歡迎來到“火星茶館”，這是一次有關(guān)宇宙與航天內(nèi)容的嘗試，想提供有情懷、有深度的科普。

哈勃望遠(yuǎn)鏡漂浮在地球上空

作者按：在天文學(xué)家眼中，哈勃望遠(yuǎn)鏡更像是一個知名人士，而不是一個公交車般長，位于太空的光學(xué)儀器。哈勃望遠(yuǎn)鏡是人類探索宇宙的英雄壯舉。他命運(yùn)坎坷，多次身處絕境；他大放異彩，徹底改變了人類對宇宙的看法。本期將向各位客官講述哈勃望遠(yuǎn)鏡的傳奇故事。

為了更美的星空

有兩種東西，我對它們的思考越是深沉和持久，它們在我的心靈中喚起驚奇和敬畏就會與日俱增，這就是我頭頂上的星空和心中的道德律?！?康德

璀璨銀河橫貫夜空

每當(dāng)太陽西沉，星星高懸在漆黑的穹幕，射下美麗的星光。星空映照在眼睛上，會有神秘而深邃的感覺涌上心頭，同時會被某種美麗而壯闊的力量所震撼。人類深深注視著星空，沉醉在美中，也試圖理解這世界和自我的命運(yùn)。

伽利略與望遠(yuǎn)鏡

400多年前，當(dāng)偉大的伽利略歷史性地舉起自己制作的簡易望遠(yuǎn)鏡對準(zhǔn)了星空，他比前人看到了更深邃更美妙的星空。從伽利略以后，天文望遠(yuǎn)鏡成為了觀測天體不可或缺的重要工具，可以毫不夸張地說，沒有望遠(yuǎn)鏡的誕生和發(fā)展，就沒有現(xiàn)代天文學(xué)。隨著望遠(yuǎn)鏡在各方面性能的改進(jìn)和提高，天文學(xué)也正經(jīng)歷著巨大的飛躍，迅速推進(jìn)著人類對宇宙的認(rèn)識。

美國加州威爾遜山天文臺的虎克反射望遠(yuǎn)鏡（口徑2.54米，美國天文學(xué)家哈勃在此發(fā)現(xiàn)宇宙膨脹）

各大光學(xué)望遠(yuǎn)鏡的主鏡尺寸比較

隨著天文望遠(yuǎn)鏡的口徑越來越大，制作工藝越來越先進(jìn)，人類能看到的星空更加清晰豐富了。人類對星空的研究越深入，也就對宇宙了解得更多，也就更發(fā)現(xiàn)自己是多么無知。而地面光學(xué)觀測的極限也在逐步接近，人類要看到更美的星空需要付出的代價越來越大，而這一切源于大氣層的存在。大氣層是人類生存的保障，卻是天文觀測的障礙。動蕩不安的大氣層造成星光的閃爍，就是俗話說的星星眨眼。而且光譜中的紅外線和紫外線被大氣層吸收殆盡，造成地面觀測的缺失。要知道，紅外線和紫外線中也包含著豐富的宇宙信息。在地面隔著大氣層通過光學(xué)觀測星空，就好比我們?nèi)⒂^一個世界名畫展，可眼前的畫不是變形，就是失真，甚至干脆看不見。人類也嘗試在遠(yuǎn)離城市燈光污染，大氣層更稀薄的高海拔地區(qū)建立天文觀測臺。取得了一些改進(jìn)，但效果終究有限。

大氣層 對不同波段電磁波的不透明率（主要能透過的是可見光和無線電波）

1923年，德國火箭先驅(qū)赫爾曼·奧特伯在《飛往星際空間的火箭》中首次提出將望遠(yuǎn)鏡放入太空軌道。而被稱為史上最偉大的火箭科學(xué)家馮·布勞恩就是受到《飛往星際空間的火箭》的啟迪，開始對星際旅行深深著迷。后來不但馮·布勞恩成為了奧特伯的學(xué)生，還成為了美國航天計劃的重要領(lǐng)導(dǎo)者。1946年，二戰(zhàn)剛結(jié)束，美國天文學(xué)家萊曼·斯皮策在論文《在地球之外的天文觀測優(yōu)勢》中具體論證了空間望遠(yuǎn)鏡的優(yōu)勢：1、可以將清晰度至少提高一個數(shù)量級；2、可以全波段無障礙觀測，包括紅外線和紫外線。斯皮策的這篇論文可以說是哈勃空間望遠(yuǎn)鏡的起點(diǎn)，在其后的20世紀(jì)60、70年代，斯皮策也一直是哈勃空間望遠(yuǎn)鏡的有力推動者。這兩位極具浪漫主義和冒險精神的科學(xué)家，像燈塔一樣照亮著人類科學(xué)前進(jìn)的道路，為了更美的星空，為了宇宙的奧秘。

