哈勃太空望遠(yuǎn)鏡；哈勃空間望遠(yuǎn)鏡；哈勃天文望遠(yuǎn)鏡

【專家解說】：　　哈勃空間望遠(yuǎn)鏡科技名詞定義　　中文名稱：哈勃空間望遠(yuǎn)鏡 英文名稱：Hubble space telescope;HST 定義：1990年4月24日發(fā)射的,設(shè)置在地球軌道上的,通光口徑2.4m的反射式天文望遠(yuǎn)鏡.用于從紫外到近紅外(115—1 010nm) 探測宇宙目標(biāo).配備有光譜儀及高速光度計等多種附屬設(shè)備.由高增益天線通過中繼衛(wèi)星與地面聯(lián)系.計劃工作15年.為紀(jì)念E.P.Hubble而得名. 應(yīng)用學(xué)科：天文學(xué)（一級學(xué)科）；天文儀器（二級學(xué)科） 本內(nèi)容由全國科學(xué)技術(shù)名詞審定委員會審定公布　　哈勃望遠(yuǎn)鏡哈勃空間望遠(yuǎn)鏡（Hubble Space Telescope,縮寫為HST）,是以天文學(xué)家愛德溫·哈勃（Edwin Powell Hubble）為名,在軌道上環(huán)繞著地球的望遠(yuǎn)鏡.它的位置在地球的大氣層之上,因此獲得了地基望遠(yuǎn)鏡所沒有的好處-影像不會受到大氣湍流的擾動,視相度絕佳又沒有大氣散射造成的背景光,還能觀測會被臭氧層吸收的紫外線.于1990年發(fā)射之后,已經(jīng)成為天文史上最重要的儀器.它已經(jīng)填補(bǔ)了地面觀測的缺口,幫助天文學(xué)家解決了許多根本上的問題,對天文物理有更多的認(rèn)識.哈勃的哈勃超深空視場是天文學(xué)家曾獲得的最深入（最敏銳的）的光學(xué)影像.　　大氣層中的大氣湍流與散射,以及會吸收紫外線的臭氧層,這些因素都限定了地面上望遠(yuǎn)鏡做進(jìn)一步的觀測.太空望遠(yuǎn)鏡的出現(xiàn)使天文學(xué)家成功地擺脫地面條件的限制,并獲得更加清晰與更廣泛波段的觀測圖像. 　　空間望遠(yuǎn)鏡的概念最早出現(xiàn)上個世紀(jì)40年代,但一直到上個世紀(jì)90年代,哈勃空間望遠(yuǎn)鏡才正式發(fā)射升空,并觀測迄今. 　　哈勃空間望遠(yuǎn)鏡屬于美國航空航天局(NASA)與歐洲航天局(ESA)哈勃望遠(yuǎn)鏡的太空圖　　的合作項目,其主要目標(biāo)是建立一個能長期在太空中進(jìn)行觀測的軌道天文臺.它的名字來源于美國著名天文學(xué)家埃德溫·哈勃. 　　1990年4月25日,由美國航天飛機(jī)送上太空軌道的 “哈勃”望遠(yuǎn)鏡長13.3米,直徑4.3米,重11.6噸,造價近30億美元.它以2.8萬公里的時速沿太空軌道運(yùn)行,清晰度是地面天文望遠(yuǎn)鏡的10倍以上.同時,由于沒有大氣湍流的干擾,它所獲得的圖像和光譜具有極高的穩(wěn)定性和可重復(fù)性. 　　哈勃望遠(yuǎn)鏡幫助科學(xué)家對宇宙的研究有了更深的了解.然而,由于美國航空航天局將哈勃SM4確定為最后一次維修任務(wù),因此,哈勃的退役在即,而它新的繼任者詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡（JWST）將發(fā)射升空,并逐步接替哈勃太空望遠(yuǎn)鏡的工作.　　編輯本段發(fā)展歷史　　規(guī)劃設(shè)計和準(zhǔn)備工作　　空間望遠(yuǎn)鏡之父萊曼·斯必澤. 　　哈勃空間望遠(yuǎn)鏡的歷史可以追溯至1946年天文學(xué)家萊曼·斯必澤（Lyman Spitzer, Jr.）所提出的論文：《在地球之外的天文觀測優(yōu)勢》.在文中,他指出在太空中的天文臺有兩項優(yōu)于地面天文臺的性能.首先,角分辨率（物體能被清楚分辨的最小分離角度）的極限將只受限于衍射,而不是由造成星光閃爍、動蕩不安的大氣所造成的視象度.在當(dāng)時,以地面為基地的望遠(yuǎn)鏡解析力只有0.5-1.0弧秒,相較下,只要口徑2.5米的望遠(yuǎn)鏡就能達(dá)到理論上衍射的極限值0.1弧秒.其次,在太空中的望遠(yuǎn)鏡可以觀測被大氣層吸收殆盡的紅外線和紫外線. 　　