關於支援科學新聞業
如果您喜歡這篇文章，請考慮透過以下方式支援我們屢獲殊榮的新聞業 訂閱。 透過購買訂閱，您將幫助確保有關塑造我們當今世界的發現和想法的具有影響力的故事的未來。
上個月是哈勃太空望遠鏡發射十九週年紀念日，這個環繞軌道的觀測站已家喻戶曉，並且是天文學的基石。 事實證明，這架望遠鏡具有非凡的韌性，多年來經受了無數次故障——從部署時存在缺陷的主鏡到今年 9 月發生的嚴重電子故障。 每一次，哈勃都堅持了下來，直到宇航員抵達進行維修，而這項操作即將由太空梭機組人員進行最後一次。
美國東部時間週一，太空梭亞特蘭蒂斯號計劃升空執行第五次也是最後一次哈勃維修任務（容易混淆地稱為維修任務 4——名義上的第三次任務被分為兩部分，任務 3A 和 3B）。 四名任務專家將分成兩人小組輪流進行，總共嘗試五次亞特蘭蒂斯號的太空行走，以更換損壞的元件，新增新的科學儀器，並更換望遠鏡的六個 125 磅（57 公斤）電池，這些原始部件為哈勃的夜間執行供電近二十年。
為了瞭解經過翻新的哈勃將具備哪些能力，以及這架望遠鏡在沒有進一步維修的情況下將執行多久，我們採訪了天體物理學家大衛·萊克羅內，他是位於馬里蘭州格林貝爾特的 NASA 戈達德太空飛行中心哈勃太空望遠鏡的高階專案科學家。
[以下是對話的編輯稿。]
從哈勃團隊的角度來看，這次太空梭任務的目標是什麼？
這是我們最後一次維修和升級哈勃的機會。 因此，我們正在更換一些即將老化的部件，以延長哈勃的壽命，然後我們將嘗試利用這額外的 5 到 10 年的壽命，配備我們有史以來最強大的儀器工具。
我們必須對航天器本身進行維護，例如更換電池。 有六個電池是 1990 年發射的，從未更換過——我敢打賭你的手電筒都做不到這一點。 我們還有陀螺儀，可以幫助哈勃保持穩定的指向，這樣它就不會抖動和模糊我們非常高解析度的影像。 這些東西都有已知的平均壽命和磨損機制，所以現在是更換所有六個陀螺儀的時候了。 我們必須更換另一個稱為精細制導感測器的感測器，該感測器既用於幫助控制望遠鏡在天空中的指向，也用於天體測量學的科學研究，即非常精確地測量恆星的位置。
自從我們上次維修哈勃以來已經七年了，正常的維修間隔是三年半左右。 這就像你應該在 5,000 英里時保養你的汽車，但現在已經行駛了 10,000 英里，而且有些東西開始損壞——尤其是在我們的科學儀器套件中。
2002 年，在我們上次維修哈勃之後，在六個科學儀器中我們有 11 個不同的通道在執行。 通道就像一個盒子裡的單個攝像頭； 例如，我們在 2002 年在船上安裝了一個新儀器，即高階巡天相機，它有三個獨立的攝像頭，每個攝像頭都有獨特的功能，我們將每個攝像頭都稱為一個通道。 因此，在上次維修任務後，我們有 11 個通道處於活動狀態； 現在我們只剩下三個了。 在這三個通道中，只有一個在最近一段時間之前被大量使用。 因此，我們用來觀測天空的工具已經嚴重退化。
在這次任務結束後，如果一切順利——這是一項極其複雜和雄心勃勃的任務，所以如果我們沒有完成所有事情，任何人都不應該感到驚訝——我們應該擁有 14 個通道，配備我們有史以來在哈勃上飛行過的最高技術。 它將比以往任何時候都更強大，成為一種科學工具。
最初，這次任務計劃於 2008 年 10 月進行，但由於 9 月份哈勃的資料格式器出現問題，任務被推遲了。 那個小故障如何改變了任務？
那是一個科學儀器指揮和資料處理系統 (SI C&DH) 及其子單元，稱為科學資料格式器，這對於進行觀測並將資料傳回家中至關重要。 幸運的是，我們在本質上是一個計算機系統中擁有兩個冗餘的電子側。 是其中一側發生了故障，所以我們能夠切換到另一側。 我們以前從未這樣做過，但它工作正常。
唯一的問題是我們不再有冗餘。 如果我們冒著七名宇航員的生命危險，並且費盡周折地讓哈勃在未來 5 到 10 年內全面恢復正常執行，我們不希望出現單點故障的可能性，即如果 B 側發生故障，哈勃上的所有科學研究將突然結束。 我們不想這樣做，當時的 NASA 局長邁克·格里芬也不想這樣做。 因此，他叫停了 10 月份發射的準備工作，我們準備好備用的 SI C&DH 系統進行飛行。
那麼您將更換故障的 A 側？
我們將同時更換 A 側和 B 側。 我們將更換整個單元。
就技術升級或延長壽命而言，您希望從這次任務中獲得什麼？
