哈勃望远镜 大物论文

简谈哈勃望远镜

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2013—2014 第一学

期

哈勃空间望远镜，是以天文学家爱德温·哈勃为名，在轨道上环绕着地球的望远镜，它的位置在地球的大气层之上，因此影像不会受到大气湍流的扰动，视相度绝佳又没有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。它于1990年成功发射，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。是天文史上最重要的仪器之一。2011年11月，借助哈勃空间望远镜，天文学家们首次拍摄到围绕遥远黑洞存在的盘状构造。

设计原理

哈勃空间望远镜得到的数据首先被储存在航天器中。在哈勃空间望远镜最开始发射时，储存数据设施是老式的卷带式录音机。但这些设备在之后的维修任务中得到了替换。每天哈勃空间望远镜大约分两次将数据传送至地球同步轨道跟踪与数据中继卫星系统，然后数据再被继续发送至位于新墨西哥的白沙测试设备，通过位于白沙测试设备的60英尺（18米）直径的高增益微波电线之一，信息最后被传送到戈达德太空飞行中心和太空望远镜科学研究所处存档。传送来的数据必须要经过一系列处理才能为天文学家所用。空间望远镜研究所开发了一套软件，能够自动地对数据进行校正。然后空间望远镜研究所将利用STSDAS 软件来选取所需要的数据。

哈勃望远镜帮助科学家对宇宙的研究有了更深的了解。然而，由于美国航空航天局将哈勃SM4确定为最后一次维修任务，因此，哈

勃的退役在即，而它新的继任者詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）将发射升空，并逐步接替哈勃太空望远镜的工作。

组合安装

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二分之一，也就是大约30纳米。

珀金埃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作一个备用的镜子（柯达的这面镜子永久保存在史密松宁学会）。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，并且镀上了75纳米厚的铝增强反射，和25纳米厚的镁氟保护层。

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地以每季增加一个月的速率恶化中，时间上的延迟也出现了每个工作天都在持续落后的情况。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。

安置望远镜和仪器的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。

哈勃成就

发现最古老星系

2013年10月，哈勃太空望远镜发现了可能是宇宙中测量距离上最遥远的星系，来自德克萨斯大学等研究人员通过MOSFIRE摄谱仪精确测量了该星系的距离，其大约存在于宇宙大爆炸后的7亿年左右。

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宇宙年龄

哈勃空间望远镜对造父变星的观测为哈勃常数的精确测量提供了

保证。哈勃的精细导星传感器对造父变星进行了直接的视差测量，大大削减了用造父变星周光关系推算距离的不确定性。在哈勃空间望远镜之前，观测得到的哈勃常数有1-2倍的差异，但是在有了新的造父变星观测之后宇宙距离尺度的不确定性猛然下降到了大约只有10%，从而对宇宙的扩张速率和年龄有更正确的认知。

恒星形成

哈勃空间望远镜还有助于研究诸如猎户星云之类的恒星形成区。通过哈勃空间望远镜对猎户星云的早期观测发现，其中聚集了许多被浓密气体和尘埃盘包裹的年轻恒星。尽管已经从理论上和甚大天线阵的观测中推测出来了这些盘的存在，但是直到哈勃所拍摄的高分辨率照片才第一次直接揭示出了这些盘的结构和物理性质。

恒星死亡

哈勃的观测还在超新星爆发和γ射线暴之间建立起了联系。通过哈勃对γ射线暴余辉的观测，研究人员把这些暴发锁定在了河外星系中的大质量恒星形成区。由此哈勃望远镜也令人信服地证明了这些剧烈的爆发和大质量恒星死亡的直接联系。

黑洞

哈勃空间望远镜最早的核心计划之一就是要建立起由黑洞驱动的类星体和星系之间的关系。之后，通过它们对周围恒星的引力作用，

针对“哈勃”所获得的近距星系光谱的动力学模型证实了黑洞的存在。这些研究也导致了对十几个星系中央黑洞质量的可靠测量，揭示出了黑洞质量和星系核球质量之间极为紧密的联系。2011年11月8日，借助哈勃空间望远镜，天文学家们首次拍摄到围绕遥远黑洞存在的盘状构造。这个盘状结构由气体和尘埃构成，并且正处于不断下降进入黑洞中被消耗的过程中。当这些物质落入黑洞的一瞬间，它们将释放巨大的能量，形成一种宇宙射电信号源，称为“类星体”。

暗物质

2012年3月，美国宇航局“哈勃”太空望远镜在距离地球24亿光年的“阿贝尔520”星系团中再次发现了一个巨大的暗物质块。这一异常发现令天文学家百思不得其解，并怀疑暗物质块中可能藏有一个神秘的“暗物质核心”。

有水行星

2013年12月3日，美国航天局宣布，天文学家利用哈勃太空望远镜在太阳系外发现5颗行星，它们的大气层中都有水存在的迹象。此前也曾观测到少数大气层中有水存在迹象的系外行星，但这是首次能确定性地测量多个系外行星的大气光谱信号特征与强度，并进行比较。

这5颗行星分别叫做WASP-17b、HD209458b、WASP-12b、WASP-19b与XO-1b，它们的体积比地球大得多，属于“热木星”