天馬行空的科幻迷 赫爾曼·奧特伯

既是科學(xué)家又是登山家的萊曼·斯皮策

命名哈勃

20世紀(jì)50年代開始，美國和蘇聯(lián)這兩個超級大國展開了激烈競爭，人類在太空領(lǐng)域的發(fā)展也由此獲得了歷史性的機(jī)遇。從20世紀(jì)50年代到90年代，人類經(jīng)歷一個太空發(fā)展的黃金時代，短時間內(nèi)實(shí)現(xiàn)了人造衛(wèi)星、宇航員、航天飛機(jī)、空間站、空間望遠(yuǎn)鏡等一系列太空奇跡。那是一個值得所有人銘記的輝煌歲月。哈勃望遠(yuǎn)鏡也誕生于這個時期，故事的精彩程度一點(diǎn)也不遜色于其它太空事件。

你爭我奪的美蘇太空競賽

1962年，也就是斯皮策的論文發(fā)表16年后，美國國家科學(xué)院在一份報告中推薦空間望遠(yuǎn)鏡做為發(fā)展太空計劃的一部分。1965年，斯皮策被任命領(lǐng)導(dǎo)一個科學(xué)委員會，該委員會目的在于研究大型空間望遠(yuǎn)鏡的可能用途，并在1969年公布了名為《大型空間望遠(yuǎn)鏡的科學(xué)用途》的研究報告。美國國家科學(xué)院在1969年批準(zhǔn)了“大型空間望遠(yuǎn)鏡”項(xiàng)目，并繼續(xù)進(jìn)行可行性研究。

在理解宇宙的物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)、尺寸和演化過程等方面，大型空間望遠(yuǎn)鏡將做出主導(dǎo)性的貢獻(xiàn)。? ——? 《大型空間望遠(yuǎn)鏡的科學(xué)用途》

《大型空間望遠(yuǎn)鏡的科學(xué)用途》? 的封面

要真正將空間望遠(yuǎn)鏡從科學(xué)夢想變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，美國國家航空航天局（NASA，1958年10月1日成立）的支持和投入是不可或缺的。實(shí)際上，從20世紀(jì)60年代開始，馮·布勞恩以及他的團(tuán)隊已經(jīng)開始思考如何應(yīng)對空間望遠(yuǎn)鏡的挑戰(zhàn)。1966年和1968年，NASA分別進(jìn)行了兩次軌道天文臺（OAOs）任務(wù)，完成了外太空的紫外線觀測，展示了以太空為基地的天文臺在天文學(xué)上扮演的重要角色。在1970年NASA設(shè)立了兩個委員會，一個規(guī)劃空間望遠(yuǎn)鏡的工程，另一個研究空間望遠(yuǎn)鏡任務(wù)的科學(xué)目標(biāo)。

NASA早期標(biāo)志

1969年，隨著阿波羅11登月計劃的成功，NASA的太空經(jīng)費(fèi)開始縮減，大型空間望遠(yuǎn)鏡項(xiàng)目也面臨危險。1975年，眾議院撥款小組委員會刪除了大型空間望遠(yuǎn)鏡項(xiàng)目的預(yù)算。為回應(yīng)此，天文學(xué)家協(xié)調(diào)了全國性的游說努力。許多天文學(xué)家親自前往拜會眾議員和參議員，并且進(jìn)行了大規(guī)模的信件和文字宣傳。國家科學(xué)院出版的報告也強(qiáng)調(diào)空間望遠(yuǎn)鏡的重要性。同時，為了縮減預(yù)算支出，美國國家航空航天局將望遠(yuǎn)鏡口徑從3米降至2.4米，儀器設(shè)備也相應(yīng)縮水，并邀請歐洲航天局（ESA）加入承擔(dān)15%的研制經(jīng)費(fèi)，相應(yīng)給予歐洲科學(xué)家不少于15%的使用時間。通過這一系列的操作，將預(yù)算縮減為原來的一半，大約為2億美元。1977年，最后國會通過了新的預(yù)算，至此大型空間望遠(yuǎn)鏡項(xiàng)目正式啟動。1983年，望遠(yuǎn)鏡被命為哈勃，以紀(jì)念美國著名的天文學(xué)家艾德溫·哈勃。哈勃在20世紀(jì)初期證實(shí)了星河系外其他星系的存在，并發(fā)現(xiàn)了宇宙膨脹的現(xiàn)象，建立了哈勃定律，為大爆炸理論提供了證據(jù)。哈勃被天文學(xué)界尊稱為星系天文學(xué)之父，而哈勃望遠(yuǎn)鏡的觀測任務(wù)在很大程度上正是基于哈勃的工作，因此以他的名字命名再合適不過了。