斯必澤以空間望遠(yuǎn)鏡為事業(yè),致力于空間望遠(yuǎn)鏡的推展.在1962年,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,在1965年,斯必澤被任命為一個科學(xué)委員會的主任委員,該委員會的目的就是建造一架空間望遠(yuǎn)鏡. 　　在第二次世界大戰(zhàn)時,科學(xué)家利用發(fā)展火箭技術(shù)的同時,曾經(jīng)小規(guī)模的嘗試過以太空為基地的天文學(xué).在1946年,首度觀察到了太陽的紫外線光譜.英國在1962年發(fā)射了太陽望遠(yuǎn)鏡放置在軌道上,做為亞利安太空計劃的一部分.1966年NASA進(jìn)行了第一個軌道天文臺（OAO）任務(wù),但第一個OAO的電池在三天后就失效,中止了這項任務(wù)了.第二個OAO在1968至1972年對恒星和星系進(jìn)行了紫外線的觀測,比原先的計劃多工作了一年的時間. 　　軌道天文臺任務(wù)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,因此在1968年NASA確定了在太空中建造直徑3米反射望遠(yuǎn)鏡的計劃,當(dāng)時暫時的名稱是大型軌道望遠(yuǎn)鏡或大型空間望遠(yuǎn)鏡（LST）,預(yù)計在1979年發(fā)射.這個計劃強(qiáng)調(diào)須要有人進(jìn)入太空進(jìn)行維護(hù),才能確保這個所費(fèi)不貸的計劃能夠延續(xù)夠長的工作時間；并且同步發(fā)展可以重復(fù)使用的航天飛機(jī)技術(shù),才能使前項計劃成為可行的計劃.　　資金需求　　軌道天文臺計劃的成功,鼓舞了越來越強(qiáng)的公眾輿論支持,大型空間望遠(yuǎn)鏡應(yīng)該是天文學(xué)領(lǐng)域內(nèi)重要的目標(biāo).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).在這之后,NASA下一個需要排除的障礙就是資金的問題,因為這比任何一個地面上的天文臺所耗費(fèi)的資金都要龐大許多倍.美國的國會對空間望遠(yuǎn)鏡的預(yù)算需求提出了許多的質(zhì)疑,為了與裁軍所需要的預(yù)算對抗,當(dāng)時就詳細(xì)的列出了望遠(yuǎn)鏡的硬件需求以及后續(xù)發(fā)展所需要的儀器.在1974年,在裁減政府開支的鼓動下,杰拉爾德·福特剔除了所有進(jìn)行空間望遠(yuǎn)鏡的預(yù)算. 　　在康涅狄格州丹柏立的Perkin-Elmer公司拋光中的哈勃主鏡 　　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,最后參議院決議恢復(fù)原先被國會刪除的一半預(yù)算. 　　資金的縮減導(dǎo)致目標(biāo)項目的減少,鏡片的口徑也由3米縮為2.4米,以降低成本和更有效與緊密的配置望遠(yuǎn)鏡的硬件.原先計劃做為先期測試,放置在衛(wèi)星上的1.5米空間望遠(yuǎn)鏡也被取消了,對預(yù)算表示關(guān)切的歐洲航天局也成為共同合作的伙伴.歐洲航天局同意提供經(jīng)費(fèi)和一些望遠(yuǎn)鏡上需要的儀器,像是做為動力來源的太陽能電池,回饋的是歐洲的天文學(xué)家可以使用不少于15%的望遠(yuǎn)鏡觀測時間.在1978年,美國國會撥付了36,000,000C元美金,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.在1980年初,望遠(yuǎn)鏡被命為哈勃,以紀(jì)念在20世紀(jì)初期發(fā)現(xiàn)宇宙膨脹的天文學(xué)家艾德溫·哈勃.　　設(shè)計與制造　　空間望遠(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,還有精密定位傳感器（FGS）,洛克希德被委托建造安裝望遠(yuǎn)鏡的太空船.　　光學(xué)望遠(yuǎn)鏡的組合安裝（OTA）　　望遠(yuǎn)鏡的鏡子和光學(xué)系統(tǒng)是最關(guān)鍵的部分,因此在設(shè)計上有很嚴(yán)格的規(guī)范.