我們正在安裝兩臺全新的科學儀器，然後宇航員將嘗試修復兩臺，包括高階巡天相機和攝譜儀，這兩臺都是非常現代化的儀器，但都發生了電子故障。
其中一臺新儀器稱為廣域相機 3，它將取代廣域行星相機 2 (WFPC2)——這個術語有點奇怪。 我們正在取出自 1993 年以來一直在天文臺中的 WFPC2，並用一臺真正令人驚歎的新相機取而代之，這臺相機中有兩個通道。 一個通道經過最佳化，用於觀測紫外線波長的光，另一個通道經過最佳化，用於觀測近紅外線。 我們哈勃上已經有一臺近紅外儀器，但它的技術非常原始，而新的紅外通道非常出色。 這東西將會大放異彩。
它在任務完成後的一年內將要執行的最重要計劃是另一個超深場。 1995 年有一個哈勃深場，2004 年左右有一個超深場，這些都是在可見光波長下進行的。 現在，我們將在近紅外波長下進行另一個超深場。 由於宇宙正在膨脹，非常非常遙遠、時間非常久遠的天體發出的光會向紅色波長移動。 它可能是在可見光或紫外線中發出的，但當光到達我們這裡時，它已經被宇宙的膨脹移動到紅色和近紅外波長。 因此，如果你想真正追溯到過去，儘可能地追溯到過去，你真的需要在近紅外或紅外波長下進行觀察。
這個近紅外通道將探測到比人類以往拍攝的任何影像都更久遠的時間——微波背景探測器除外，它們一直追溯到宇宙大爆炸。
所以這本質上是一個超-超-超深場。 它有名字了嗎？
和任何名字一樣好。
將要進行這個“超-超-超深場”的同一個團隊在最初的超深場上努力工作，以找到他們能找到的最微弱的原星系或恆星形成的星團。 他們現在已經識別出七八個天體，這些天體發出的光是我們在宇宙大約 7 億至 8 億年前看到的光。 我們認為，有了這個新相機，我們將再往前推進大約 2 億年。
另一臺新儀器怎麼樣？
宇宙起源攝譜儀 (COS)是另一個盒子，就好像它是這樣一樣，它有自己的兩個通道。 它是一個攝譜儀，而不是相機，因此它獲取來自遙遠光源的光，並將其分散到其組成顏色中。 如果您測量光強度如何隨顏色變化，這將為您提供有關發射光的介質的大量資訊——它的溫度、密度、旋轉、化學成分等等。
據我們所知，這是有史以來在太空飛行的最靈敏的攝譜儀。 而望遠鏡背後的攝譜儀的組合將允許觀測者觀察非常遙遠的光源，例如類星體，並將它們用作背景手電筒光束。 來自遙遠類星體的光束將穿過星系之間的物質，而該物質是黑暗的——它不是我們所說的暗物質，但它不會發光，它不會發出自己的光。 因此，您必須觀察它在穿過它的光上留下的吸收印記。 這樣做的目的是分析所謂的宇宙網——星系在其中形成的大規模網狀結構。
我喜歡說我們將追溯星系從搖籃到成熟期的形成和演變故事。 COS 將在這方面發揮巨大作用，並在過程中補充廣域相機 3——這兩種儀器可以協同工作，共同組成這個星系歷史的家庭相簿。
正如您之前提到的，這是哈勃的最後一次維修任務。 太空梭計劃現在似乎真的要進入其計劃的報廢期了。 如果哈勃設法堅持下來，並且 NASA 及時準備好替代航天系統，那麼是否有可能再次執行哈勃任務？
這主要是政策問題：您是否要花費更多資金來維修哈勃，在我們試圖實現的延壽計劃結束時，哈勃將達到 25 歲？
那麼這次任務計劃的延壽期至少要到 2014 年左右？
沒錯。 當然，這將是一個經過顯著翻新的天文臺，配備了許多新東西，因此如果它持續執行的時間比這更長，任何人都不應該感到驚訝，但在紙面上，這就是目標。
所以現在你有一個可能工作正常並且配備了升級技術的天文臺，但它已經 24 或 25 歲了，並且是一個相當小的太空望遠鏡。 您是寧願花錢繼續延長其壽命 5 年或 10 年，還是寧願將這筆錢投資於建造一個類似的但更大的望遠鏡？
有兩個陣營：一個陣營說，在我們獲得哈勃之後的下一個大型望遠鏡和[僅紅外線的]詹姆斯·韋伯太空望遠鏡之前，還有很長一段時間，我們將需要……[哈勃的]……紫外線、可見光和近紅外線能力。 因此，在此期間，“讓我們繼續前進，計劃使用正在開發的用於替代太空梭的星座飛行器進行另一次維修任務。” 另一種思想流派說，“讓我們用這筆錢來邁向下一個重大步驟。” 而現在，後者是 NASA 的官方政策。
我真的認為我們需要繼續推進我喜歡稱之為“哈勃之女”的專案，它的孔徑在 9 米到 16 米之間，而不是哈勃的 2.4 米。 我簡直無法想象我們會看到什麼。