哈勃望遠鏡

 

 

不斷加速膨脹的宇宙 

 

 

哈勃望遠鏡和錢德拉望遠鏡聯合觀測的暗物質

 

    核心提示

 

    無論人們再如何挽留，哈勃的壽命也將在2014年左右結束，第五次維修任務中，航天員們為哈勃安裝了新的對接系統。新對接裝置將使哈勃能與帶推進設備的無人航天器對接，當望遠鏡無力再開展觀測時，美國宇航局打算利用無人航天器將其推落到太平洋中，這次維修哈勃的宇航員們，很可能是最後觸摸哈勃望遠鏡的人了。

    2009年5月17日，宇航員開始修復哈勃望遠鏡上一個停止工作的成像攝譜儀和準備進行第四次太空行走。雖然這次維護任務的難度不大，但是維修過程並不順利。

 

    從航天飛機傳來消息，扶手上的一個螺絲出現了問題。宇航員需要查找設備在地面上的照片，看看到底用的是什麼螺絲。他們有117000張照片的數據庫可以查看，可以追溯到1996年，看看發射前設備到底是什麼樣的。

    如果這個問題不容易解決，地面上的工作人員就需要與1996年所拍攝的舊成像光譜儀進行對比了，而這些照片有17萬多張。

    一台名為「成像攝譜儀」的設備，曾經為黑洞的研究做出很大的貢獻，這是它第一次拍攝的黑洞照片，正是它證實了星系中心超大質量黑洞的存在。

    2004年8月這台成像光譜儀出現了供電問題，這使得它停止了工作。這次維修中，科學家研製了一種特殊的設備，換上它以後，哈勃的成像光譜儀就可以正常運作了。

    可是之前宇航員從未嘗試安裝過這些特殊的設備。這可是個精細活兒，宇航員要在保證安全的情況下，移除供電板上的110個小螺絲釘，換上地面工程師準備好的新低壓電源板。

    為了這次維修，工程師們準備了三百多種特殊工具，他們不斷地改進，希望這些工具可以盡量適應太空惡劣的環境，因為當太陽照過來的時候，溫度會高達攝氏110度，而背向太陽時，溫度又低於零下110度，大多數的電力設備要經過加工之後，才可以適應這樣大的溫差。

    在第四天的太空行走任務中，宇航員馬斯米諾和古德在維修中遇到了一些麻煩，地面工作人員要根據他們發送到地面的圖像，來決定應該用什麼設備來替換舊的零件。

    在位於休斯敦的美國宇航局約翰遜航天中心裡，地面控制人員高度緊張，工作人員24小時輪流工作，隨時注意哈勃維修任務的一舉一動。

    而在遙遠危險的太空中，執行維修任務的宇航員們，他們的工作條件就更差了。比如出艙工作的宇航員，他們要連續不間斷地在太空工作六七個小時，執行幾千項操作，還不能出現任何一點兒失誤——他們即便累了，也不能回飛船休息。四名航天員在五天的時間裡面，完成了五次太空行走，每一次太空行走都在6個小時以上，勞動強度非常大。

    在漫長的工作時間中，宇航員的身體肯定非常疲憊，那麼他們如何解決喝水、吃飯、上廁所的問題呢?

    飲食問題相對簡單，艙外活動航天服裡面有個飲水袋，而且還有一個條裝食品，宇航員帶著頭盔，一低頭就可以飲水了，或者是吃兩口東西。但是不能大便，小便的話則使用尿不濕。

    在人們的想像中，在太空工作似乎是件很浪漫很享受的事，可真實的情況是：宇航員又餓又累，沒有片刻休息時間。

    宇航員連續六七個小時在艙外活動，除了生活不方便，在工作中還有另一大苦惱——失重。在太空裡，由於處於失重狀態，什麼東西都是飄著的，包括航天員自己。

    在維修哈勃太空望遠鏡的時候，宇航員著艙外航天服走出氣閘艙的艙門之後，因為離要維修的地方還有一段距離，一般都是通過航天飛機上所帶的一個機械臂，抓著航天員把他送到要維修的地方去，送到那之後，航天員身上有一個安全掛鉤，也叫安全繫繩，把這個鉤子掛在哈勃太空望遠鏡外面的一些扶手上，這樣才能保證航天員不會飄走。

