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南方周末：哈勃 即将被续写的传奇http://www.sina.com.cn 2006年11月30日 11:15 南方周末
□黄永明 假如将宇宙137亿年的历史浓缩进24小时，那么人类的存在只不过占据了两秒钟的时间。尽管亲历的历史短暂，但在哈勃太空望远镜的帮助下，人们已经看到了宇宙诞生之后仅仅7.5亿年时叹为观止的景象。 曾经，天文学家不能确定他们在太阳系边缘发现的新天体是否为第十大行星。是哈勃太空望远镜帮助他们对那颗个头直逼冥王星的天体进行了十分有益的观测。 更早的时候，确切地说是1994年，当苏梅克-列维9彗星的20多个碎片前赴后继撞上木星的时候，也是哈勃太空望远镜为我们拍摄了撞击现场的照片。那是全世界的人们首次直接目睹太阳系内的天体相撞。 哈勃太空望远镜，这架运行在近600千米高轨道上的望远镜，自1990年升空以来已经逐渐在人们心中成为一部传奇。10月31日上午，美国宇航局局长迈克尔•格里芬(Michael Griffin)在位于美国马里兰州巴尔的摩的哥达德太空飞行中心宣布，将对哈勃进行第五次维修，以提高性能并保证它能够健康运行到2013年以后。他的决定在飞行中心赢得了工程师和科学家的起立鼓掌。 按照计划，四名宇航员将在2008年5月至10月之间的合适时间搭乘发现号航天飞机升空，在五天的时间里利用太空行走对哈勃太空望远镜进行维修并更换新的设备。 “我们真的没想到会这样，我们因这个决定而感到兴奋。”美国宇航局科学探测理事会副主管玛丽•克利夫Mary Cleave在随后召开的新闻发布会上说，“作为这个领域的科学家，我们为哈勃可能延长四年的科学探索而兴奋，为可能到来的辉煌科学成果而兴奋。” 然而，就在两年半以前，美国的天文学家们曾经濒临绝望，以为他们很快会与哈勃永别。 曾经的茫然 2004年4月24日，科学家们是在不安、茫然和愤怒的情绪中迎来哈勃升空14周年纪念日的。那年1月份，美国总统布什刚刚公布重返月球、登陆火星的太空探索新计划，时任美国宇航局局长的西恩•奥基弗(Sean O＇Keefe)就宣布取消对哈勃太空望远镜的第五次，也是最后一次维修。 奥基弗当时坚称，取消对哈勃太空望远镜的维护仅仅是出于对宇航员生命安全的考虑。2003年哥伦比亚号航天飞机的爆炸解体造成七名宇航员殒命，在随后长达248页的最终调查报告中，美国宇航局把“安全”作为了航天飞机执行任务的首要前提。 最后一次维护的取消，意味着哈勃在2007年到2008年之间随时可能停止运转。 “我只是认为这是一个巨大的，巨大的错误。”曾在1997年执行过哈勃维护任务的宇航员格雷格•哈保(Greg Harbaugh)当时评论说：“它可能是伽利略发明天文望远镜以来，天文学和天体物理学研究所拥有的最为伟大的仪器或工具。” 美国一批议员也力劝奥基弗重新考虑他的决定，“我们的国家因发现而存在。”他们说。 奥基弗的回应是，他将会听取各方的意见，但他回心转意的可能性基本为零。他表示，取消哈勃维护计划的决定恐怕是他所做出过的最不受欢迎的决定，但他的工作并不是为了讨人喜欢。 当时，美国宇航局曾考虑过用机器人代替宇航员对哈勃进行第五次维护。在不同的研究团队里，三部不同的机器人甚至已经摩拳擦掌，准备接受这项挑战性巨大的任务。 好在，这种种周折与情绪都已成往事。人说猫有九条命；现在看来，哈勃虽然没有九条命，也有了六条。 第六条命 1990年，哈勃刚刚升空，工程师们就发现他们犯下了低级错误。在地面上，当一架光学望远镜的口径很大的时候，工程师就必须考虑镜面在重力作用下产生的微小形变了，这种形变会影响到望远镜的准确成像。因此，在设计之初，工程师就会把形变计算在内。哈勃主镜直径2.4米，如果是在地面上，设计者是一定要考虑重力形变的。但它实际上是运行在失重环境中的，因此，当设计者仍将重力形变预先计算进去后，便成了多此一举。哈勃上天后，科学家很快发现它成了“近视眼”，视物不清，完全不能达到预想的观测能力。 于是在1993年12月，美国宇航局对哈勃进行了第一次维修，宇航员们为哈勃装上了一片“近视镜”，使它能够把星星聚焦为一个光点而不是一片模糊的光斑。这次维修给了哈勃第二次生命。 接下来，在1997年、1999年和2002年，宇航员又先后三次对哈勃进行了维护，为哈勃添加了新的观测设备并更换了坏掉的陀螺仪——一种帮助哈勃指向观测目标的仪器。这些维护都成为了哈勃能够运转至今的保证。 在2008年的维护中，宇航员还将为哈勃添加两部新的科学仪器。