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这部哈勃望远镜是一生的励志传奇
1990年4月24日,美国佛罗里达州肯尼迪航天中心。矮胖的“发现号”航天飞机携带着天文学家的期望和梦想飞上太空,因为它的载荷舱里,装着一个不可思议的大家伙——哈勃空间望远镜。从计划之初,建造者们就相信它将成为世上最复杂、最强大的光学望远镜。在接下来的二十多年里,哈勃没有令他们失望,尽管它经历了备受质疑的多舛命运,但仍尽职尽责为人类的太空探索服务,打开了一个比想象中更为广阔神奇的宇宙世界
  
 
  
  哈勃望远镜是人类安置在宇宙中的“眼睛”,科学家们借助它,观察到了恒星的诞生、宇宙的碰撞,证实了黑洞的存在、爱因斯坦关于“引力透镜”的预言,也孜孜不倦地在探寻着地外生命、宇宙深场……几千年来为无数“看星星的人”所怀想的秘密,被一个一个地揭示或接近。哈勃望远镜的身上,既传达着宇宙之美,也承载着人类的智慧和想象力,在短短几十年里,就完成了19世纪的天文学家预预需要几个世纪才能完成的观测。它以超乎人类想象的距离、尺寸、年龄和时空尺度,帮助我们更好地认识了我们所在的宇宙的本质。《天空之眼》一书作者大卫·H·德沃金写道,“它向我们展示了宇宙中有什么,当我们知道它们的尺寸和规模时,不由唤起了我们对宇宙的敬畏”。
 
  但传奇也总会有落幕的那一天。2009年,哈勃望远镜迎来了它的第五次也是迄今为止的最后一次维修。在为地球传输了超过一百万次观测后,未来它在太空中“服役”的时间已经不多。按照NASA(美国国家航空航天局)的计划,2018年将发射下一代空间望远镜“詹姆斯·韦伯空间望远镜”,作为哈勃望远镜的继任者。这个消息,让人一边欣慰于人类科学的进步,一边又忍不住留恋起哈勃这位在太空默默工作多年、帮助人们伸出探索宇宙之关键性触角的初代先驱。好在,有过那么多不朽的功绩,又在全世界范围内有那么多热爱它的粉丝,它的故事将会永远在天文史上流传下去,不可磨灭。
 
  17世纪,伽利略首次用望远镜进行天文观测,第一次在镜头中看到月球表面的环形山和木星的卫星。为了纪念这个改变人类认识的瞬间,四百年后,2010年,被定为国际天文年。研究员们邀请公众投票来决定在“天文学100小时”中,哈勃望远镜应该观测什么。最后根据“选举”结果,哈勃将其镜面转向了室女座的星系Arp274,让人们看到了恒星那对称的粉色光晕。借用《天空与望远镜》杂志的编辑所言,天文学家竭尽所能的目标之一,应该是“让世界上所有人有机会透过望远镜看星空”。从伽利略到哈勃,都赠予着人类这样一份礼物。
  
  
 
  1990年4月24日,哈勃望远镜发射时,观看的人群中有一位顶级的天文学家莱曼·斯皮策,此时他已75岁。哈勃的诞生,离不开他的功劳。早在1946年,他在论文中就解释了发射望远镜到大气层之外将会带来令人兴奋的科学成果。但受限于技术和经费,很长时间里,他的这个想法都得不到支持。直到1957年,苏联发射第一颗人造卫星上天,美苏随后展开“太空竞赛”,NASA着力于航天飞机的研究,空间望远镜的计划不仅有了技术可能,也因政治因素的介入而显得雄心勃勃。
 
  20世纪70年代,在NASA的支持下,几百位天文学家和工程师开始投入到这个项目中来。但1974年,该计划遭到了对其缺乏信心的国会的反对。面临这一威胁,天文学家们发起了一系列大规模的政治宣传活动,斯皮策便是其中的领导之一。胜利属于科学家,1977年,他们终于迫使国会授权批准,于次年开始正式建造。
 
  作为这架望远镜“心脏”的主镜面直径为2.4米,用来收集来自天体的光线,主力设备是用来拍照的广角和行星相机。它一开始只被叫做“大型空间望远镜”,直到1982年,才被定名为“哈勃”,是以纪念20世纪初的杰出天文学家埃德温·哈勃(1889—1953)。埃德温·哈勃曾借助加州威尔逊山天文台的100英寸望远镜,确定了银河系之外还有别的星系存在,发现了宇宙正在膨胀,并提出了“哈勃定律”和“哈勃常数”。
 