    在哈勃望遠鏡第五次維修任務中，不僅宇航員自己要隨時做好固定工作，手中拿的工具為了防止飄飛也要帶著掛鉤。另外，人處於漂浮狀態不僅難以固定身體，而且行動異常遲緩，一般每秒鐘才能挪移身體十厘米，如果要拆卸一顆螺絲釘，地面上用不了一分鐘，可一旦到太空中操作，如果航天員缺乏經驗，旋轉的往往不是螺絲而是自己。

    在宇航員和地面上的指揮員通力合作下，第四天的維修任務終於完成了。他們修復了哈勃望遠鏡上一個在2004年就停止工作的成像光譜儀，為哈勃望遠鏡更換了一個恆星追蹤傳感器。整個團隊儘管有些疲憊，但仍然無法休息，因為明天還有更重要的任務。

    5月18日，宇航員最後一次太空行走，執行哈勃第五次維修任務：為哈勃更換一塊電池和三個恆星追蹤傳感器，並安裝不銹鋼防護板，以減少太陽對望遠鏡的曝曬。

    到目前為止，電池已經在哈勃上工作20年了。近幾年來，它們的儲電量以及為哈勃供電的能力不斷下降。更換新的電池組非常重要，要讓供電能力恢復正常，確保至少能滿足5年的任務期，當然期望會更長。

    專家介紹，如果一切順利的話，這些電池可以讓哈勃望遠鏡一直使用到2014年。另外，今天安裝的恆星追蹤傳感器實際上也是一個輔助控制系統，它將幫助哈勃望遠鏡拍攝到更清晰的圖片。因為電子元器件的故障，傳感器性能一直在下降，事實上，它正在慢慢「死亡」，所以不得不進行更換。

    在17日的太空行走任務中，原計畫6個小時完成的工作，結果耗費了8小時零2分才完成，不知道這最後一次太空行走又將何時結束。在茫茫太空中進行維修，宇航員們唯一的依靠和保障就是這身顯得很笨重的航天服，它時時刻刻保護著宇航員的生命安全，同時保障他們能夠連續8小時以上緊張地工作，所以艙外航天服是世界上最複雜、科技含量最高的服裝，也是最昂貴的服裝。

    就在艙外航天服提供的小環境中，宇航員格倫斯菲爾德和福伊斯特爾更換了一組蓄電池和精確導向裝置，最後，還在望遠鏡外安設了不銹鋼防護毯，罩住了防護性隔熱層上因太陽輻射轟擊而受損的部位。

    但是航天員沒能回收舊的防護材料，只好任其在太空中飄遠。好在這些材料不會對航天飛機造成危害。當天的太空行走共用時7小時零2分。

    2009年5月18日，當本次維修任務中的最後一次太空行走結束之後，地面指揮員們終於放鬆下來，不過想到這很可能是人們最後一次接近哈勃望遠鏡了，心情難免有些惆悵。

    美國東部時間5月19日早上8點，約翰遜航天中心的地面控制人員們正在相互慶祝，慶祝本次哈勃太空望遠鏡第五次在軌維修任務基本完成。

    19日早上8時57分，女宇航員麥克壓撒用亞特蘭蒂斯號上的機械臂將哈勃望遠鏡放開，預計哈勃望遠鏡將在三周後重新開始工作，繼續它壯麗的探索之旅。在放開哈勃的關鍵時刻，地面控制中心所有指揮員都激動不已。有些人還特地準備了攝像機，打算拍下這難忘的畫面。

    太空維修任務的主要工作基本結束了，而所有關心這次驚天大維修的人們長舒了一口氣，此前最為擔心的太空垃圾撞擊事件並沒有發生，這的確是一件很幸運的事。因為一旦太空碎片撞破了宇航員的艙外航天服，服裝漏氣洩壓，壓力洩完之後，就會使體液沸騰，直接威脅到宇航員的生命。