徹夜進(jìn)行天文觀測的哈勃

哈勃望遠(yuǎn)鏡的設(shè)計制造

對大型空間望遠(yuǎn)鏡項(xiàng)目來說，預(yù)算縮水是一個不小的打擊。美國作出發(fā)展航天飛機(jī)的決策，則是大型空間望遠(yuǎn)鏡項(xiàng)目的重要轉(zhuǎn)機(jī)。航天飛機(jī)可以完成大型空間望遠(yuǎn)鏡的發(fā)射任務(wù)、太空維修任務(wù)，甚至是返回任務(wù)。采用航天飛機(jī)可以極大提高大型空間望遠(yuǎn)鏡的可行性和可擴(kuò)展性。后來哈勃望遠(yuǎn)鏡的歷史證明，采用航天飛機(jī)的方案是極其英明的。哈勃望遠(yuǎn)鏡和航天飛機(jī)都成為了傳奇，在一定程度上相互成就了對方。

大型空間望遠(yuǎn)鏡的設(shè)想圖，已經(jīng)能看出望遠(yuǎn)鏡的基本構(gòu)型和采用航天飛機(jī)進(jìn)行發(fā)射

1978年，美國國會撥付了3600萬美元，讓大型空間望遠(yuǎn)鏡開始設(shè)計，并計劃在1983年發(fā)射升空?？臻g望遠(yuǎn)鏡的計劃一經(jīng)批準(zhǔn)，計劃就被分割成許多子計劃分送各機(jī)關(guān)執(zhí)行。 馬歇爾太空飛行中心（MSFC）負(fù)責(zé)設(shè)計、發(fā)展和建造望遠(yuǎn)鏡，金石太空飛行中心（GSFC）負(fù)責(zé)科學(xué)儀器的整體控制和地面的任務(wù)控制中心。馬歇爾太空飛行中心委托珀金埃爾默設(shè)計和制造空間望遠(yuǎn)鏡的光學(xué)組件，還有精密定位感測器（FGS），洛克希德被委托建造安裝望遠(yuǎn)鏡的太空船。

1979年5月，在康涅狄格州丹柏立的Perkin-Elmer公司拋光中的哈勃主鏡。出現(xiàn)在圖中的是服務(wù)于珀金埃爾默的工程師馬丁椰林博士。

1979年，珀金埃爾默開始哈勃望遠(yuǎn)鏡主鏡的磨制工作，這是望遠(yuǎn)鏡中最關(guān)鍵的部分。一般的望遠(yuǎn)鏡，鏡子在拋光之后的準(zhǔn)確性大約是可見光波長的十分之一，但是因?yàn)榭臻g望遠(yuǎn)鏡觀測的范圍是從紫外線到近紅外線，所以需要比以前的望遠(yuǎn)鏡更高十倍的解析力，它的鏡子在拋光后的準(zhǔn)確性達(dá)到可見光波長的廿分之一，也就是大約頭發(fā)絲直徑的1/3000。為了能達(dá)到如此苛刻的精度要求，珀金埃爾默使用基于計算機(jī)的激光研磨系統(tǒng)制造主鏡。同時，為了能在太空復(fù)雜的環(huán)境條件下能一直保持此精度，特意采用了超低膨脹玻璃。

艱難的發(fā)射

由于包括主鏡研制在內(nèi)的光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)度持續(xù)落后，鏡子于1981年底才全部完成，整個光學(xué)組件直到1984年才完成。與此同時，光學(xué)望遠(yuǎn)鏡組合上的預(yù)算也在持續(xù)膨脹，導(dǎo)致在1986年時比初始預(yù)算增加了5倍。整個哈勃項(xiàng)目的研制飽受質(zhì)疑，特別是光學(xué)部分詬病最多，氣氛越來越緊張。NASA被迫多次推遲發(fā)射時間，從最開始的1983年一直推到1986年。隨著哈勃的各部分于1985年12月到位，美國國家航空航天局最終計劃于1986年10月發(fā)射。

