哈勃望远镜:用了十几年才发射升空,结果却是个“近视眼”

哈勃空间望远镜从1990年发射升空,至今已经过去了30年,在这三十年里,哈勃望远镜为我们提供了大量精准清晰的宇宙图像,极大的促进了天文观测的发展,为天文学家更好的了解宇宙提供了强有力的支撑。

哈勃望远镜:用了十几年才发射升空,结果却是个“近视眼”

或许我们有这样的感觉,哈勃望远镜能拍摄出如此精准的宇宙图像,可见美国90年代的科技水平之高,然而事实可能来的更加惊人。

虽然哈勃望远镜虽然是1990年发射的,但这并不意味着它的建造时间也在那段时间,实际上哈勃望远镜的发射计划远在1990年之前,首先哈勃望远镜项目资金审核通过是在1977年,之后计划是在1981年进行发射。

哈勃望远镜:用了十几年才发射升空,结果却是个“近视眼”

然而为了确保成功,美国航天局对望远镜的主镜制造提出了相当严格的要求(很意外的是,虽然要求严格,但实际上在1990年发射后还是出现了问题,这个问题我们接下来会谈到),为此发射计划又往后拖了两年,这是发射的第一次推迟

时间来到了1983年,这年刚把这架望远镜命名为哈勃,但由于又在计算程序和管理环节出现问题,发射计划第二次被推迟

之后航天局打算在1986年发射哈勃,可惜那年又出了挑战者航天飞机失事,为此相关部门决定停止航天飞机升空的所有计划,这是第三次推迟

哈勃望远镜:用了十几年才发射升空,结果却是个“近视眼”

这一停就将近两年半的时间,直到1988年才陆续开展航天飞机任务,不过当年并没有哈勃望远镜上天的规划,直到1990年哈勃望远镜发射项目才又被拉上议程,决定在4月10号发射升空,然而好事多磨(也算不上好事吧,暂且这么说吧),就在10号当天,检测人员发现火箭的油压系统出现了问题,时间紧迫,控制室最终还是决定暂停发射,这也算得上是哈勃发射计划的第四次推迟吧。

问题最终花了两个星期去解决,一切调试正常后,终于在1990年4月24号,由发现者号航天飞机携带升空,从资金注入到发射,历经13年终于安全进入太空了。

哈勃望远镜:用了十几年才发射升空,结果却是个“近视眼”

本以为接下来的时间,哈勃望远镜可以带给我们全新的宇宙图景,毕竟是远离大气干扰的太空环境,然而接下来发生的事情,却让这个已经耗资十几亿美元的项目险些功亏一篑

虽然哈勃望远镜在4月份就被送上太空,但真正开始运行还是5月份的时候,5月20号,也就是距离升空大概一个月的时候,哈勃望远镜拍下了它第一张照片,一个距离我们大约1300光年的疏散星团——NGC 3532(如下图)

哈勃望远镜:用了十几年才发射升空,结果却是个“近视眼”

图像右侧是利用地面望远镜拍摄的NGC 3532,左侧则是哈勃望远镜拍摄的,对比很明显,相比于地面望远镜,哈勃确实显示出了明显优势,而在这里我们先补充一个知识点

为什么哈勃望远镜要放入太空?

想必这个问题很多朋友都思考过,毕竟地面上的望远镜人类已经建设了很多,而现在又要在太空建设一个望远镜,优势到底在哪,在这里我就简单进行说明一下。

第一点,由于地面望远镜在接受宇宙光线时,这些光线需要穿过厚厚的大气层,因此望远镜的角分辨率将会大打折扣,而如果将望远镜搬进太空,就可以几乎完全避免大气干扰等因素(还有光污染也可以避免),望远镜的角分辨率将完全取决于光线的衍射(相关知识,大家在中学物理中的光学部分,应该有学过)

第二点,大气层除了会影响望远镜分辨率之外,还会将特定波段的光线拒之门外,吸收掉,使其不能被地面望远镜接收,举个例子,比方说紫外线,日常生活中我们认为紫外线除了会消毒之外,还会将人晒黑,实际上晒黑的那部分紫外线被称为UVA,而剩下的UVB、UVC并不晒黑皮肤,其中UVC部分甚至没法抵达地表,在大气层中就被完全吸收了。

哈勃望远镜:用了十几年才发射升空,结果却是个“近视眼”

然而光线所包含的信息并不只局限于可见光波段,因此这些为了能够完整的接收到其余波段的光线信息,最理想的的环境就是太空,因此将望远镜放进太空,是最有价值的选择。

以上两个观点,最早是出现在1946年天文学家莱曼·斯皮策的论文当中。

回到刚才的问题,既然哈勃望远镜拍摄的第一张照片已经比地面望远镜更加清楚了,那还有什么需要顾忌的呢?

原因很简单也很棘手,虽然比地面拍摄的清楚,但哈勃望远镜所表现出来的分辨率远远达不到设计标准,可能只达到了预计值的5%,当然了,对于媒体而言,这些信息如果那帮研究人员不说出来的话,他们自然是无法知晓,因为现在拍摄的照片已经比地面望远镜表现的更好了。

哈勃望远镜:用了十几年才发射升空,结果却是个“近视眼”

然而纸包不住火,即便大家想隐瞒,那也不是长久之计,哈勃望远镜竟然是个近视眼的消息很快就被传了出去,原先一顿吹捧的媒体立即换了模样,开始大肆讽刺贬低哈勃望远镜,认为美国航天局用了十几亿美元,结果发射了一个笨重且无用的垃圾进入太空。

我们先不管媒体是怎么的态度,实际上对于研究人员来说,他们的内心也是不好受的,因为他们为哈勃望远镜的设计制造到发射花费了大把心血,因此感到很不甘心,想要找出问题所在,用了一个多月的时间,在排除了各种情况后,他们发现,导致哈勃变成近视眼的故障竟然是主镜在制造过程中出现了误差,从而导致一种被称为球面差的问题产生。

使得光线无法汇聚到焦点上面,在数据层面上来说,原本是百分之百的光线都可以汇聚到焦点上面的,但由于主镜片在制造过程中,其直径比设计值多了0.002毫米(直径的设计值是两米四),由此导致只有百分之十五的光线能够聚焦,而剩下的百分之八十五光线被白白浪费掉了,从而也导致了哈勃望远镜所拍摄的照片都是模糊的。

哈勃望远镜:用了十几年才发射升空,结果却是个“近视眼”

但幸运的是哈勃望远镜并非是一架“焊死”的机器,因为在设计之初,研究人员就已经想好了等哈勃上天之后,每隔几年就要对它进行一次升级和维修,毕竟科技在进步,如此一来,我们就能保证哈勃望远镜始终能满足我们的天文观测要求,因此美国航天局打算在第一次对哈勃进行维修时,去纠正哈勃望远镜的视力。


纪录片《哈勃三十年:揭示宇宙奇观》

哈勃望远镜:用了十几年才发射升空,结果却是个“近视眼”

本篇文章的内容到此结束。

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页面更新:2024-03-04

标签:望远镜   航天局   大气层   近视眼   波段   美国   研究人员   紫外线   光线   太空   航天飞机   宇宙   地面   分辨率   时间

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