1990年4月24日，人类历史上最著名的望远镜“哈勃空间望远镜”被发射升空。到今天，哈勃已经在太空中服役了整整30年。30年来，哈勃辛辛苦苦勤勤恳恳，为天文学界的一个又一个重大发现立下了汗马功劳。在祝哈勃生日快乐的同时，我们来和大家聊聊这个可以说是人类历史上最伟大的望远镜。

哈勃空间望远镜｜NASA

前段时间 “你生日那天的宇宙” 话题爆火，很多人在NASA官网看到了自己生日那天哈勃拍摄的宇宙。这就是NASA为哈勃30周年发起的纪念活动。点击阅读原文，你也可以看看自己生日那天的宇宙。

图为哈勃望远镜生日这天它看到的宇宙，天鹅座环状超新星遗迹｜NASA

哈勃的著名成果

说到哈勃的著名成果，就不得不说一个机构，STScI（Space Telescope Science Institute，空间望远镜研究所）。这个机构独立于美国国家航空航天局（NASA），而且它的负责人罗伯特·威廉姆斯能够决定哈勃空间望远镜10%观测时间的分配方案。这百分之10的观测时间被称为“局长自由决定时间” ，也叫“DD时间”，被用于一些长周期而且高风险的研究课题。

对于一般的望远镜，一个观测者能够分配到几个小时的观测时间就已经相当满足了，但是STScI却分给了几个课题组几十上百个小时的观测时间，对于花费巨大的哈勃空间望远镜来说，每一秒观测时间都十分金贵，将如此多的时间分配给单一项目是一个成本与风险都很高的决定。但是最终的科学产出证明这些有魄力的决定是相当正确的。

这个老爷子就是罗伯特·威廉姆斯｜STSCI

发现宇宙加速膨胀

这可能是哈勃望远镜做出的最为重要的科学发现了。通过大约两年的观测和计算，天文学家们发现宇宙正在加速膨胀。这一发现彻底颠覆了当时天文学界主流猜测——宇宙是在减速膨胀。

天文学家因此发明了“暗能量”这个概念来解释宇宙的加速膨胀，而暗能量被认为占据了宇宙中物质能量总和的70%左右，重要性不言而喻，获得2011年的诺贝尔物理学奖实至名归。

图｜原图：nobelprize.org，翻译：luna

这个课题在20世纪90年代由两个课题组分别发起，这两个课题组对局长软磨硬泡了好长时间，最终说动局长同意用DD时间来观测他们所要观测的目标：数个Ia型超新星（Ia中的“I”为罗马数字）。

一种叫做白矮星的天体爆炸，就被会称为Ia型超新星。这类超新星本身亮度特别稳定（好比路灯一样），所以离我们越近就越亮。这让科学家们得以计算出亮度与距离的公式，可以用这个公式来测算每一颗超新星与我们之间的距离。而光从Ia型超新星传递过来是需要时间的，用超新星的距离除以光速，我们就可以得到Ia型超新星爆发是什么时候的事情。

同时呢，如果宇宙在膨胀，那么所有的天体都会逐渐远离我们。如果一个天体在远离我们，这个天体就会变红；远离我们的速度越大、这个天体就越红（这被称为红移）。天体的宇宙学红移与当时宇宙的大小是有一个关系式的，通过测量超新星的红移，我们就可以得出宇宙的大小。

总结一下：Ia超新星的亮度可用来计算天体与我们之间的距离、以及它爆发的时期，它的红移可以计算它爆发时宇宙的大小。通过这两项数据，我们就可以算出宇宙不同时期的膨胀速度。

宇宙演化示意图丨原图：nobelprize.org，翻译：luna

用力看到更深的宇宙

这是运用DD时间做出的又一个非常重要的成果，简而言之就是让哈勃空间望远镜对着太空中的一小块区域使劲地看，一看看几个星期几个月，在这么长时间的积累下，哈勃望远镜就能够探测到宇宙中最为暗弱的天体。

被拍摄的天区就在北斗七星旁边，这样不管哈勃望远镜运行到什么位置，都可以进行观测不被地球挡住，极大的提高了观测效率。｜wikipedia

类似的观测做了好几次，分别称为：哈勃深场、哈勃南天深场、哈勃超深场，哈勃极深场。每次观测都发现了大量新的星系，为星系演化、宇宙演化理论提供了重要的观测依据。

哈勃深场,里面的每一个小点基本都是一个星系 ｜NASA

拍摄了数不胜数的精美照片

对我们看热闹的普通人来说，哈勃望远镜拍摄的那些震撼的照片是最吸引人的。不知道多少年少的孩子正是被哈勃望远镜拍摄的照片激发了对宇宙的兴趣，从而走上了科研之路，至少我就是这些孩子的其中之一。

这张经典的创生之柱与其他照片一同为我们揭示了绚丽多彩的宇宙｜NASA

上个月我详细介绍了，那些照片的有色光部分绝大多数都来自于今天的这位老寿星。

哈勃为什么这么强

先报个三围身高体重：哈勃空间望远镜口径2.4米，焦距57.6米，长13米。全重11吨左右。

哈勃一直在500公里高度左右的近地轨道环绕地球运行。把天文望远镜放到太空，可以说是天文学家一直以来追求的目标。因为太空中没有大气层的干扰，太空望远镜就拥有了比地面望远镜更多的优势。

