Hubble Space Telescope

哈勃空间望远镜，距离地面550公里的地球轨道上，拍照特清楚，不受大气层干扰，没有背景光污染，能观测红外线和紫外线。解决了许多天文学的基本问题。对于NASA仅次于登月，人类最成功的科学仪器之一。

猴头星云局部

6年前小编生日那天，哈勃拍摄了这张红外光谱照片。

6,400光年外的猎户座猴头星云NGC2174的一小部分。猴头星云是个巨大的“造星工厂”，灰色朦胧的部分是尘埃云。在星云中心区域，大量新出生恒星宝宝正在内部尘埃中闪耀。

庆祝哈勃望远镜30周年的NASA特别活动，输入生日，得哈勃拍摄星空美图。拿来做生日或纪念日的贺卡或者锁屏图都不错，如下图。网站链接文末点击扩展链接。也可以关注，后台输入需要的日期，我会发送对应的照片和简介给大家。

这张照片我一直就很喜欢，前几天才知道它其实拍摄于我生日那天，感觉更喜欢了，打算用它做个手机锁屏。

【望远镜】是最早列入计划的一个系列，这是系列的第一期。

NASA：美国国家航空航天局

哈勃空间望远镜 Hubble Space Telescope

【小档案】

身长：13.2米

眼睛大小：2.4米 主镜直径

体重：10886公斤 发射时

12247公斤 现在

年龄：30岁 1990年4月24日发射

记得高中时，学校组织全年级乘船去岳阳楼春游。去的时候江轮逆流而上，开的很慢。晚上，我和一位同学偷爬上江轮顶，听着克莱德曼的《星空》仰望群星，那时的星空远比城市中更璀璨。

上期：御光飞行的16岁少年，斩破绝对时空。发型最酷的科学剑客|智者说。写在爱因斯坦75周年祭，围观世纪天才的初恋故事，从童年和成长看天才如何造就。

No.1 身价不菲的巨人之眼

独眼巨人 Cyclops

独眼巨人，希腊文Κύκλωψ，意思是圆眼。希腊神话里的独眼巨人强壮、固执、感情冲动，擅长制造使用各种工具和武器。

“喂？是NASA吗？”

NASA：“是的，有事吗？”

“哦，我听说你那里有个价值几十亿的望远镜~”

NASA：“只多不少吧，发射前成本就25亿，5次维修每次10几亿，每年。。。”

“停！停！停！听起来很牛哈。我就问问能租吗？多少钱一小时？”

“我不是正算着嘛，成本咱不谈了。每年日常修护费用1亿美元，每小时就是11416美元。。。”

“。。。对方已下线。。。”

对话纯虚构，雷同纯巧合。

哈勃望远镜花费确实不少，从1968年立项到1990年发射时造价已达25亿美元。5次太空维修任务要靠航天飞机执行，每次发射维护花费在10-15亿美元。而日常维护、地面支持每年大约1亿。据NASA自己的统计，2009年执行完最后一次太空维修任务，总花费已超过96亿美元。要知道最初的预算才4亿美元，这个超预算也超的太离谱了。

空间望远镜也叫天基望远镜，早在1946年的一篇论文就分析了天基望远镜相对地面望远镜的两个巨大优势：1、分辨率极限至少能提高5-10倍，2、能观测红外线和紫外线。其实这两个都是大气层的影响，大气不断流动和光的衍射，还吸收了大部分红外线和紫外线。哈勃望远镜就像一个在大气层外探出头的独眼巨人。

五次“太空眼科手术”：

哈勃望远镜项目几经波折，尤其是1986年挑战者号航天飞机灾难事故。90年终于发射时被所有人寄予厚望，谁知道却是个“先天近视眼”。

第一张照片传回地球时，焦点没对上！科学家们快崩溃了。虽然仍比地面望远镜效果略好，但远远没有达到预期。25亿美金的大相机拍照是虚的。这一消息引起舆论哗然，被各大媒体各种嘲讽，被说成美国最大的白象工程（大而无用）。根本原因是一个透镜的位置偏离了1.3毫米，却产生了严重的球面像差。这一问题直到1993年的第一次太空维修才得以解决。

第一次矫正前后图像对比

1993年，第一次太空眼科手术：加上了一套补偿矫正系统COSTAR，相当于给哈勃望远镜戴了副眼镜。

1997，1999，2002年，进行3次维修，对很多设备进行了更新维护。

2009年，第五次太空大手术：最危险最困难也是最后一次。这次行动更换了大量设备和辅助仪器，是一次脱胎换骨的更新。如果成功哈勃能续命5年，但风险极高。当时NASA让另一艘航天飞机奋进号发射台待命，随时准备上天营救执行任务的亚特兰蒂斯号。

而之后随着2011年航天飞机的退役，维护工作也变几乎不可能。

哈勃的设计寿命是15年，能使用到今天已大大超出预期，预计于2030-2040年退役。

最后一次太空维修

透露一个小秘密，其实想用哈勃望远镜可以完全免费！

No.2 哈勃望远镜使用指南

2万光年外的恒星团，Westerlund 2

真有这么好的事？花费百亿美元的项目免费用？

这是真的，哈勃望远镜的使用不需要付费，不是只有NASA员工才能使用。只要你是个人，有足够好的研究点子，就可以去申请哈勃望远镜的观测时间。所以哈勃望远镜也被称为：“人类之眼”。你只要写个申请提案，写下你申请使用的科学意义和技术论证。而且必须在4页纸以内。提交给哈勃望远镜的管理机构—太空望远镜研究所，他们会组织科学家审核所有提案。最终有大约20%的提案会被批准。不过据我所知，如果不是专业天文学家，极少能通过审核，迄今为止也就十几个。

