科技改變生活 · 科技引領未來
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HubbleSpaceTelescope哈勃空間望遠鏡，距離地面550公里的地球軌道上，拍照特清楚，不受大氣層干擾，沒有背景光污染，能觀測紅外線和紫外線。解決了許多天文學的基本問題。對于NASA僅次于登月，人類最成功的科學儀器之一。猴頭星云
Hubble Space Telescope
哈勃空間望遠鏡，距離地面550公里的地球軌道上，拍照特清楚，不受大氣層干擾，沒有背景光污染，能觀測紅外線和紫外線。解決了許多天文學的基本問題。對于NASA僅次于登月，人類最成功的科學儀器之一。
猴頭星云局部
6年前小編生日那天，哈勃拍攝了這張紅外光譜照片。
6,400光年外的獵戶座猴頭星云NGC2174的一小部分。猴頭星云是個巨大的“造星工廠”，灰色朦朧的部分是塵埃云。在星云中心區域，大量新出生恒星寶寶正在內部塵埃中閃耀。
慶祝哈勃望遠鏡30周年的NASA特別活動，輸入生日，得哈勃拍攝星空美圖。拿來做生日或紀念日的賀卡或者鎖屏圖都不錯，如下圖。網站鏈接文末點擊擴展鏈接。也可以關注，后臺輸入需要的日期，我會發送對應的照片和簡介給大家。
【望遠鏡】是最早列入計劃的一個系列，這是系列的第一期。
NASA：美國國家航空航天局
【小檔案】
身長：13.2米
眼睛大小：2.4米 主鏡直徑
體重：10886公斤 發射時
12247公斤 現在
年齡：30歲 1990年4月24日發射
記得高中時，學校組織全年級乘船去岳陽樓春游。去的時候江輪逆流而上，開的很慢。晚上，我和一位同學偷爬上江輪頂，聽著克萊德曼的《星空》仰望群星，那時的星空遠比城市中更璀璨。
上期：御光飛行的16歲少年，斬破絕對時空。發型最酷的科學劍客|智者說。寫在愛因斯坦75周年祭，圍觀世紀天才的初戀故事，從童年和成長看天才如何造就。
No.1 身價不菲的巨人之眼
獨眼巨人，希臘文Κ?κλωψ，意思是圓眼。希臘神話里的獨眼巨人強壯、固執、感情沖動，擅長制造使用各種工具和武器。
“喂？是NASA嗎？”
NASA：“是的，有事嗎？”
“哦，我聽說你那里有個價值幾十億的望遠鏡~”
NASA：“只多不少吧，發射前成本就25億，5次維修每次10幾億，每年。。。”
“停！停！停！聽起來很牛哈。我就問問能租嗎？多少錢一小時？”
“我不是正算著嘛，成本咱不談了。每年日常修護費用1億美元，每小時就是11416美元。。。”
“。。。對方已下線。。。”
對話純虛構，雷同純巧合。
哈勃望遠鏡花費確實不少，從1968年立項到1990年發射時造價已達25億美元。5次太空維修任務要靠航天飛機執行，每次發射維護花費在10-15億美元。而日常維護、地面支持每年大約1億。據NASA自己的統計，2009年執行完最后一次太空維修任務，總花費已超過96億美元。要知道最初的預算才4億美元，這個超預算也超的太離譜了。
空間望遠鏡也叫天基望遠鏡，早在1946年的一篇論文就分析了天基望遠鏡相對地面望遠鏡的兩個巨大優勢：1、分辨率極限至少能提高5-10倍，2、能觀測紅外線和紫外線。其實這兩個都是大氣層的影響，大氣不斷流動和光的衍射，還吸收了大部分紅外線和紫外線。哈勃望遠鏡就像一個在大氣層外探出頭的獨眼巨人。
五次“太空眼科手術”：
哈勃望遠鏡項目幾經波折，尤其是1986年挑戰者號航天飛機災難事故。90年終于發射時被所有人寄予厚望，誰知道卻是個“先天近視眼”。
第一張照片傳回地球時，焦點沒對上！科學家們快崩潰了。雖然仍比地面望遠鏡效果略好，但遠遠沒有達到預期。25億美金的大相機拍照是虛的。這一消息引起輿論嘩然，被各大媒體各種嘲諷，被說成美國最大的白象工程（大而無用）。根本原因是一個透鏡的位置偏離了1.3毫米，卻產生了嚴重的球面像差。這一問題直到1993年的第一次太空維修才得以解決。
1993年，第一次太空眼科手術：加上了一套補償矯正系統COSTAR，相當于給哈勃望遠鏡戴了副眼鏡。
1997，1999，2002年，進行3次維修，對很多設備進行了更新維護。
2009年，第五次太空大手術：最危險最困難也是最后一次。這次行動更換了大量設備和輔助儀器，是一次脫胎換骨的更新。如果成功哈勃能續命5年，但風險極高。當時NASA讓另一艘航天飛機奮進號發射臺待命，隨時準備上天營救執行任務的亞特蘭蒂斯號。
而之后隨著2011年航天飛機的退役，維護工作也變幾乎不可能。
哈勃的設計壽命是15年，能使用到今天已大大超出預期，預計于2030-2040年退役。
透露一個小秘密，其實想用哈勃望遠鏡可以完全免費！
No.2 哈勃望遠鏡使用指南
真有這么好的事？花費百億美元的項目免費用？
