哈勃太空望遠鏡的起步之路坎坷

該望遠鏡的首席科學家於1972年開始該專案的工作,為世界上第一個不受地球大氣模糊效應影響的望遠鏡爭取支援

以下文章經許可轉載自The Conversation,這是一個涵蓋最新研究的線上出版物。

天文氣柱和塵埃的標誌性影像,星系形成後不久的景象,以及由暗能量驅動的加速宇宙……公眾和納稅人說“給我們更多!”。哈勃太空望遠鏡無疑是當今最受歡迎的科學專案之一。但情況並非總是如此。

奠定基礎
它的起源可以追溯到幾乎所有天文學家都使用照相底片在地面望遠鏡上記錄影像的時代,因此在太空中建立一個雄心勃勃且昂貴的觀測站的想法並不受歡迎。


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20世紀60年代最有影響力的天文學家認為,最好把這筆錢花在15個帕洛瑪山200英寸巨型望遠鏡的複製品上,而不是把所有賭注都押在一個不如它大的太空望遠鏡上。

儘管如此,美國宇航局還是將哈勃視為一個長期目標。到20世紀70年代初,隨著航天器的初步設計產生,我的同事們瞭解了哈勃的潛力,情況開始發生變化。

這種太空望遠鏡能夠拍攝出質量上的巨大飛躍的影像,就像伽利略將第一個天文望遠鏡應用於肉眼觀察一樣。它將探測到比地面巨型天文臺探測極限更遠的恆星和星系。我於1972年離開我在芝加哥大學的教授職位,成為該擬議專案的科學負責人,並認為收集科學支援是我最重要的直接工作。

最終,這個想法流行起來,美國和歐洲大多數主要天文臺的科學家和團體都參與了建造天文臺、其各個科學儀器以及規劃要進行的科學研究。從普遍的懷疑到天文學家不想錯過這班船,情況發生了變化。

哈勃太空望遠鏡的設計目的是能夠比任何基於地面的裝置更深入地探索宇宙的過去。點選影像放大。圖片來源:NASA

最初的幾年用於許多型別的科學儀器的初步設計,使用了透過競爭選拔出來的科學家。當我們進入選擇團隊建造儀器時,我們舉行了一場新的比賽。選擇了提出最現代方法的團隊,留下了一些自早期研究以來就參與其中的人員。

硬體在1977年開始建造,甚至早於哈勃在1978財政年度獲得國會資助。準備工作在坎坷而昂貴的道路上進行,這將使其準備在1986年末發射。但隨後發生了太空梭挑戰者號事故,隨著航天運輸系統重新投入使用,導致了數年的延誤。哈勃最終在1990年4月乘坐發現號太空梭進入太空。

最初的坎坷之路
幾周內,看起來那些早期的懷疑者是我們中最明智的人。望遠鏡的主鏡以極高的精度製造出來,並以空前的精度測量;但是測量裝置錯位了。這個錯誤導致了一個形成退化影像的鏡子。不是90%的光聚焦的單個清晰核心,而是有一個包含20%的光的清晰核心,周圍有一個光暈。我們被公開批評,被調查,並且成為惡搞漫畫的主題。“科技火雞”是一個流行的描述。

然而,研究人員開發了計算機程式來準確去除光暈,由此產生的影像的科學價值開始被認可。在接下來的幾年裡,關於哈勃的文章從最初的“如此重大的失誤怎麼會發生”的主題,變成了“殘廢的哈勃已經顯示出這個有趣的科學結果”的引言,直到最後科學故事只是在最後一段提到哈勃正在使用有缺陷的鏡子工作,但預計在第一次維修任務後情況會有所改善。

 

並且他們在1993年12月的維修任務中確實有所改進。那次的成功反映了美國宇航局和航空航天工程師和管理人員、太空望遠鏡科學研究所和宇航員團的輝煌時刻(實際上是幾年)。科學儀器被安置在易於更換的盒子中。在1990年發射之前,製作了一個空儀器箱,以備其中一個科學儀器未能及時準備好時使用。

這個盒子被改裝成容納一組鏡子,這些鏡子將校正來自有缺陷的主鏡的會聚光束,使其以原始狀態到達科學儀器。安裝了一個備用成像相機,其內部鏡子中已經包含了校正,這是其設計的一部分。哈勃獲救了,實際上產生的影像比我們公開預測的還要好。

重回正軌
令人高興的是,剩下的就是歷史了。

另外四次維修任務更換了故障元件,修復了在軌儀器,並更換了支援裝置(例如資料記錄器和計算機)以及科學儀器,因此今天的哈勃比以往任何時候都更強大。如果沒有能力進行額外的維修任務,它的壽命將受到限制。無論我們還剩下多少時間都將是值得歡迎的,但在任何情況下,哈勃太空望遠鏡都必須被視為一次勝利。

能夠站在哈勃專案的最前沿並塑造它所採取的方向是令人欣慰的。在我最喜歡的天文物體獵戶座星雲的工程影像是在第一次維修任務之前製作的。我被允許訪問這些影像,並在分析中發現了現在被稱為星周盤的物體。這些是環繞非常年輕的恆星(年齡遠小於一百萬年)的星周物質和原行星盤。

這些發現引發了一系列使用哈勃的研究,這些研究一直持續到今天。我剛剛提交了一篇關於其中最新的一篇論文,以供出版。它利用了最早和最近的影像之間的時間差異,這使我們能夠看到星雲的變化,並追蹤從獵戶座最年輕的恆星中噴射出來的物質,從而闡明恆星及其行星的形成過程。

這只是如果沒有像哈勃這樣的太空望遠鏡,我們現在肯定不會取得的發現之一。

C·羅伯特·奧德爾是範德比爾特大學的物理學和天文學研究教授,並接受美國宇航局的資助.

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