哈勃望遠(yuǎn)鏡維修

郭紅鋒

1923年，德國(guó)科學(xué)家赫爾曼·奧伯斯發(fā)表了一篇文章，其中提到了可以用火箭將望遠(yuǎn)鏡送入太空，這是人類最早提出把天文望遠(yuǎn)鏡帶出地球的構(gòu)想。1946年，美國(guó)的天體物理學(xué)家萊曼·斯皮策也發(fā)表了一篇文章，介紹了太空望遠(yuǎn)鏡的科學(xué)價(jià)值。1969年，在斯皮策的努力下，大型太空望遠(yuǎn)鏡項(xiàng)目被美國(guó)國(guó)家科學(xué)院批準(zhǔn)，人類真正開始了實(shí)施太空望遠(yuǎn)鏡計(jì)劃。但是，研制大型太空望遠(yuǎn)鏡所需要的人力物力是極大的，1975年，歐洲空間局帶著資金和技術(shù)加入進(jìn)來。1977年，美國(guó)國(guó)會(huì)最終批準(zhǔn)了對(duì)太空望遠(yuǎn)鏡項(xiàng)目的資助。

哈勃太空望遠(yuǎn)鏡，以著名天文學(xué)家愛德溫·哈勃的名字命名。1990年4月24日，在斯皮策的太空望遠(yuǎn)鏡構(gòu)想過去了40多年后，哈勃太空望遠(yuǎn)鏡終于由美國(guó)“發(fā)現(xiàn)號(hào)”航天飛機(jī)帶入預(yù)定軌道，開始了史無前例的太空天文觀測(cè)工作。

哈勃望遠(yuǎn)鏡是運(yùn)行在地球大氣層之上的地球軌道望遠(yuǎn)鏡，因沒有地球大氣影響，擁有地面望遠(yuǎn)鏡無法比擬的好處，例如，星象穩(wěn)定銳利，能觀測(cè)到更暗的天體，還能觀測(cè)到容易被臭氧層吸收的紫外線等。

哈勃望遠(yuǎn)鏡的成功之路并非一帆風(fēng)順，它升空之后傳回來的第一張照片并沒有達(dá)到預(yù)期的效果，說明望遠(yuǎn)鏡的鏡面有些問題。科學(xué)家經(jīng)過仔細(xì)檢查上萬(wàn)張圖紙和各道工序記錄，發(fā)現(xiàn)望遠(yuǎn)鏡的主鏡邊緣磨得比正常值差了2.2微米，導(dǎo)致哈勃望遠(yuǎn)鏡患上了“近視癥”，原本設(shè)計(jì)的觀測(cè)精度是0.1角秒，現(xiàn)在變成了0.7角秒。

通常地面上的大型設(shè)備安裝后出現(xiàn)一些誤差也是常有的事，往往需要一段時(shí)間的調(diào)整和維修，使望遠(yuǎn)鏡到達(dá)預(yù)期指標(biāo)就可以了。但是，哈勃望遠(yuǎn)鏡已經(jīng)在太空上，要想調(diào)整和維修必須派人登上太空，這可是史無前例的艱巨任務(wù)?？茖W(xué)家們決定派遣航天員搭乘航天飛機(jī)登上太空，進(jìn)行人類太空史上最驚險(xiǎn)的一次太空行走（史稱驚天大維修），給哈勃望遠(yuǎn)鏡安裝一個(gè)光學(xué)矯正系統(tǒng)（相當(dāng)于給哈勃望遠(yuǎn)鏡“戴上一副近視鏡”）。

1993年12月2日，7名航天員搭乘“奮進(jìn)號(hào)”航天飛機(jī)來到在軌運(yùn)行的哈勃望遠(yuǎn)鏡上，進(jìn)入望遠(yuǎn)鏡鏡身內(nèi)部，拆除了幾個(gè)部件，把預(yù)先做好的矯正裝置安裝到哈勃主鏡前。由于科學(xué)家事先經(jīng)過周密計(jì)算和精心加工，當(dāng)航天員們經(jīng)過10天的大冒險(xiǎn)工作，終于使哈勃望遠(yuǎn)鏡視力恢復(fù)，達(dá)到了比設(shè)計(jì)指標(biāo)更好的水平。1994年1月13日，科學(xué)家緊張地在電腦屏幕前等待著維修后哈勃發(fā)回的第一張照片，當(dāng)一幅無比清晰的M100星系圖像顯示在屏幕上時(shí)，科學(xué)家們流下了激動(dòng)的淚水——哈勃望遠(yuǎn)鏡終于成功得救了。

1997年2月11日，又有7名航天員搭乘“發(fā)現(xiàn)號(hào)”航天飛機(jī)飛入太空，執(zhí)行哈勃望遠(yuǎn)鏡的第2次修理工作。這次維護(hù)，航天員在太空為望遠(yuǎn)鏡更換了近紅外照相機(jī)和多目標(biāo)光譜儀、望遠(yuǎn)鏡成像光譜儀、太陽(yáng)能電池板，修補(bǔ)了望遠(yuǎn)鏡表面絕緣涂層，更換了部分老化嚴(yán)重的設(shè)備等。

1999年12月，航天員第3次搭乘航天飛機(jī)進(jìn)入太空，除了給哈勃望遠(yuǎn)鏡更換了全部6個(gè)陀螺儀（陀螺儀是用于幫助HST精確對(duì)準(zhǔn)天體目標(biāo)的一個(gè)傳感器），還給哈勃更換了1臺(tái)比以前快20倍的計(jì)算機(jī)和1臺(tái)比以前大10倍容量的數(shù)據(jù)記錄儀，提高了運(yùn)行速度。

2002年3月2日，同樣是7名航天員再次去給哈勃空間望遠(yuǎn)鏡做例行的維護(hù)和升級(jí)。這一次維修為它安裝了先進(jìn)的勘測(cè)相機(jī)，更換了新的太陽(yáng)能電板，安裝了新的冷卻系統(tǒng)，使它重新恢復(fù)了紅外視力等。這次為哈勃望遠(yuǎn)鏡更換的新的電力系統(tǒng)，能夠以更穩(wěn)定的狀態(tài)讓它在軌道上多工作幾年。

2003年，“哥倫比亞號(hào)”航天飛機(jī)失事，七名航天員全部遇難，這次事故讓美國(guó)國(guó)家航空航天員局（以下簡(jiǎn)稱NASA）的高層對(duì)是否對(duì)哈勃望遠(yuǎn)鏡再進(jìn)行維修猶豫不決。然而，哈勃望遠(yuǎn)鏡的巨大貢獻(xiàn)讓全世界的人都翹首以待，航天員們以及科研人員們也都希望可以再次維修哈勃。由于公眾的熱情支持，NASA決定對(duì)哈勃望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行第5次，也是最后一次維修。

2009年5月11日，7名航天員在太空給它更換上了最先進(jìn)的儀器和設(shè)備，拆除了老舊部件，還維修了有故障的組件，并再次更換了6個(gè)陀螺儀。這次維修起碼為哈勃再延長(zhǎng)了10年的壽命。

經(jīng)歷過5次維修，哈勃望遠(yuǎn)鏡沒有讓人們失望，發(fā)回來大量的數(shù)據(jù)和照片，成功彌補(bǔ)了地面觀測(cè)的不足，幫助天文學(xué)家解決了許多未知問題，使得人類對(duì)遙遠(yuǎn)天體的認(rèn)識(shí)更加深入，成為天文學(xué)史上最重要的儀器?？梢哉f，哈勃的超深空視場(chǎng)提供了天文學(xué)家目前能獲得的最深入、最敏銳的太空深處光學(xué)影像。