這是真的，哈勃望遠鏡的使用不需要付費，不是只有NASA員工才能使用。只要你是個人，有足夠好的研究點子，就可以去申請哈勃望遠鏡的觀測時間。所以哈勃望遠鏡也被稱為：“人類之眼”。你只要寫個申請提案，寫下你申請使用的科學意義和技術論證。而且必須在4頁紙以內。提交給哈勃望遠鏡的管理機構—太空望遠鏡研究所，他們會組織科學家審核所有提案。最終有大約20%的提案會被批準。不過據我所知，如果不是專業天文學家，極少能通過審核，迄今為止也就十幾個。
具體怎么用呢？使用哈勃并不需要穿上太空服，具體細節跟太空望遠鏡研究所溝通好，地面中心會把指令發送給哈勃，執行完成后哈勃再把圖像數據傳回。
發現了嗎？審核機構并不是NASA或者什么美國官方機構，這背后有一段在美國宇航局與整個科學界之間的反復爭奪。NASA當然希望完全保留在內部，但一大批科學家們希望它能以學術機構為基礎建立。要感謝這些科學家你才有機會免費申請和使用“人類之眼”。
No.3 哈勃都發現了什么？
發現1：確認宇宙的年齡
哈勃望遠鏡1990年發射時，主要目標之一就是測量宇宙膨脹的速度，來確定宇宙確切的年齡。哈勃常數的原來誤差高達50％。得益于哈勃望遠鏡，最新的誤差率不到5％。
說人話就是，科學家原來預測宇宙年齡為10-200億年，這范圍也太寬了吧，在哈勃望遠鏡協助下修正宇宙年齡為約138億年。這可是科學上的最大謎題之一啊。
現在最普遍認可的宇宙起源假說是大爆炸理論，宇宙膨脹的速度到底有多快呢？科學家是以遙遠星系遠離地球的速度來參照的。2018年7月，通過哈勃望遠鏡和蓋亞任務，測出哈勃常數為：73.52 ± 1.62 km/s/Mpc
發現2：發現黑洞普遍存在
愛因斯坦的相對論揭示了黑洞存在的可能，但愛因斯坦本人卻一直不愿相信黑洞的存在。哈勃望遠鏡不僅確定了黑洞是存在的，還確認了幾乎每個活躍星系的中心都有一個超大質量黑洞。
距離地球4500萬光年，螺旋星系Caldwell67的中心有個巨大黑洞，其質量約為太陽的1億倍。超大質量的黑洞正在吞噬周圍的物質。物質被拉入黑洞時會釋放出強大的輻射，使星系的中心更加明亮。
哈勃發射前，科學家普遍認為黑洞只在少數星系中存在。哈勃的發現使科學界普遍的認識到星系的核心是黑洞。
不知道你是否有過這類思考：太陽占太陽系總質量99.86%，那銀河系的核心是什么樣的？銀河系包含幾千億個恒星，從尺度對比來看，銀河系的核心是怎樣一個巨大的天體啊。那它應該非常明亮和巨大，這和我們的觀測完全不符合。星系核心是黑洞是一個很合理的推論。
通過哈勃對大量遙遠星系的觀測，發現每個活躍星系的中心都有一個超大質量黑洞。
發現3：宇宙有多少星星？
小時候就算你沒有躺在媽媽懷里數過星星，也一定聽過數星星的歌。
這張照片其實很不簡單，當時哈勃望遠鏡對準的是一小片空曠天空，大約只有月球直徑的十分之一，從地面觀察完全是一篇空白，啥也沒有。而哈勃在前后3個多月的800次曝光中，最終發現了約10000個星系。
在哈勃幫助下，科學家們確定了宇宙的大小（可觀測宇宙）為約930億光年。因而推測可觀測宇宙中星系的總數約為2000億個。而每個星系有超過數百億個恒星。其實都是推測，只是有了哈勃以后，推測的更靠譜一些。
哈勃的發現還有很多，不光是宇宙的演化，也包括太陽系內的行星，彗星的研究，銀河系的大小和質量，超新星乃至暗物質的研究。
No.4 仰望星空400年
望遠鏡發明于400年前，經伽利略的改進而應用于天文。
看看哈勃望遠鏡輝煌的30年：至今執行了130萬次觀測，飛行64億公里。
使用哈勃數據已發表15,000篇科學論文，
被其他論文引用738,000次。
每年會產生大約10TB的新數據。
但不論多么輝煌，哈勃已經嚴重超期服役，最遲到2040年我們將不得不與它告別。
好在哈勃的繼任者，詹姆斯·韋伯太空望遠鏡已經基本做好了接替哈勃的準備，目前計劃于2021年3月發射。悄悄告訴你啊，這個已經花費100億美元的項目已經延期了好幾次。最近也因為疫情暫停了，個人估計發射還會再次延期。
與哈勃不同，韋伯將前往距離地球150萬公里的拉格朗日點L2，做個安靜的美男子。這個距離是不可能派宇航員前往維修的，必須萬無一失。關于詹姆斯·韋伯太空望遠鏡我們以后再詳細聊。
哈勃望遠鏡以他命名
星系天文學之父
我們會在以后的智者說系列里介紹他的故事
NASA慶祝哈勃30周年的特別活動，輸入生日或其它日期，就可看到哈勃望遠鏡對應日期拍攝的太空美圖。拿來做生日或者紀念日的賀卡，或者做個手機鎖屏也不錯。
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上期：御光飛行的16歲少年，斬破絕對時空。發型最酷的科學劍客|智者說
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何熙東