哈勃空间望远镜

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1、哈勃空间望远镜发现号航天飞机在 STS-82 维修任务中拍摄的哈伯 空间望远镜机构:NASA/ESA波段:光学、紫外线、近红外线NSSDC ID:1990-037B位置:低地球轨道轨道:椭圆高度:589 公里，366 英里周期:96-97 分钟速度:7,500 米/秒 (16,800 英里/时)重力加速 度:8.169 米/秒 2发射 日期:1990 年 4 月 24 日任务时间: 19 年零 11 个月零 1 日除役:大约 20132021 年质量:11,000 公斤 (24,250 磅)类型:RC 反射镜口径:2.4 米 (94 英吋)集光面积: 约 4.3 平方米 (46 平方英呎)焦距

2、:57.6 m (189 ft)NICMOS:红外相机/光谱仪ACS:光学巡天相机WFPC2:广角相机（光学）STIS:光学光谱仪/相机（失败）FGS:三个精细导星传感器网址:http:/www.nasa.gov/hubble http:/hubble.nasa.gov http:/hubblesite.org http:/www.spacetelescope.org哈伯空间望远镜（Hubble Space Telescope，缩写为 HST） ，是以天文学家爱德温哈伯 （Edwin Powell Hubble）为名，在地球轨道的望远镜。哈勃望远镜接收地面控制中心（美 国马里兰州的霍普金斯大学

3、内）的指令并将各种观测数据通过无线电传输回地球。由于它 位于地球大气层之上，因此获得了地基望远镜所没有的好处影像不受大气湍流的扰动、 视相度绝佳，且无大气散射造成的背景光，还能观测会被臭氧层吸收的紫外线。于 1990 年 发射之后，已经成为天文史上最重要的仪器。它成功弥补了地面观测的不足，帮助天文学 家解决了许多天文学上的基本问题，使得人类对天文物理有更多的认识。此外，哈伯的超 深空视场则是天文学家目前能获得的最深入、也是最敏锐的太空光学影像。 从它于 1946 年的原始构想开始，直到发射为止，建造空间望远镜的计划不断的被延迟和受 到预算问题的困扰。在它发射之后，立即发现主镜有球面像差，严重的

4、降低了望远镜的观 测能力。幸好在 1993 年的维修任务之后，望远镜恢复了计划中的品质，并且成为天文学研 究和推展公共关系最重要的工具。哈伯空间望远镜和康普顿 射线天文台、钱德拉 X 光 天文台、斯皮策空间望远镜都是美国宇航局大型轨道天文台计划的一部分1 。哈勃空间 望远镜由 NASA 和 ESA 合作共同管理。 哈伯的未来依靠后续的维修任务是否成功，维持稳定的几个陀螺仪已经损坏，目前（2007 年） ，连备用的也已经耗尽，而且另一架用于指向的望远镜功能也在衰减中。陀螺仪必须要 以人工进行维修，在 2007 年 1 月 30 日，主要的先进巡天照相机（ACS）也停止工作，在 执行人工维修之前，

5、只有超紫外线的频道能够使用。另一方面，如果没有再提升来增加轨 道高度，阻力会迫使望远镜在 2010 年重返大气层。自从 2003 年航天飞机哥伦比亚不幸事 件之后，由于国际太空站和哈伯不在相同的高度上，使得太空人在紧急状况下缺乏安全的 避难场所，因而 NASA 认为以载人太空任务去维修哈伯望远镜是不合情理的危险任务。 NASA 在从新检讨之后，执行长麦克格里芬在 2006 年 10 月 31 日决定以亚特兰大进行最后 一次的哈伯维修任务，任务的时间安排在 2008 年 9 月 11 日， 2 基于安全上的考量，届 时将会让发现号在 LC-39B 发射台上待命，以便在紧急情况时能提供救援。计划中

6、的维修 将能让哈伯空间望远镜持续工作至 2013 年。如果成功了，后继的詹姆斯韦伯空间望远镜 （JWST）应该已经发射升空，可以衔接得上任务了。韦伯空间望远镜在许多研究计划上的 功能都远超过哈伯，但将只观测红外线，因此在光谱的可见光和紫外线领域内无法取代哈 伯的功能。目录 隐藏 1 概念、设计和目标 1.1 规划设计和准备工作 1.2 资金需求 1.3 设计与制造 1.4 光学望远镜的组合安装（OTA） 1.5 太空平台系统 1.6 地面支持1.7 挑战者号爆炸事故 1.8 仪器 2 镜片的瑕疵 2.1 问题的根源 2.2 解决方案 2.3 COSTAR 3 维护任务和新仪器 3.1 第一次维