具体怎么用呢？使用哈勃并不需要穿上太空服，具体细节跟太空望远镜研究所沟通好，地面中心会把指令发送给哈勃，执行完成后哈勃再把图像数据传回。

处女座的草帽星系，2800万光年

发现了吗？审核机构并不是NASA或者什么美国官方机构，这背后有一段在美国宇航局与整个科学界之间的反复争夺。NASA当然希望完全保留在内部，但一大批科学家们希望它能以学术机构为基础建立。要感谢这些科学家你才有机会免费申请和使用“人类之眼”。

No.3 哈勃都发现了什么？

神秘山，船底座大星云的尘埃气体柱，8500光年

发现1：确认宇宙的年龄

哈勃望远镜1990年发射时，主要目标之一就是测量宇宙膨胀的速度，来确定宇宙确切的年龄。哈勃常数的原来误差高达50％。得益于哈勃望远镜，最新的误差率不到5％。

说人话就是，科学家原来预测宇宙年龄为10-200亿年，这范围也太宽了吧，在哈勃望远镜协助下修正宇宙年龄为约138亿年。这可是科学上的最大谜题之一啊。

现在最普遍认可的宇宙起源假说是大爆炸理论，宇宙膨胀的速度到底有多快呢？科学家是以遥远星系远离地球的速度来参照的。2018年7月，通过哈勃望远镜和盖亚任务，测出哈勃常数为：73.52 ± 1.62 km/s/Mpc

发现2：发现黑洞普遍存在

爱因斯坦的相对论揭示了黑洞存在的可能，但爱因斯坦本人却一直不愿相信黑洞的存在。哈勃望远镜不仅确定了黑洞是存在的，还确认了几乎每个活跃星系的中心都有一个超大质量黑洞。

螺旋星系Caldwell67，中心的超大质量黑洞

距离地球4500万光年，螺旋星系Caldwell67的中心有个巨大黑洞，其质量约为太阳的1亿倍。超大质量的黑洞正在吞噬周围的物质。物质被拉入黑洞时会释放出强大的辐射，使星系的中心更加明亮。

哈勃发射前，科学家普遍认为黑洞只在少数星系中存在。哈勃的发现使科学界普遍的认识到星系的核心是黑洞。

不知道你是否有过这类思考：太阳占太阳系总质量99.86%，那银河系的核心是什么样的？银河系包含几千亿个恒星，从尺度对比来看，银河系的核心是怎样一个巨大的天体啊。那它应该非常明亮和巨大，这和我们的观测完全不符合。星系核心是黑洞是一个很合理的推论。

通过哈勃对大量遥远星系的观测，发现每个活跃星系的中心都有一个超大质量黑洞。

发现3：宇宙有多少星星？

小时候就算你没有躺在妈妈怀里数过星星，也一定听过数星星的歌。

哈勃超深场拍摄，近10000个星系

这张照片其实很不简单，当时哈勃望远镜对准的是一小片空旷天空，大约只有月球直径的十分之一，从地面观察完全是一篇空白，啥也没有。而哈勃在前后3个多月的800次曝光中，最终发现了约10000个星系。

在哈勃帮助下，科学家们确定了宇宙的大小（可观测宇宙）为约930亿光年。因而推测可观测宇宙中星系的总数约为2000亿个。而每个星系有超过数百亿个恒星。其实都是推测，只是有了哈勃以后，推测的更靠谱一些。

哈勃的发现还有很多，不光是宇宙的演化，也包括太阳系内的行星，彗星的研究，银河系的大小和质量，超新星乃至暗物质的研究。

No.4 仰望星空400年

仙女座的星系玫瑰花，离地球3亿光年

望远镜发明于400年前，经伽利略的改进而应用于天文。

看看哈勃望远镜辉煌的30年：至今执行了130万次观测，飞行64亿公里。

使用哈勃数据已发表15,000篇科学论文，

被其他论文引用738,000次。

每年会产生大约10TB的新数据。

但不论多么辉煌，哈勃已经严重超期服役，最迟到2040年我们将不得不与它告别。

詹姆斯·韦伯太空望远镜准备测试

好在哈勃的继任者，詹姆斯·韦伯太空望远镜已经基本做好了接替哈勃的准备，目前计划于2021年3月发射。悄悄告诉你啊，这个已经花费100亿美元的项目已经延期了好几次。最近也因为疫情暂停了，个人估计发射还会再次延期。

詹姆斯·韦伯太空望远镜艺术假象图

与哈勃不同，韦伯将前往距离地球150万公里的拉格朗日点L2，做个安静的美男子。这个距离是不可能派宇航员前往维修的，必须万无一失。关于詹姆斯·韦伯太空望远镜我们以后再详细聊。

哈勃望远镜以他命名

埃德温·哈勃 1889-1953

星系天文学之父

我们会在以后的智者说系列里介绍他的故事

NASA庆祝哈勃30周年的特别活动，输入生日或其它日期，就可看到哈勃望远镜对应日期拍摄的太空美图。拿来做生日或者纪念日的贺卡，或者做个手机锁屏也不错。

NASA活动链接点击阅读原文。也可以关注号，回复想要的日期，我会把相应的哈勃照片和简介发给大家。

上期：御光飞行的16岁少年，斩破绝对时空。发型最酷的科学剑客|智者说

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