1990年4月24日12:33:51,帶著人類想要看清宇宙的美好願望,哈勃空間望遠鏡(簡稱“哈勃”)搭乘發現號航天飛船(STS-31),在美國肯尼迪航天中心發射升空。
然而,一上天哈勃就壞了。
3年來,哈勃拍攝的照片模糊不清。隨著哈勃主鏡片存在“球面像差光學缺陷”的訊息被爆出,哈勃團隊顏面掃地。
“12年,花費15億美元,這群人卻把它搞砸了!”
在美國各大ZZ性綜藝秀節目中,NASA受到了前所未有的嘲諷。
為了挽回顏面,1993年12月2日凌晨4:27:00,一個7人小組授命登空,著手為哈勃進行一次為期5天的“配鏡任務”。他們為哈勃帶來一副“眼鏡”,以修護哈勃模糊的視力。
這幅為了“矯正光學空間望遠鏡的軸向替換(
C
orrective
O
ptics
S
pace
T
elescope
A
xial
R
eplacement)”的巨大眼鏡,簡稱COSTAR,由5對可移動的彎曲反射鏡組成。它替換了原來的高速光度計(HSP)。
矯正後,第二代廣域行星照相機(WFPC2)取代了第一代廣域行星照相機(WFPC1),保留了原來的暗天體照相機(FOC)、暗天體光譜儀(FOS)和戈達德高分辨光譜儀(GHRS)。就結果來看,這次修護行動相當成功。
哈勃視力不再模糊了
事實上,哈勃作為一項大型的複雜創新工程,早期出現問題在所難免。如今在人類智慧的不斷加持之下,哈勃已變得更加強大,並開啟了“5眼神通”。為紀念
“哈勃空間望遠鏡升空30週年”
,今天就給大家介紹一下哈勃的“5眼神通”。
“黑洞眼”空間望遠鏡成像光譜儀
(S
pace
T
elescope
I
maging
S
pectrograph,簡稱:STIS
)
STIS對紫外線敏感,是一種功能強大的光譜器件,比第一代哈勃光譜儀收集的光譜資料多30倍,空間資料多500倍。1997年,STIS正式取代了FOS,成為了哈勃第一隻升級後的“神通之眼”。
這隻眼睛具有高靈敏度和高解析度,極其擅長髮現宇宙中的質量分佈、尋找宇宙中的幽冥——超大質量黑洞。
右面的STIS光譜顯示了星系中心的快速恆星運動,顯示了一個超大質量的黑洞。
“透視眼”近紅外攝像機與多目標光譜儀
(N
ear
I
nfrared
C
amera and
M
ulti-
O
bject
S
pectrometer,簡稱:NICMOS
)
1997年,過時的GHRS也被換下,按上了更先進的NICMOS,透過觀測紅外線,哈勃可以透過星際塵埃一窺星系中心的神秘,並幫助我們探測遙遠的宇宙,這是其他光學或紫外線裝置所無法做到的。
NICMOS有三個照相機充當其複眼,透過捕捉紅外光,NICMOS可以幫助天文學家回答關於恆星、太陽系、星系誕生的問題。
NICMOS剝去多層塵埃,以顯示塵埃星雲的內部區域。
由於這隻眼睛捕捉的是紅外線,所以容易積攢過多熱量,還曾因為過熱而“紅眼”失效。
“深空眼”高階調查攝影機
(
A
dvanced
C
amera for
S
urveys
,
簡稱:ACS)
2002年3月1日,在哈勃的第四次維修任務中,FOC被替換,哈勃換上了最重要的第三隻眼:ACS,使哈勃的觀測能力趨近頂峰。
ACS包含的先進技術,遠超當時望遠鏡所能達到的技術,具有廣闊的視野、高畫質的影象質量和非凡的靈敏度,增強了哈勃從可見光到遠紫外線的觀測能力。
我們在網上看到的那些美麗的
哈勃深空場(Hubble Deep Field)照片
大都依靠這隻眼睛。它能捕捉到更多不同的光學資料,為我們繪製出了宇宙更多美麗的細節,揭開了宇宙最深和最遠的奧秘。
