确知道宇宙的信息。
之所以会如此,是因为地球的干扰因素实在是太多了。首先,我们知道地球上有大气层,而大气层中的物质并不是均匀分布的,由于地球大气层的冷热不均,导致大气层中的物质分布也不均匀,以至于从地球上观测宇宙始终会出现晃动和模糊,就好像是躲在泡泡里面看外面的世界一样。
再加上,地球的大气层较厚,可以阻挡很多宇宙射线以及紫外线的通过。我们知道,大气层中的臭氧层会阻挡宇宙中的紫外线,造成能够到达地球表面的紫外线变少。
除此之外,乌云也会干扰望远镜的观测数据。
为了测量太阳系的尺度,科学家们找到了一种方法:观测进行凌日,然而金星凌日每隔243年才出现两次的金星凌日,一般第一次出现之后时隔8年就会出现第二次。18世纪时,科学家们刚好有两次观测金星凌日的机会。
但是这个科学实验并不能一人完成,而是需要数百位科学家分别在地球的不同地区,观测进行凌日现象。在金星凌日发生的前一年,一大批吃苦耐劳地科学家们都出发了,分别赶往自己要去的地点。
但是有些科学家遇到了战争,有的到达目的地后发现仪器损坏了,有些因为疾病死亡了。最倒霉的要数纪晓姆.让蒂,他提前一年从法国前往印度,结果就在金星凌日的那一天,政府不让船靠岸,而海浪的翻涌又使得他无法稳定观测器械,以至于无法观测。
后来,他就待在印度等了8年,并建立了一个一流观测站,结果就在第二次进行从太阳表面经过时,一朵乌云挡住了太阳,并停留了3小时14分7秒。等到乌云散开,金星凌日已经结束了。
正是因为地球环境的干扰因素太多,所以人们想要在没有环境干扰的地方建立一个观测点,而太空这样一个地方。
1970年开始,美国和欧洲科学家开始筹备了大型空间轨道天文台,到了1982年,这个项目才有了比较正式的名字: 哈勃空间望远镜 。
但是哈勃望远镜的出现,也差点毁了NASA的声誉。当初在建造哈勃空间望远镜时,美国国会就因预算太高而不批准,后来天文学家进行游行反抗,才最终赢得了国会的同意,但他们只批复了一半的经费。
哈勃空间望远镜的主镜面对精准度要求非常高,以至于原计划1983年上天的哈勃,直到1990年4月24日才成功发射。
由于哈勃望远镜的主镜面参数打磨错误,比原标准厚了2微米,也就是1/50头发丝的厚度,导致哈勃对焦一直不准,观测宇宙时非常模糊。
后来,NASA在1993年派了7名宇航员为哈勃空间望远镜“矫正视力”,一共进行了11个部件的更换,才最终让“近视眼”的哈勃恢复了正常视力。
哈勃一共进行了四次升级维修,升级维修之后的哈勃空间望远镜服役时间一再延长,原计划在2005年就退役的它,直到现在还在努力地工作着,并不断有新的重要发现。
哈勃空间望远镜的意义
哈勃空间望远镜出现之后,大大加快了人类观测宇宙的速度。在哈勃空间望远镜出现之前,人类只能凭借着肉眼以及望远镜观测天体,由于能够观测的尺度有限,所以只能观测到离地球较近的超新星爆炸, 以至于很多天文学家终其一生只发现了1-2颗。
而哈勃空间望远镜的出现,加快了人们寻找超新星爆炸的速度,在短短十几年的服役时间中,就已经观测到了几十颗超新星爆炸。
再者,哈勃空间望远镜的出现,证明了每个星系中心存在着质量较大的黑洞。在此之前,科学家从数据中推算出来地球中心应该有较大的黑洞,但一直没有实际观测到,哈勃的观测数据,直接证明了科学家们的猜测。
除此之外,科学家还通过哈勃空间望远镜,观测到了在地球上无法看到的宇宙景色,这些都可以帮助我们更好地 探索 宇宙,揭开宇宙更多的秘密。
同样是望远镜,为什么哈勃望远镜非要发射到天空,是有钱烧的吗?