埃德温·哈勃,他看上去似乎更像个作家不是么
  诞生之初,哈勃望远镜就遭到了挫折。按照设计,它只能用航天飞机发射到地球轨道上,但1986年1月28日,发生了人类航天史上的重大灾难:“挑战者号”航天飞机从肯尼迪航天中心升空73秒后爆炸,机上所有七名宇航员遇难。举国哀悼之际,NASA下令航天飞机不许起飞,原计划将于当年晚些时候发射的哈勃的升空时间自然也就推迟了。这一推迟就是四年,直到1990年4月24日。
 
  经历一番波折,哈勃的成功发射入轨本令人兴奋,但仅仅在两个月后的6月27日,NASA就召开了一场充斥着失望和沮丧的发布会。官方消息说,哈勃望远镜“完全不能按预期聚焦图像,存在球面相差问题”——也就是说,从目标恒星来的所有光线不能被汇聚在同一个焦点上,以致成像模糊。这个消息公之于众后,很快在媒体上狂轰滥炸,指责之声不绝于耳,花费大量经费的哈勃望远镜成为了人们口中的“失败之作”、“国家丑闻”和“宇宙笑料”,被称为“哈勃麻烦”(Hubble Trouble)。
 
  NASA顶着来自质疑满满的国会和公众的压力,决定修正错误。在仔细权衡了取回地球维修再重新发射,以及在太空中直接维修这两种方式的利弊后,他们选择了后者,这样一来能节省经费,二来也证明了人类能完成在轨维修的复杂任务。但又足足隔了三年,哈勃望远镜才终于在1993年末迎来了大修。从12月4日到9日,“奋进号”航天飞机搭载四名宇航员升空,他们密集地进行了五次太空行走,小心翼翼地替换了哈勃的多个部件,不负众望地完成了这次前所未有的修理任务。
  
  1993年,宇航员为维修哈勃进行太空行走,准备安装第二代广角和行星相机
  12月18日凌晨,地球上的天文学家们焦急而紧张地等待着来自维修后哈勃的第一张图片:一颗标记为AGK+81°266的亮星。终于,一个干净、紧凑、聚焦准确的恒星图像出现在了监视屏上,再也没有之前那些诡异的光晕和卷须。房间里爆发出喝彩和欢呼,哈勃修好了,可以帮助渴望探索宇宙的人们做更多事情了。得知消息后,曾经给予严厉批评的媒体又开始了新一轮的“狂轰滥炸”,当然,这次的主题是庆祝。参议员芭芭拉·米库尔斯基在发布会上高高举起两张分别拍摄于修复前和修复后的照片,正式宣告:“‘哈勃麻烦’已经结束啦!”
  
  哈勃第一次修理前后对比图
  2. 转折点:“创生之柱”
  2009年,美联社在一篇文章中回顾了哈勃望远镜的历史,文中指出,1995年的一张照片“永久地修复了这架望远镜早期被玷污的声誉”。这就是被称为“创生之柱”的鹰状星云M16的照片,至今位列哈勃拍摄的最佳照片前十名。任何人第一眼看到这张照片时都会被震撼,它美丽得不可思议,像一排壮观的手指,“指尖”似乎在发光,而那正是恒星形成之处。如此瑰丽惊人,以至于NASA专门为它召开了一次电视新闻发布会。事实上,当时的NASA副局长爱德华·韦勒第一眼看到这张照片时,就脱口而出:“当它发布后,会登上世界每一份报纸的头版!”
  
 
 
  随着这张照片频繁登上报纸、邮票及各种印刷品,媒体和公众对它不吝赞美和追捧。这令科学家意识到,美本身就有其影响力。“创生之柱”成为了哈勃望远镜历史上的转折点,改变了人们想象和思考宇宙的普遍方式:宇宙不仅诉诸理性,也诉诸感性。
 
  “创生之柱”也催生了一个新的计划。哈勃望远镜在常规观测任务外,有一部分“自由支配时间”,以应对一些特殊事件。NASA空间望远镜科学研究所的四位天文学家向所长威廉姆斯提议说,可以从中拿出一小部分时间来给那些引人注目的天体以更大视场的图像,通过重拍或重构来加深、拓宽场景,这就是“哈勃传承计划项目”。如今,项目组获得了包括草帽星系图在内的众多壮观的哈勃摄影作品,并让全世界都能通过这双“眼睛”看到深邃的宇宙。很多人在观看这些图像的过程中,成为了哈勃的粉丝,培养起对天文学的热爱。
3. 那些改变世界的事儿
在1993年的大修之前,尽管存在光学误差,但哈勃望远镜依然能为人们分辨出之前在地面上无法观测到的超新星1987A的细节,“重写了关于恒星爆炸的教科书”;它也帮助人们发现了巨型椭圆星系M87中心亮度的变化,暗示在其内部存在超大质量黑洞,这让一直以来人们对于黑洞的理论预测有了现实依据。
 