1986年1月28日，挑戰(zhàn)者號航天飛機(jī)自位在佛羅里達(dá)州的肯尼迪航天中心升空。

航天飛機(jī)在升空大約73秒后發(fā)生解體。

就在這個萬事俱備只欠東風(fēng)的時候，一場災(zāi)難正悄悄來臨。1986年1月28日的寒冷早晨，在美國佛羅里達(dá)的卡那維拉爾角，“挑戰(zhàn)者”號航天飛機(jī)升空73秒后爆炸解體，頃刻之間爆裂成一團(tuán)桔紅色火球，碎片拖著火焰和白煙四散飄飛，墜落到大西洋，7名宇航員全部遇難。這場航天災(zāi)難震驚了全世界，讓人扼腕嘆息?！疤魬?zhàn)者”號的失事使美國的航天事業(yè)受到沉重打擊，舉國上下陷入悲痛當(dāng)中，航天飛機(jī)被迫停止了飛行。而“挑戰(zhàn)者”號就是計劃將執(zhí)行哈勃任務(wù)的航天飛機(jī)。命運(yùn)開了個沉痛的玩笑，由于航天飛機(jī)任務(wù)恢復(fù)遙遙無期，哈勃任務(wù)再次陷入泥沼，未來何時，甚至能否進(jìn)入太空都變得非常不確定。

美國國家航空航天局的D-67相機(jī)拍到右側(cè)SRB尾部處，靠近連接該部件與外儲箱的支架處噴出了一股黑灰色的煙霧。

遇難的7名宇航員，從左到右為分別為（前排）邁克爾·J·史密斯、迪克·斯科比、羅納德·麥克奈爾、（后排）鬼冢承次、克麗斯塔·麥考利夫、格里高利·賈維斯和朱迪斯·蕾斯尼克。

我們永遠(yuǎn)緬懷他們，我們不會忘記今晨最后看到他們的情景。他們整裝待發(fā)，向我們揮手致意，然后脫離了大地執(zhí)拗的束縛飛上天際，親近上帝慈愛的面容?！陡吒唢w翔》 ，小約翰·吉列斯比·麥基?

經(jīng)過近5個月艱難細(xì)致的事故調(diào)查，事故調(diào)查委員會確認(rèn)事故原因是O形橡膠環(huán)在低溫下失效，導(dǎo)致燃料泄露并發(fā)生起火爆炸。痛定思痛，此后美國對航天飛機(jī)進(jìn)行了400處以上的改進(jìn)，并加裝了安全系統(tǒng)。1988年9月28日，“發(fā)現(xiàn)”號在航天飛機(jī)任務(wù)中止32個月后升空，這標(biāo)志著航天飛機(jī)項(xiàng)目再次走上正軌。

哈勃望遠(yuǎn)鏡離開航天飛機(jī)的瞬間，展開金色的帆板正對著耀眼的太陽，而鏡筒蓋板則映照著藍(lán)色的地球

哈勃望遠(yuǎn)鏡經(jīng)過漫長的等待，終于等到了最終的發(fā)射。1990年4月24日，裝載哈勃望遠(yuǎn)鏡的“發(fā)現(xiàn)”號航天飛機(jī)成功發(fā)射升空，4月25日將哈勃望遠(yuǎn)鏡送入距地面600公里的軌道。哈勃望遠(yuǎn)鏡經(jīng)歷了一系列內(nèi)部與外部的挫折，從項(xiàng)目開始到發(fā)射歷時20多年，耗資20多億美元，終于得以翱翔太空。哈勃望遠(yuǎn)鏡的偉大使命就此展開，全世界都在等待哈勃即將傳回的圖片。

環(huán)狀星云

下期預(yù)告：就在這個歡欣鼓舞滿懷期待的時候，一次致命的打擊來臨。1990年5月20日，哈勃望遠(yuǎn)鏡向地面?zhèn)骰亓说谝环掌?，成像質(zhì)量太差，遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有達(dá)到設(shè)計要求。是什么原因造成的，又該如何解決？敬請期待“火星茶館”下一期。

下期鏈接：哈勃望遠(yuǎn)鏡的傳奇一生（二）