哈勃望遠(yuǎn)鏡：36年，從"近視眼"到宇宙攝影師

1990年4月，NASA公布了一組照片，畫面里是船底座方向的一團(tuán)恒星。同一區(qū)域，地面望遠(yuǎn)鏡拍出來像糊了一層的毛玻璃，哈勃太空望遠(yuǎn)鏡卻能把每顆星星拆成清晰的光點。當(dāng)時所有人都覺得，天文學(xué)的新時代來了。

結(jié)果沒過多久，NASA自己出來打臉：這望遠(yuǎn)鏡有嚴(yán)重缺陷。

問題出在主鏡上。這塊直徑2.4米的鏡子，打磨時出現(xiàn)了1.3毫米的間距誤差——差不多是一枚硬幣的厚度。對天文觀測來說，這足以讓所有圖像變成柔焦濾鏡效果。花了十幾億美元的太空項目，剛上天就成了"近視眼"。

三年后，NASA派宇航員上去給它"配了副眼鏡"。1993年的首次維修任務(wù)中，宇航員安裝了一臺冰箱大小的矯正設(shè)備。從那以后，哈勃的成像能力才算真正上線。如今它的故障鏡片早已被全部更換，這臺望遠(yuǎn)鏡已經(jīng)在太空中運轉(zhuǎn)了超過三十年，拍下了大量令人屏息的宇宙影像。

以下是幾張值得記住的照片。

創(chuàng)生之柱（Pillars of Creation）

這是哈勃最著名的作品之一。畫面里三根巨大的氣體和塵埃柱，像宇宙深處的哥特式建筑，正在孕育新的恒星。實際上這些"柱子"已經(jīng)被附近恒星的紫外線侵蝕了數(shù)千年，我們看到的只是它們被照亮的外殼。1995年首次發(fā)布后，這張照片成了哈勃的視覺名片，2014年又用升級后的設(shè)備重拍了一版，細(xì)節(jié)更豐富，色彩更凌厲。

深空場（Hubble Deep Field）

1995年，天文學(xué)家把哈勃對準(zhǔn)大熊座一片看似空無一物的天區(qū)，連續(xù)曝光十天。結(jié)果在這片比滿月小得多的區(qū)域里，發(fā)現(xiàn)了超過3000個星系——有些距離地球超過120億光年，光線出發(fā)時地球還沒誕生。這張照片徹底改寫了普通人"宇宙很空曠"的直覺。

超深空場（Hubble Ultra Deep Field）

2003-2004年的升級版，曝光時間累計超過11天，指向天爐座的一小片黑暗區(qū)域。畫面里大約有10000個星系，其中最遠(yuǎn)的紅移值超過8，意味著它們形成于宇宙大爆炸后約5億年。換句話說，這是人類迄今能看到的最遠(yuǎn)古的可見光圖像之一。

螞蟻星云（Ant Nebula）

一顆垂死恒星噴出的氣體殼層，形狀像螞蟻的頭部和觸角。這類行星狀星云本質(zhì)上和太陽未來的命運有關(guān)——幾十億年后，太陽也會膨脹、拋射外層物質(zhì)，留下一顆白矮星。哈勃的特寫讓我們提前看到了地球家園的遙遠(yuǎn)未來。

草帽星系（Sombrero Galaxy）

側(cè)向盤狀星系，中央隆起像帽頂，周圍塵埃帶像帽檐，輪廓極其銳利。這張照片展示了哈勃在捕捉星系結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)上的能力——地面望遠(yuǎn)鏡受大氣擾動影響，很難達(dá)到這種清晰度。

蟹狀星云（Crab Nebula）

1054年中國天文學(xué)家記錄過的一顆"客星"（超新星爆發(fā)）的遺跡。哈勃多次拍攝這個區(qū)域，捕捉到中心脈沖星周圍的氣體湍流，以及不斷擴(kuò)張的絲狀結(jié)構(gòu)。這是研究恒星死亡機制的重要樣本。

蝴蝶星云（Butterfly Nebula）

又一顆演化末期恒星的杰作，雙瓣結(jié)構(gòu)像展開的翅膀。這類雙極星云的形成機制至今沒有完全搞清楚，可能是恒星自轉(zhuǎn)和磁場共同作用的結(jié)果。哈勃的圖像為理論研究提供了關(guān)鍵觀測約束。

木星大紅斑

不只是深空天體，哈勃也盯過太陽系鄰居。木星表面這個反氣旋風(fēng)暴，直徑曾經(jīng)能吞下三個地球，但近幾十年的觀測顯示它正在縮小。哈勃的長期監(jiān)測幫助行星科學(xué)家追蹤這一變化，盡管風(fēng)暴縮小的原因仍不明確。

土星光環(huán)

哈勃多次拍攝土星，記錄了光環(huán)傾角隨土星公轉(zhuǎn)的變化，以及季節(jié)性的大氣現(xiàn)象。2019年的一張照片里，土星的北極出現(xiàn)了罕見的六邊形風(fēng)暴結(jié)構(gòu)，這個特征最早由"旅行者"號探測器發(fā)現(xiàn)，但哈勃的持續(xù)觀測讓科學(xué)家得以研究它的長期演變。

宇宙氣泡（Bubble Nebula）

一顆高溫恒星吹出的球形氣體空腔，直徑約10光年。恒星風(fēng)以每小時數(shù)百萬公里的速度沖擊周圍物質(zhì)，形成這個發(fā)光的殼層。2016年哈勃25周年紀(jì)念時發(fā)布的這張圖像，綜合了多次曝光數(shù)據(jù)，展示了復(fù)雜的三維結(jié)構(gòu)。

回頭看，哈勃的故事里有個挺諷刺的轉(zhuǎn)折：如果不是當(dāng)初那塊磨壞的鏡子，它可能不會獲得那么多維修任務(wù)，也就不會一次次被升級換代。宇航員上去修了五次，每次都在給它換更先進(jìn)的設(shè)備。某種程度上，那次失誤讓哈勃成了一臺可以不斷進(jìn)化的望遠(yuǎn)鏡，而不是發(fā)射即定型的傳統(tǒng)航天器。

當(dāng)然，這種"因禍得福"的敘事不能掩蓋一個事實：NASA和承包商在地面測試階段就發(fā)現(xiàn)了鏡面可能存在異常，但溝通失靈導(dǎo)致問題被忽視。后來成立的獨立調(diào)查委員會，把這次失誤寫進(jìn)了航天工程管理的教科書——當(dāng)作反面案例。

現(xiàn)在哈勃已經(jīng)超期服役多年，它的繼任者詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡已經(jīng)在2021年發(fā)射，工作于紅外波段，專門捕捉更古老、更遙遠(yuǎn)的宇宙光線。但哈勃的可見光和紫外光觀測能力至今無法被完全替代，兩臺望遠(yuǎn)鏡的數(shù)據(jù)正在互補使用。

至于哈勃還能工作多久，沒人能確定。它的陀螺儀已經(jīng)壞過幾次，軌道高度也在緩慢衰減，最終可能會在大氣層中燒毀。但在那之前，它還會繼續(xù)拍照——帶著那塊曾經(jīng)讓它蒙羞、又讓它獲得重生的鏡子所教會的東西：在太空里，修好的東西往往比原裝的更耐用。