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,但是因為空間望遠(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)到可見光波長的二分之一,也就是大約30納米. 　　珀金埃爾默刻意使用極端復(fù)雜的電腦控制拋光機(jī)研磨鏡子,但卻在最尖端的技術(shù)上出了問題；柯達(dá)被委托使用傳統(tǒng)的拋光技術(shù)制做一個備用的鏡子（柯達(dá)的這面鏡子現(xiàn)在永久保存在史密松寧學(xué)會）).1979年,珀金埃爾默開始磨制鏡片,使用的是超低膨脹玻璃,為了將鏡子的重量降至最低,采用蜂窩格子,只有表面和底面各一吋是厚實的玻璃. 　　鏡子的拋光從1979年開始持續(xù)到1981年5月,拋光的進(jìn)度已經(jīng)落后并且超過了預(yù)算,這時NASA的報告才開始對珀金埃爾默的管理結(jié)構(gòu)質(zhì)疑.為了節(jié)約經(jīng)費(fèi),NASA停止支援鏡片的制作,并且將發(fā)射日期延后至1984年10月.鏡片在1981年底全部完成,并且鍍上了75nm厚的鋁增強(qiáng)反射,和25 nm厚的鎂氟保護(hù)層. 　　因為在光學(xué)望遠(yuǎn)鏡組合上的預(yù)算持續(xù)膨脹,進(jìn)度也落后的情況下,對珀金埃爾默能否勝任后續(xù)工作的質(zhì)疑繼續(xù)存在.為了回應(yīng)被描述成“未定案和善變的日報表”,NASA將發(fā)射的日期再延至1985年的4月.但是,珀金埃爾默的進(jìn)度持續(xù)的每季增加一個月的速率惡化中,時間上的延遲也達(dá)到每個工作天都在持續(xù)落后中.NASA被迫延后發(fā)射日期,先延至1986年3月,然后又延至1986年9月.這時整個計劃的總花費(fèi)已經(jīng)高達(dá)美金11億7500萬.　　太空平臺系統(tǒng)　　安置望遠(yuǎn)鏡和儀器的太空船是主要工程上的另一個挑戰(zhàn).它必須能勝任與抵擋在陽光與地球的陰影之間頻繁進(jìn)出所造成的溫度變化,還要極端的穩(wěn)定并能長間的將望遠(yuǎn)鏡精確的對準(zhǔn)目標(biāo).以多層絕緣材料制成的遮蔽物能使望遠(yuǎn)鏡內(nèi)部的溫度保持穩(wěn)定,并且以輕質(zhì)的鋁殼包圍住望遠(yuǎn)鏡和儀器的支架.在外殼之內(nèi),石墨環(huán)氧的框架將校準(zhǔn)好的工作儀器牢固的固定住. 　　有一段時間用于安置儀器和望遠(yuǎn)鏡的太空船在建造上比光學(xué)望遠(yuǎn)鏡的組合來得順利,但洛克希德仍然經(jīng)歷了預(yù)算不足和進(jìn)度的落后,在1985年的夏天之前,太空船的進(jìn)度落后了個月,而預(yù)算超出了30%.馬歇爾太空飛行中心的報告認(rèn)為洛克希德在太空船的建造上沒有采取主動,而且過度依賴NASA的指導(dǎo).　　1980年,建造中的哈勃望遠(yuǎn)鏡.在1983年,空間望遠(yuǎn)鏡科學(xué)協(xié)會（STScI）在經(jīng)歷NASA與科學(xué)界之間的權(quán)力爭奪后成立.空間望遠(yuǎn)鏡科學(xué)協(xié)會隸屬于美國大學(xué)天文研究聯(lián)盟 （AURA）,這是由32個美國大學(xué)和7個國際會員組成的單位,總部坐落在馬里蘭州巴爾地摩的約翰·霍普金斯大學(xué)校園內(nèi).空間望遠(yuǎn)鏡科學(xué)協(xié)會負(fù)責(zé)空間望遠(yuǎn)鏡的操作和將數(shù)據(jù)交付給天文學(xué)家.美國國家航空航天局(NASA)想將之做為內(nèi)部的組織,但是科學(xué)家依據(jù)科學(xué)界的做法將之規(guī)劃創(chuàng)立成研究單位,由NASA位在馬里蘭州綠堤,空間望遠(yuǎn)鏡科學(xué)協(xié)會南方48公里,的哥達(dá)德太空飛行中心和承包廠商提供工程上的支援.哈勃望遠(yuǎn)鏡每天24小時不間斷的運(yùn)作,由四個工作團(tuán)隊輪流負(fù)責(zé)操作. 　　