经过维修之后,哈勃望远镜更是大展身手,带领科学家观测到了各种不可思议的奇景,破解或至少是接近宇宙间的一个个秘密:它“目睹”了彗星SL-9和木星迎头相撞并在木星上留下的“疤痕”,探索恒星的起源和毁灭,叩问其他星球上是否存在生命痕迹,探寻暗物质的存在,证实了爱因斯坦基于广义相对论预测的、连他自己也认为人类永远不可能观测到的“引力透镜”现象……
 
从时间和空间上,哈勃望远镜都重新塑造了我们的世界观。宇宙有多久?1990年,天文学家对于宇宙年龄的推测还是100亿到200亿年之间,随着哈勃获得越来越丰富的观测结果,这个数据现在已经精确到了138亿年。宇宙有多深?1995年,一张名为“哈勃深场”的合成照片引起公众和科学界巨大兴趣,照片上拍到的最遥远的星系距我们有100多亿光年,以至于我们看到的仅是其几十亿年前的模样。现在,这项研究已经朝“哈勃超深场”挺进了。
  
这些论题都太遥远?其实,有一件为我们普通人十分熟悉的天文学事件,也和哈勃望远镜有关。这就是十年前令人瞠目结舌、一片哗然的冥王星“降级”事件。冥王星原本是太阳系第九大行星,1978年由天文学家发现了第一颗卫星(冥卫一),2005年由哈勃望远镜发现了冥卫二和冥卫三。2006年,“新视野号”航天器计划接近冥王星,为了避免灾难,哈勃前期需要搜索冥王星周围的碎片。就在执行这项过程中,又发现了冥卫四和冥卫五,也就是说迄今发现了冥王星的五颗卫星。按照国际天文学联合会在2006年的新定义,没有“清除所在轨道上其他天体”且质量不足的冥王星就被从行星降级为“矮行星”了。
 
 
 
   “拥抱哈勃”:传奇不褪色
  自1993年维修之后,哈勃望远镜又分别在1997年、1999年、2002年进行了三次维护。然而不久之后,它又一次面临着被放弃的命运。2004年,NASA局长肖恩·奥基夫宣布取消原定的最后一次维修计划,以后也不会再有维护哈勃的飞行任务。
  这个决定多少是无奈的。2003年2月1日,“哥伦比亚号”航天飞机在返回地球过程中解体,七名宇航员遇难,重演了1986年“挑战者号”失事的悲剧。为了规避风险,决策者们改变策略,宣布建设新的空间站和太空船,届时剩余的航天飞机将退役。然而航天飞机是维护哈勃的唯一途径,终止航天飞机任务无异于加速哈勃的灭亡。
 
 
  不料,这个放弃维修的决定遭到了公众狂风暴雨般的反对,大量抗议邮件涌向国会和NASA,其中包括一个愤怒的粉丝团体“拥抱哈勃协会”。事实上,如今的人们大多数已经投入到了“拥抱哈勃”的队伍中。哈勃十年如一日地贡献着美丽的宇宙图像,被视为“人民的望远镜”,让观看的人们觉得自己和那运行在数百千米轨道上的飞行器之间有了某种情感连结,无法接受它的白白陨落和突然消失。
 
 
  抗议带来了莫大的压力,NASA在经过一系列论证之后,2006年,宣布会再一次维修哈勃。执行任务的宇航员中有一位叫约翰·格朗斯菲尔德,他是NASA的首席科学家,也是名副其实的“哈勃修理工”。从1999年到2009年,他一共五次到达太空,其中三次都是去维修哈勃望远镜,没有人比他造访次数更多。他对哈勃有着深厚的感情,认为它是“人类有史以来最重要的科学仪器”,并始终推动NASA重启哈勃维护任务。他曾告诉那些试图让他明白风险的质疑者说,他愿意为了哈勃的科学前景搭上生命,“哈勃不仅仅是望远镜,它是人类探索知识的象征”。
  
  2009年最后一次维修哈勃,从宇航员格朗斯菲尔德的面罩反光中可看到地球
  又过了三年,2009年5月11日,格朗斯菲尔德和他的同事们终于搭乘“亚特兰蒂斯号”航天飞机升空,与哈勃相会。这一次修复中,替换的第三代广角相机和宇宙起源光谱仪为哈勃带来了新的太空之眼。重新上线的哈勃成了一架更为强大的望远镜,在进一步探测恒星诞生、宇宙膨胀、天体运行和深场巡天等方面开足马力,继续带领人们追溯那些怀想已久的宇宙终极问题。当然,也为预计于2018年发射的下一代空间望远镜“詹姆斯·韦伯”铺平道路。
 
 
  总有一天,也许并不遥远,随着航天飞机退役,哈勃会结束它的任务。这难免令人依依不舍,但它作为先驱者的光芒永远不会消褪。每当人们重新翻开那些色彩斑斓、神奇陆离的宇宙图谱,就会想起是它让我们看到了人类原本无法看到的世界,重新思考宇宙和人的关系。

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