技术:人类的宇宙之眼：全民偶像“哈勃”时代30年

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作者:黄京一茹利军

1990年4月24日清晨，在美国佛罗里达州肯尼迪航天中心，发现号航天飞机带着为天文行业做出了巨大贡献的超级明星哈勃太空望远镜，在空中飞行。 在随后的30年里，这架望远镜多次锁定，绝命。 其卓越的成就不仅打开了人类探索宇宙的窗户，而且彻底打破了人类对过去宇宙的认识和看法。

30年后的今天，人类回顾哈勃望远镜的传说之路，试图重新连接它的一系列碎片化的过去，再现了构想、研究开发、发射、探索的全景历史，寻找唯美画面背后的困难障碍，人类迈出了宇宙探索的这一大步

/梦想出航

400多年前，伽利略举起自己制作的简易望远镜对准星空，看到与前人看到的完全不同的星空，掀起了人类探索宇宙的热潮。 望远镜成为观测天空不可或缺的重要工具，天文学探索直接改变了人们对宇宙的看法和宇宙观念，进行了重建。 后来几百年，望远镜的口径越来越大，制作技术更先进了。 通过望远镜，人们发现的天体和宇宙现象也更多。

“银河系本来就是我们所有的宇宙，还是银河系之外有其他星系那样的结构？ 》20世纪天文学的大争论当时没有结果。 但是几年后，美国天文学家埃德温·哈勃( edwin hubble )当时采用了世界最大口径的2.5米钩望远镜，发现银河系外存在其他星系，这些星系远离我们的银河系。 这一系列发现使我们意识到宇宙如此广阔，宇宙正在膨胀，成为宇宙大爆炸理论的观测基础，哈勃也被称为“20世纪最大的科学家之一”。

天文学家也发现，地球大气对望远镜观测结果的影响不仅是成像质量受到大气湍流的影响，光谱中的红外线和紫外线也会被大气层吸收。 于是，望远镜从地面向宇宙成为必然。

为了得到更完美的宇宙图像，20世纪40年代，美国天文学家提出了发射宇宙望远镜的想法。 教授美国普林斯顿大学的天文学家莱曼·斯皮策报告了宇宙望远镜可能会发现意想不到的新现象，从而有可能改变人类关于空间和时间的基本观念，这成为哈勃望远镜的出发点，他也是这个伟大的道理

当时昂贵技术困难的宇宙望远镜压倒了大部分天文学家，但随着1957年苏联第一颗人造卫星升天，天文界看到了希望。 作为一个例子

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以事论事

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1995年，“哈勃”历时10天，对大熊座的小天区进行了近100小时的观测，拍摄了342张照片，合成得到了有名的哈勃深场( hdf )照片。

这张著名照片揭示了前所未有的遥远星系的大量细节，创造了历史。 深场所有的亮斑都是银河，每个银河都含有几百亿到万亿颗恒星，其中可以识别的银河有3000多个，这些遥远的银河比我们裸眼能看到最黑暗的天体暗40亿倍。

后来，哈勃望远镜升级了几次，拍摄了更深的照片——哈勃超深宇宙( hudf )。 2009年，哈勃望远镜累计了23天的曝光时间，得到了迄今为止最深的照片，哈勃极深场( xdf )。

自从20世纪20年代哈勃第一次发现河外星系以来，大家心中的问题是整个宇宙有多少个银河。 70年后，哈勃的深度照片第一次知道了宇宙的数量。 现在，从哈勃深场到哈勃超深宇宙、哈勃极深场，看到的银河数量从数千亿个扩大到数千亿个，这个结果让人思考人类在宇宙中的位置和宇宙本质等深刻的问题。

宇宙的年龄

宇宙有多古老？ 那个也有年龄吗？ 在这个终极哲学问题上，“哈勃”也同样做出了巨大的贡献。 哈勃常数是测量宇宙现在膨胀率的尺度，其倒数反映了宇宙的年龄。 以前，由于各种明确的距离方法的矛盾，哈勃常数的误差非常大，宇宙的年龄也在50亿年到200亿年之间粗略。

正确测量哈勃常数是哈勃望远镜的中心项目之一。 从90年代末到20世纪前10年，随着哈勃望远镜的进一步观测，天文学家研究了造父变光星、la型超新星等多种距离指标，使哈勃常数的不明确度从10%下降到3%。 依靠哈勃常数的精度，天文学家终于把宇宙的年龄精确到了138亿年。

超大质量黑洞普遍存在。

说到黑洞大家都不知道，在科学普及的推动下，不仅进入了大众文化的视野，而且成为了科幻电影的基本设定。

在1990年哈勃望远镜发射之前，天文学家们只在双星系统中证明了黑洞的存在。 哈勃望远镜发现，从一百万个太阳的质量到几十亿个太阳的质量，银河中心潜藏着惊人的黑洞类型。

天文学家们随后用“哈勃”探索多个星系的中心，寻找超大质量黑洞。 这个宇宙的“人口普查”让天文学家们发现超大质量黑洞实际上非常普遍，即使没有各自的大银河，大部分大银河的中心也有一个。 更惊人的是，中央黑洞的质量和银河中心由恒星构成的核球的质量直接相关，核球的质量越大，黑洞的质量就越大。

“宇宙的巨眼”

不仅是科学行业，哈勃无数美丽的照片深深扎根于今天人们的文化生活。

你在网上搜索“创生之柱”，不仅是这张哈勃最有名的照片之一，也是系列畅销书小说《真理之剑》( sword of truth )的书目，从叛逆的金属乐队的名字来看，“哈勃”的衍生品也给了我们 哈勃望远镜不仅是科学的象征，也关系到与一般宇宙相距甚远的认识。

从2009年哈勃望远镜最后修理到现在已经过了11年，随着作为其后继者的网络宇宙望远镜( jwst )的完善，哈勃望远镜在宇宙中的使命也将进入倒计时。 但是，30年来，其曲折动人的传说无法复制，在人类探索宇宙的历史上留下了宝贵的一笔，永远流传下来……。

哈勃望远镜的研究扩展到天文学的各个行业，但还有很多辉煌的成果尚待评论。

理解哈勃的美好经验和伟大成就

作者介绍/

黄京一，中国科学院国家天文台工程师，《中国国家天文》部主任。

感谢刚利军研究者对本论文的指导。