ACS覆蓋的面積是原來的兩倍,銳度兩倍,對光的敏感度五倍
至此,哈勃原來的FOC、FOS、GHRS全部被替換,透過換眼手術,哈勃再也不需要原來那副帶著些許尷尬的巨大眼鏡(COSTAR)了。
然而,哈勃的崛起之路遠不止於此。
2009年5月11日的修護任務中,哈勃又進行了兩大重要的升級,再次提升了其洞察宇宙的眼力。
“微視眼”宇宙起源光譜儀
(
C
osmic
O
rigins
S
pectrograph
,
簡稱:COS)
COSTAR的移除,意味著為安裝新的科學儀器騰出了空間。COS填補了這個空間,為哈勃開啟了第4項神通:看見星際氣體雲發出的微弱之光,感知遙遠類星體光的變化。
COS只關注紫外線,是哈勃目前使用的最靈敏的紫外光譜儀。透過測量微光強度等資訊,COS可以幫天文學家確定許多氣體性質,包括化學成分、密度、溫度等。分析恆星和類星體時,COS更能幫助揭示星雲演化和對周圍星系的影響。
上圖COS觀測來自遙遠背景物體的光線在穿過史密斯雲(Smith Cloud)時是如何受到影響的。這為測量史密斯雲的化學成分提供了線索。透過這些星系間的取證,有天文學家將史密斯雲的起源追溯到了我們銀河系形成之初。
“暗域眼”廣域攝像機
(The
W
ide
F
ield
C
amera,簡稱WFC3)
當WFPC2被更先進的WFC3替換後,再次提升了哈勃對光線的捕捉能力,極大拓展了哈勃看不見的“暗域邊界”。這隻眼睛讓哈勃從近紅外線到遠紫外線的頻段都能看見,並且還擁有近距離和遠距離的對焦功能。
史密斯雲(Smith Cloud)一億年的軌跡,它從銀河系的平面上彎曲,然後像回飛一樣返回。
由於這一特性,哈勃可以透過WFC3拍攝隨時間推移的星際環境變化照片,而所有“暗能量”理論也都依賴這個眼睛,進行主要的視覺研究。
至此,哈勃已經比1990年發射時,強大了100倍。
除了5大神通眼,哈勃還有一大絕技。
要知道哈勃可是以時速約27200公里的高速,在距離地表570公里外繞地球公轉。那為什麼它不會轉暈?它如何做到在這樣的高速運動中還能緊盯目標的呢?
“轉不暈”的訣竅:精密制導感測器
(
F
ine
G
uidance
S
ensors)
哈勃上有3個精密制導感測器。這三個感測器中有兩個都在不斷地對望遠鏡進行著微操。剩下一個感測器用於跟蹤望遠鏡的位置,並根據需要對其進行調整,使其保證在飛行路徑上,目不斜視。
正由於有這個感測器的存在,哈勃在太空中的對準度比地球上任何望遠鏡精確10倍。
同時感測器還能用於測量恆星的運動軌跡、距離,以及質量。感測器收集的大量資料,還能為測量宇宙提供一個距離尺度。
自1990年4月,哈勃空間望遠鏡進入軌道以來,為天文學發展帶來了許多變革,最主要的科學貢獻之一,是改變了天文學文化方式。
在此之前,天文學歷史上曾出現過一段時間,人們為了維護自身的智慧財產權,直到得出研究成果之前,都不會將收集到的資料公佈出來。
而哈勃團隊改變了這一切,他們更願意將發現向更多科研團體公佈,而不是隱藏。這才有瞭如今已司空見慣的資料公開。正因如此,如今我們在網路衝浪時,才能看見這些美麗的高倍率的深空照片。每一張都是那麼震撼人心,每一張都是那麼充滿故事。
韋斯特倫德-哈勃25週年紀念照片
鷹星雲的“創生之柱”
“星系玫瑰”哈勃21週年紀念照片
極端星團爆發出生命
“氣泡星雲”哈勃26週年紀念照片
以上是哈勃100張震撼之作中的5張,更多的美照大家可以到哈勃官方網站上去欣賞。如果大家還想了解更多關於宇宙的故事,可觀看記錄篇《哈勃三十年:揭示宇宙奇觀》。