一部是宽视场3号相机，能够在红外、光学和紫外波段进行观测；另一部是宇宙起源摄谱仪，将成为哈勃拥有的最为灵敏的紫外波段摄谱仪。另外，在这次任务中，宇航员还将为哈勃更换电池、翻新那些已经停止了运转的陀螺仪。 维护任务的支持者认为，经过这次维护，他们将得到一个新的哈勃太空望远镜。美国宇航局的合作伙伴欧洲空间局在电视节目中乐观地说，这次维护可能会给哈勃带来长达十年的新生命。这也就意味着，哈勃可能会一直运行到2018年。 美国宇航局科学家的态度则稍显保守。哈勃资深项目科学家大卫•莱克龙(David Leckrone)说：“我想哈勃望远镜有希望跟詹姆斯•韦伯太空望远镜并存一到两年。” 计划在七年后发射升空的詹姆斯•韦伯太空望远镜被认为是哈勃的接班人，它的镜片比哈勃的要大得多。但它跟哈勃最重要的不同是，它不是一架能够在光学波段进行观测的望远镜，它的主要观测波段在红外。因而，当两年半之前人们预计哈勃可能在2007年停止工作的时候，他们担心的是从此便失去光学波段的宇宙。 现在的情形颇为乐观，“我想我们能够让两个科学工具美妙地联手。”莱克龙说。 诱人的发现 莱克龙讲了一个故事来佐证他的乐观。哈勃太空望远镜上的仪器曾首次直接探测到外星行星——也就是那些围绕着太阳之外的其他恒星运动的行星——的大气，它探测到了钠元素、氧元素，还在一颗与木星相似的行星上探测到了氢元素。然而，当天文学家手持长长的外星行星名单想要做更多探测的时候，那部能够进行此项探测的仪器却坏掉了。 莱克龙认为，假如在2008年的维修中能将那部仪器修好，那么天文学家将能够观测到10到12颗外星行星的大气层。 此外，莱克龙认为哈勃可能会大有所为的另一个领域，是对暗能量的研究。暗能量，是近些年才确认存在的一种宇宙中的斥性引力，是它在加速宇宙的膨胀。探测表明，我们的宇宙由4%的普通物质、23%的暗物质和多达73%的暗能量构成。哈勃曾在暗能量的发现方面做出了重要贡献，现在也还在帮助人们进一步认识暗能量的性质。 就在11月16日，一组研究人员又宣布他们在哈勃太空望远镜的帮助下，通过观测遥远的超新星，确定宇宙中早在90亿年前就已经存在暗能量了。 个头与一辆大巴相当的哈勃，由于运行在地球大气层之外，便有效地避免了地面望远镜所遭受到的某些困扰，比如日益严重的光污染和地球大气对观测的消极影响。这就使得它能够做出地面上望远镜所难以企及的观测。 在过去的超过16年时间里，哈勃一直都在为天文学家提出正确的问题提供参考。近处，它曾拍摄到极为清晰的火星照片，拍摄到清晰的木星极光和土星极光，观察到海王星云层的显著变化；稍远，它观测到了正在诞生的恒星，多不胜数的星云、星团，以及河外星系；最远，它还看到了宇宙早期的景象。 “哈勃是最伟大的天文台之一。”美国宇航局局长格里芬曾赞誉道，“它揭示了未知事物的基本面貌。” “今天，哈勃正处于它的历史上最为高产的时期。”欧洲空间局的科学家在电视节目中说，“天文学家申请的观测时间是哈勃所能提供的时间的五倍。” 一个时代 而实际上，“哈勃太空望远镜”这个名字在大众层面上的含义早已不仅仅是一架天文观测设备。 在去年哈勃升空15周年纪念的时候，全美的100多家博物馆、科学中心、天文馆、空间中心都为它举办了庆祝活动，仅仅是欧洲空间局名为“哈勃：发现的15年”的DVD光盘就向全球赠送了50万张。 在亚马逊网站，以“哈勃太空望远镜”为关键词的图书搜索结果就有将近3000条，其中的专题书籍数不胜数。“我们的世界因为有了环地而行的哈勃而变得更加丰富多彩。”《从哈勃看宇宙》一书的作者卡罗琳•皮特森在一篇博客短文中写道。她的这本书已经在2004年出版了中文版。 哈勃太空望远镜以美国天文学家埃德温•哈勃(Edwin Hubble)命名，天文学家哈勃在上世纪20年代的发现改变了人们对宇宙的认识，他发现的星系整体退行现象成为了大爆炸宇宙论的基石之一；而望远镜哈勃也已经创造了另一个哈勃时代，它的发现已经并将继续改写人类的天文学教科书，它在全球拥有众多“粉丝”，它自身已经融入到人们的文化之中。 早在1985年，哈勃太空望远镜就已经在地面上装备完成等待升空，然而在1986年，挑战者号航天飞机的爆炸使得它的上天不得不一直推迟到了1990年。升空后的哈勃也并不顺利，遭遇了“近视”的困扰。2003年哥伦比亚号航天飞机的爆炸成为了哈勃命运中的又一个坎。哈勃的命途多舛，正表现了科学探索的不易。尽管现在格里芬还不能明确说明用于第五次哈勃维护的9亿美元资金将从何而来，但可以肯定的是，哈勃现在已经越过了它所遇到的第三个大坎，即将续写它的辉煌与传奇。
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