    1965年，俄羅斯航天員利昂諾夫在進行世界上首次太空行走時，他所穿的航天服在內外壓力差的作用下，嚴重變形，由於服裝過度膨脹，致使利昂諾夫差點擠不進艙門內，他出艙走了12分鐘，回家進門卻走了14分鐘，險些遇難。

    兩層樓高的哈勃望遠鏡，就像一輛豎立起來的公共汽車，然而這樣龐大的設備卻又是極其精密的科學儀器，部件繁雜而且不允許有半點安裝失誤，好在此時此刻，一切工作都結束了，執行任務中的艱難和挫折也成了珍貴的記憶。

    哈勃空間望遠鏡第五次維修任務的尾聲——返航時間到了，但是5月22日一早，美國佛羅里達州就開始下雨，而且似乎沒有轉晴的跡象。

    為了宇航員和航天飛機的安全著想，甘迺迪航天中心的地面指揮員決定將降落推遲。但是天公不作美，佛羅里達23號的天氣情況依然不樂觀。

    最終，美國西部時間5月24日8時39分，亞特蘭蒂斯號航天飛機載著7名宇航員安全降落在加利福尼亞州的愛德華茲空軍基地。

    在宇航員們返航四個月之後，2009年9月10日，美國宇航局對外公佈了維修後哈勃太空望遠鏡拍攝的第一批深空照片。圖片是由新安裝在哈勃上的廣角照相機3號拍攝的，圖片展示的是一個名為「NGC 6302」的行星狀星雲。從這只奇異的「太空蝴蝶」上，人們發現哈勃望遠鏡比以往拍攝得更加細膩清晰，這些看上去像蝴蝶翅膀一樣的物質其實是恆星釋放的熱氣和塵埃。這張照片是新修復的「哈勃先進巡天照相機」拍攝的，它將目光鎖定距離地球近50億光年的星系團「阿貝爾37」，揭示了這個星系團錯綜複雜的細節。

    哈勃再次重回探索宇宙的主戰場，人們期待它能夠幫助科學家做出更大的發現。

    在哈勃望遠鏡上天之前，全世界的科學家在許多科學領域中，數據是「私有」的。然而，哈勃望遠鏡的觀測數據在一年之後，便向全世界開放了。

    哈勃空間望遠鏡這20年來，是一個開放性的科研設施。哈勃望遠鏡的開放政策，不但對後來的天文學研究影響深遠，也塑造了哈勃望遠鏡的形象，奠定了它在全世界科學家中備受尊崇的地位。現在幾乎所有的大型天文計畫都會在項目運轉的過程中，向公眾公佈數據，這個新的運轉模式使得來自小的研究機構，或者發展中國家的研究人員，也能接觸到全世界最好的觀測數據。

    在過去的20年當中，哈勃望遠鏡一共進行了80多萬次天文觀測，對2.7萬個不同的天體，拍攝了大約57萬張照片，從科學的角度講，它是有史以來，單個望遠鏡取得的科學成果最多的。2010年4月，正值哈勃望遠鏡發射成功的20年，不僅在歐美，在中國，世界各地的天文愛好者和天文機構舉辦了各種活動來紀念它。在這些紀念活動中，人們又一次回味了這位大明星從一開始就遭受「近視眼」的重大打擊，經歷了挑戰者號和哥倫比亞號航天飛機失事的負面影響，哈勃望遠鏡一次次遭遇危機，又一次次起死回生。

    比起人類的某些大明星，哈勃望遠鏡的故事毫不遜色，20年跌宕起伏的經歷就像一部人生的傳奇。

    在過去的20年裡，哈勃空間望遠鏡已經累計飛行了大約45億公里，這相當於海王星到太陽的平均距離。哈勃望遠鏡每月的軌道觀測產生超過80G的數據，它在20年的觀測中所產生的數據，足以填滿2個美國國會圖書館。