7、护任务 3.2 第二次维护任务 3.3 第三次维护任务(3A) 3.4 第四次维护任务(3B) 3.5 最近的维护任务(SM4) 4 科学上的成就 4.1 重要的发现 5 参考著作 6 参考文献 7 外部链接 7.1 官方网站 7.2 历史 7.3 新闻编辑 概念、设计和目标 编辑 规划设计和准备工作空间望远镜之父莱曼斯皮策。 哈伯空间望远镜的历史可以追溯至 1946 年天文学家莱曼斯皮策（Lyman Spitzer, Jr.）所 提出的论文：在地球之外的天文观测优势 。在文中，他指出在太空中的天文台有两项优 于地面天文台的性能。首先，角分辨率（物体能被清楚分辨的最小分离角度）的极限将只 受限

8、于衍射，而不是由造成星光闪烁、动荡不安的大气所造成的视象度。在当时，以地面 为基地的望远镜解析力只有 0.5-1.0 弧秒，相较下，只要口径 2.5 米的望远镜就能达到理论 上衍射的极限值 0.1 弧秒。其次，在太空中的望远镜可以观测被大气层吸收殆尽的红外线 和紫外线。 斯皮策以空间望远镜为事业，致力于空间望远镜的推展。在 1962 年，美国国家科学院在一 份报告中推荐空间望远镜做为发展太空计划的一部分，在 1965 年，斯皮策被任命为一个科 学委员会的主任委员，该委员会的目的就是建造一架空间望远镜。在第二次世界大战时，科学家利用发展火箭技术的同时，曾经小规模的尝试过以太空为基 地的天文学。在

9、 1946 年，首度观察到了太阳的紫外线光谱。英国在 1962 年发射了太阳望 远镜放置在轨道上，做为亚利安太空计划的一部分。1966 年 NASA 进行了第一个轨道天文 台（OAO）任务，但第一个 OAO 的电池在三天后就失效，中止了这项任务了。第二个 OAO 在 1968 至 1972 年对恒星和星系进行了紫外线的观测，比原先的计划多工作了一年的 时间。 轨道天文台任务展示了以太空为基地的天文台在天文学上扮演的重要角色，因此在 1968 年 NASA 确定了在太空中建造直径 3 米反射望远镜的计划，当时暂时的名称是大型轨道望 远镜或大型空间望远镜（LST） ，预计在 1979 年发射。这个

10、计划强调须要有人进入太空进 行维护，才能确保这个所费不贷的计划能够延续够长的工作时间；并且同步发展可以重复 使用的航天飞机技术，才能使前项计划成为可行的计划。3 编辑 资金需求 轨道天文台计划的成功，鼓舞了越来越强的公众与论支持大型空间望远镜应该是天文学领 域内重要的目标。在 1970 年 NASA 设立了两个委员会，一个规划空间望远镜的工程，另 一个研究空间望远镜任务的科学目标。在这之后，NASA 下一个需要排除的障碍就是资金 的问题，因为这比任何一个地面上的天文台所耗费的资金都要庞大许多倍。美国的国会对 空间望远镜的预算需求提出了许多的质疑，为了与裁军所需要的预算对抗，当时就详细的 列出了

11、望远镜的硬件需求以及后续发展所需要的仪器。在 1974 年，在裁减政府开支的鼓动 下，杰拉尔德福特剔除了所有进行空间望远镜的预算。 为回应此，天文学家协调了全国性的游说努力。许多天文学家亲自前往拜会众议员和参议 员，并且进行了大规模的信件和文字宣传。国家科学院出版的报告也强调空间望远镜的重 要性，最后参议院决议恢复原先被国会删除的一半预算。 资金的缩减导致目标项目的减少，镜片的口径也由 3 米缩为 2.4 米，以降低成本和更有效 与紧密的配置望远镜的硬件。原先计划做为先期测试，放置在卫星上的 1.5 米空间望远镜 也被取消了，对预算表示关切的欧洲空间局也成为共同合作的伙伴。欧洲空间局同意提供