没有大气

一般来说，望远镜的分辨率——也就是它看得清不清楚——主要是由望远镜的口径和望远镜台址的大气稳定程度（视宁度）所决定的。望远镜口径越大，望远镜所在台址大气越稳定，它就看得越清楚。

但是太空中根本没有大气，凭这一条就可以把地面望远镜甩开几条街。一台太空中口径为40厘米的望远镜能够与地面上口径为10米的望远镜看得一样清楚（在10米望远镜不装备自适应光学系统的情况下）——何况哈勃空间望远镜的口径是2.4米。

左图为云南高美古2.4米望远镜拍摄的蟹状星云，右图为哈勃空间望远镜拍摄的蟹状星云，同为2.4米口径的望远镜，清晰度真如望远镜一般一个天上一个地上，单看星点来说哈勃望远镜的星点就比高美古2.4米望远镜细腻很多。｜右图：NASA ESA；左图：云南天文台

没有乱七八糟的光

这一点非常好理解，如果你生活在大城市，那么夜晚几乎看不见什么星星。因为在夜晚，大气会散射城市的灯光和月光，淹没暗弱的星体。更不要说白天的太阳光线让光学望远镜彻底休息。不止如此，就算是没有其他光源，大气层里的原子也会自己闲的没事发出或者吸收一些光线，这些干扰也十分影响天文观测。而哈勃望远镜几乎不受光污染和大气发射线的影响。

图中天空中绿色和红色的光就是大气自己发出的光线｜作者拍摄

哈勃的烦恼

作为世界上观测能力最强大的望远镜之一，哈勃望远镜的科研之路可不是一帆风顺，不少科学家都为哈勃贡献了数不胜数的头发。

烦恼1：没钱

你以为NASA财大气粗想干啥就干啥嘛？错了，在上个世纪80年代，美国国会对于太空望远镜的项目还是处于模棱两可的态度。要不是靠着美国众多天文学家亲自拜访参众两院的议员，不停地游说，哈勃望远镜的项目可能早就凉凉了。

即便游说成功，原先的资金也是被拦腰砍了一半，导致计划的3米口径望远镜降为了2.4米，而且资金里的15%还是由欧洲航天局（ESA）提供的，也就是说美国天文学家得和欧洲天文学家共享望远镜的使用时间。到今天，很多哈勃空间望远镜照片的版权写的都是：NASA，ESA。

烦恼2：眼神儿不太好，后配了副眼镜

没错，大名鼎鼎的哈勃望远镜也曾经眼神儿不好。哈勃望远镜在加工过程中出现了2.2微米的偏差，导致无法准确的把光线聚焦到一个点上。造成的那种朦朦胧胧的效果，有点像人类的近视眼。

要命的是，这个偏差直到哈勃上了太空，拍到了一团模糊的照片之后、才被人们发现。幸亏3年以后，科学家们上天对哈勃进行了一次维护任务，给它戴上了个眼镜，才解决了这个问题。

戴上眼镜之前哈勃拍摄的M100星系与戴上眼镜之后哈勃拍摄的M100星系｜NASA

烦恼3：地球母亲的光辉

当哈勃空间望远镜运行到地球的亮面并且观测角度接近地球的时候，地球上的光会照到望远镜的镜筒里面并多次反射，并在望远镜里产生X形条纹。对此NASA在观测手册里表示，没办法，这玩意消不了，要么就不要在这个时间段观测这个目标，等望远镜转到地球暗面再观测；要么就移动望远镜，让目标源不落在X上，或者使用其他滤镜，这样散射光的影响比较小。

哈勃空间望远镜的原始数据，不禁让人怀疑是不是X战警造的哈勃。图中的X型应该是地球的光照到哈勃望远镜相机支架上产生的。

烦恼4：无处不在的宇宙射线

这可能是太空望远镜相对于地面望远镜少数几个缺点了。宇宙射线就是宇宙里的高能粒子，我们在地球上时，大气层会为我们挡掉很多宇宙射线，但是在太空中，哈勃的各种电子设备直接暴露在各种辐射下。它不仅会污染拍摄出来的照片，还会长期损耗探测器，导致灵敏度下降等一系列问题。

哈勃的原始数据，每一个小黑点都是一个宇宙射线。

烦恼N

上面举的几个例子只是哈勃望远镜观测中问题的一部分，有的问题甚至比上面的还要典型而且难处理比如设备老化、轨道降低、卫星干扰、等一系列问题。毕竟已经是一个服役了30多年的老将了，它也该到了退役的年龄。

哈勃的继任者

詹姆斯·韦伯望远镜是哈勃望远镜的继任者，它的口径为6米。由于任务风险太大，发射日期一推再推。这个望远镜还没有一栋房子大，但它的研发制造成本已经达到了100多亿美元，快能买下一条福特级航空母舰了。

詹姆斯韦伯太空望远镜

我国的空间望远镜也在计划之中，是与哈勃空间望远镜同级别的光学空间望远镜。罗伯特·威廉姆斯去年访问中国，为中国的空间望远镜提出了许多宝贵的建议。衷心希望我们自己的空间望远镜也能像哈勃一样产生非常重大的科研成果并激发更多人对宇宙的兴趣。

作者：马门溪龙饲养员

编辑：Luna、Judy