我们头顶上的天空,不但是我们在夜空下静心欣赏美景的目标,而且时刻在吸引着人们对其无穷无尽的神秘展开想象,在激发我们强大好奇心和求知欲的引领之下,一直在鼓舞着人类逐步走出地球的羁绊,踏入更加深远的宇宙星空。天文望远镜就像我们延伸无限视力的眼睛一样,同时更像可以自由翱翔的翅膀,使我们更直观、更全面、更清晰地了解宇宙的美景、神奇与博大。而哈勃望远镜是观测设备中的佼佼者,也是最为特殊的个体,科学家们把它发射到太空之中去观测宇宙星空,与遥远的星空相比,这上升的一点距离根本不算什么,那为何还要这么做呢?
地面天文望远镜的主要干扰因素对于天文观测来说, 现在 地面天文望远镜仍然是主流,毕竟利用火箭将天文望远镜发射到太空的费用极其高昂,而且维护保养成本也非地面望远镜所能比拟。而且,借助地面建造天文台的先天优势,可以将天文望远镜制造的口径更大、功能更强。客观地说,地面天文望远镜比发射升空的太空望远镜,要有明显的数量优势、成本优势、维护优势、可控优势等。
但是,地面天文望远镜也有它致命的弱点,那就是受到大气层的干扰太强。这个干扰包括以下几个方面的因素:
哈勃望远镜的问世基于上述因素,天文学家们逐渐意识到,在地面进行天文观测,虽然可以把望远镜造得更大、功能更丰富、看得也越来越远,比如运用自适应光学系统,可以带来越来越高的集光能力以及越来越精细的分辨率,但始终无法避免众多不可控的因素干扰,不但会对后续的修正带来非常复杂的问题,而且有时会错过最佳的观测窗口,严重影响观测质量,因此向太空发射天文望远镜逐渐提到了议事日程,以最大程度地消除大气层对观测的影响。
在1968年,美国就开始计划实施在太空中建造大型反射望远镜的计划。经过10多的准备以及从节约预算开支的角度出发,直至1978年从开始真正的建造计划,通过太空望远镜的分项实施和最终组装的形式分步实施。但是在提高望远镜解析力和资金缺口的矛盾下,哈勃望远镜的组装和发射时间一推再推,直到1990年4月24日才正式发射升空。
哈勃望远镜拥有两个光学“镜片”,一个是直径2.4米的主镜,一个是0.3米的副镜,这是望远镜的核心组成部分,同时还搭载了广域和高分辨率行星照相机、用于接收紫外线波段的戈达德高解析摄谱仪、用于测量星体光度变化和偏极性的高速光度计等等,组装后的望远镜长13.3米,重11.6吨,总造价约30亿美元。最终的轨道距离地面约600公里,运行周期约97分钟,它所拍摄的图片清晰度是当时地面天文望远镜的10倍以上。
哈勃太空望远镜在发射升空以后还有一个插曲,那就是担回来的第一张照片非常模糊,后来通过研究发现这是由主镜片的球面像差比较严重,主要原因在于当时打磨的时候没有达到目标要求,有2微米的误差。为了弥补这一问题,科学家们采用了光学校正的方式,运用航天飞机搭载8吨的器材,在望远镜主镜成像过程中增加了一个光学矫正系统,才使得哈勃望远镜的“视力”恢复正常。
哈勃望远镜的主要成果当时发射哈勃望远镜的初衷,主要是为了观测宇宙年龄以及宇宙的可视面大小,后来通过它的长期观测,科学家们又发现了众多关于宇宙的奥秘。比如:
总结一下虽然发射哈勃望远镜共费巨大,但这种向太空发射和安置太空望远镜是非常值得的,应用这种方式可以最大消除在地面上大气层的强烈干扰,获取更加原始、更加精确、更加清晰的观测照片以及可以直接应用的众多观测数据,而这是地面望远镜所无法比拟的。预计明年将要发射韦伯太空望远镜,来接替哈勃望远镜的工作,其采用更先进的工艺、搭载更强大的装备,在距离地球更远的地方,为人类更深入 探索 宇宙的奥秘继续发挥重要的作用。
当然是为了看的更远,看的更清。因为在大气层之上,避免了大气湍流的影响。
虽然美国当年不差钱,可哈勃工程因为一再超出预算而饱受争议,还真不是什么钱多烧的。