12、经费和一些望远镜上需要的仪器，像是做为动力来源的太阳能电池，回馈的是欧洲的天文 学家可以使用不少于 15%的望远镜观测时间。在 1978 年，美国国会拨付了 36,000,000 元 美金，让大型空间望远镜开始设计，并计划在 1983 年发射升空。在 1980 年初，望远镜被 命为哈伯，以纪念在 20 世纪初期发现宇宙膨胀的天文学家艾德温哈伯。 编辑 设计与制造1979 年 5 月，在康涅狄格州丹柏立的 Perkin-Elmer 公司抛光中的哈伯主镜。出现在图中的 是服务于珀金埃尔默工程师是马丁椰林博士。 空间望远镜的计划一经批准，计划就被分割成许多子计划分送各机关执行。 马歇尔太空飞行中心（

13、MSFC）负责设计、发展和建造望远镜，金石太空飞行中心（GSFC）负责科学仪 器的整体控制和地面的任务控制中心。马歇尔太空飞行中心委托珀金埃尔默设计和制造空 间望远镜的光学组件，还有精密定位传感器（FGS） ，洛克希德被委托建造安装望远镜的太 空船。4 编辑 光学望远镜的组合安装（OTA） 望远镜的镜子和光学系统是最关键的部分，因此在设计上有很严格的规范。一般的望远镜， 镜子在抛光之后的准确性大约是可见光波长的十分之一，但是因为空间望远镜观测的范围 是从紫外线到近红外线，所以需要比以前的望远镜更高十倍的解析力，它的镜子在抛光后 的准确性达到可见光波长的廿分之一，也就是大约 30 纳米。 珀金埃

14、尔默刻意使用极端复杂的电脑控制抛光机研磨镜子，但却在最尖端的技术上出了问 题；柯达被委托使用传统的抛光技术制做一个备用的镜子（柯达的这面镜子现在永久保存 在史密松宁学会） 。5)。1979 年，珀金埃尔默开始磨制镜片，使用的是超低膨胀玻璃，为 了将镜子的重量降至最低，采用蜂窝格子，只有表面和底面各一吋是厚实的玻璃。 镜子的抛光从 1979 年开始持续到 1981 年 5 月，抛光的进度已经落后并且超过了预算，这 时 NASA 的报告才开始对珀金埃尔默的管理结构质疑。为了节约经费，NASA 停止支援镜 片的制作，并且将发射日期延后至 1984 年 10 月。镜片在 1981 年底全部完成，并且镀

15、上了 75 nm 厚的铝增强反射，和 25 nm 厚的镁氟保护层。 因为在光学望远镜组合上的预算持续膨胀，进度也落后的情况下，对珀金埃尔默能否胜任 后续工作的质疑继续存在。为了回应被描述成“未定案和善变的日报表“， NASA 将发射的 日期再延至 1985 年的 4 月。但是，珀金埃尔默的进度持续的每季增加一个月的速率恶化中， 时间上的延迟也达到每个工作天都在持续落后中。NASA 被迫延后发射日期，先延至 1986 年 3 月，然后又延至 1986 年 9 月。这时整个计划的总花费已经高达美金 11 亿 7500 万。4 编辑 太空平台系统1980 年，建造中的哈伯望远镜。 安置望远镜和仪器的

16、太空船是主要工程上的另一个挑战。它必须能胜任与抵挡在阳光与地 球的阴影之间频繁进出所造成的温度变化，还要极端的稳定并能长间的将望远镜精确的对 准目标。以多层绝缘材料制成的遮蔽物能使望远镜内部的温度保持稳定，并且以轻质的铝 壳包围住望远镜和仪器的支架。在外壳之内，石墨环氧的框架将校准好的工作仪器牢固的 固定住。 有一段时间用于安置仪器和望远镜的太空船在建造上比光学望远镜的组合来得顺利，但洛 克希德仍然经历了预算不足和进度的落后，在 1985 年的夏天之前，太空船的进度落后了个 月，而预算超出了 30%。马歇尔太空飞行中心的报告认为洛克希德在太空船的建造上没有 采取主动，而且过度依赖 NASA 的指导。4 编辑 地面支持 在 1983 年，空间望远镜科学协会（STScI）在经历 NASA 与科学界之间的权力争夺后成立。空间望远镜科学协会隶属于美国大学天文研究联盟 （AURA） ，这是由 32 个美国大学和 7 个国际会员组成的单位，总部坐落在马里兰州巴尔地摩的约翰霍普金斯大学校园