空間望遠(yuǎn)鏡歐洲協(xié)調(diào)機(jī)構(gòu)于1984年設(shè)立在德國鄰近慕尼黑的Garching bei München,為歐洲的天文學(xué)家提供相似的支援.　　儀器　　攜帶哈伯空間望遠(yuǎn)鏡進(jìn)入軌道的航天飛機(jī)升空.在發(fā)射時,哈勃空間望遠(yuǎn)鏡攜帶的儀器如下：廣域和行星照相機(jī)（WF/PC）戈達(dá)德高解析攝譜儀（GHRS）高速光度計（HSP）) 暗天體照相機(jī)（FOC） 　　暗天體攝譜儀（FOS） 　　WF/PC原先計劃是光學(xué)觀測使用的高分辨率照相機(jī).由NASA的噴射推進(jìn)實驗室制造,附有一套由48片光學(xué)濾鏡組成,可以篩選特殊的波段進(jìn)行天體物理學(xué)的觀察.整套儀器使用8片CCD,做出了兩架照相機(jī),每一架使用4片CCD."廣域照相機(jī)"（WFC）因為視野較廣,在解像力上有所損失,而"行星照相機(jī)"（PC）以比WFC長的焦距成像,所以有較高的放大率. 　　GHRS是被設(shè)計在紫外線波段使用的攝譜儀,由哥達(dá)德太空中心制造,可以達(dá)到90,000的光譜分辨率,同時也為FOC和FOS選擇適宜觀測的目標(biāo).FOC和FOS都是哈勃空間望遠(yuǎn)鏡上分辨率最高的儀器.這三個儀器都舍棄了CCD,使用數(shù)位光子計數(shù)器做為檢測裝置.FOC是由歐洲航天局制造, FOS 則由Martin Marietta公司制造. 　　最后一件儀器是由威斯康辛麥迪遜大學(xué)設(shè)計制造的HSP,它用于在可見光和紫外光的波段上觀測變星,和其他被篩選出的天體在亮度上的變化.它的光度計每秒鐘可以偵測100,000次,精確度至少可以達(dá)到2%. 　　哈勃空間望遠(yuǎn)鏡的導(dǎo)引系統(tǒng)也可以做為科學(xué)儀器,它的三個精細(xì)導(dǎo)星傳感器（FGS）在觀測期間主要用于保持望遠(yuǎn)鏡指向的準(zhǔn)確性, 但也能用于進(jìn)行非常準(zhǔn)確的天體測量,測量的精確度達(dá)到 0.0003弧秒.用于光學(xué)觀測的高分辨率照相機(jī).由NASA的噴射推進(jìn)實驗室制造,附有48片光學(xué)濾鏡,可以通過篩選特殊的波段進(jìn)行天體物理學(xué)的觀察. 　　廣域照相機(jī)（WFC）視野較廣,因此在解像能力上有所不足,但可對光度微弱的天體進(jìn)行全景觀測.而行星照相機(jī)每個畫素的解析力為0.043弧秒,可以與廣域照相機(jī)互補(bǔ),用于高分辨率的觀測. 　　在1993年12月STS-61的維修任務(wù)中,廣域和行星照相機(jī)被新的第二代替換,為了避免混淆,通常WFPC就是第一代的廣域和行星照相機(jī),新機(jī)稱為WFPC-2. 　　WFPC-2本身也將在第四次維修任務(wù)中被在1997年開始研發(fā)的WFC-3替換.　　戈達(dá)德高解析攝譜儀　　戈達(dá)德高解析攝譜儀是被用于紫外線波段的攝譜儀,由戈達(dá)德太空中心制造,可以達(dá)到90,000的光譜分辨率.它舍棄了CCD,使用數(shù)位光子計數(shù)器作為檢測裝置.在1997年2月的哈柏維護(hù)任務(wù)中被太空望遠(yuǎn)鏡影像攝譜儀（STIS）取代.　　高速光度計　　高速光度計能夠快速的測量天體的光度變化和偏極性.它可以每10微秒在紫外線、可見光和近紅外線的波段上測量一次光度,因此用于在可見光和紫外線波段上觀測變星,精確度至少可以達(dá)到2%. 高速光度計因為主鏡的光學(xué)問題,自升空以來一直未能成功使用.1993年12月,在第一次的哈勃維護(hù)任務(wù)中,它被用于矯正其他儀器的光學(xué)問題的太空望遠(yuǎn)鏡光軸補(bǔ)償校正光學(xué)（COSTAR）替換掉.　　暗天體照相機(jī)　　暗天體照相機(jī)的觀測波段在115至650納米,它在2002年被先進(jìn)巡天照相機(jī)（ACS）取代.　　暗天體攝譜儀　　暗天體攝譜儀是觀測波長在1150至8500埃的攝譜儀.在1997年第二次哈勃維護(hù)任務(wù)中被太空望遠(yuǎn)鏡影像攝譜儀（STIS）取代.