34年前，宇航員拯救了哈勃太空望遠鏡

宇航員將哈勃的寬視場和行星照相機更換為其后繼者 WFPC2。

(圖片來源：國家航空航天局（NASA））

國家航空航天局（NASA）宇航員在一次極其大膽的任務中拯救了哈勃太空望遠鏡，距今已有34年之久。這也許是當時科學家們設想過的最大膽的任務。簡而言之，哈勃望遠鏡在 1990 年發射時，光學系統出現故障，導致圖像模糊不清。不過幸運的是，這架圍繞地球運行的太空望遠鏡可以由宇航員進行物理修復。是的，在軌道中間。

但即使有了這樣的能力，在哈勃發射之前，也沒有人真正預料到這么快就需要維修——而且是出于如此戲劇性的原因。

當時，哈勃光學系統的中樞——2.4 米長的巨型反射鏡的“接地”工作剛剛開始。作為當時送入太空的最大望遠鏡，反射鏡必須按照嚴格的規格進行打磨。一家名為珀金-埃爾默（Perkins-Elmer）的公司獲得完成這項艱巨任務的合同。

三年來，技術人員一直在鏡坯上工作。他們打磨、清潔，當然還有測量。他們一遍又一遍地重復著這些工作。為了聚焦遙遠星系的光線，鏡子的弧度必須精確到 5 微米，即 0.005 毫米。由于這樣的精度超出了人眼的視覺范圍，技術人員使用激光網格來測量鏡子的曲率。這種網格由一種叫做反射式零位校正器的裝置來維持，反射無效校正器是一種帶有端蓋的金屬棒的別稱，在金屬棒上鉆有一個孔，以便激光進入并從裸金屬板上反射出來。

到 1981 年，反射鏡已經完工；兩年后，它與望遠鏡的其他部件組裝完畢，并準備于 1986 年搭載航天飛機發射升空，但悲劇發生了。當年 1 月發生的 "挑戰者 "號災難導致航天飛機在事故調查期間停止發射三年。哈勃坐在無塵室里等待著。

1990年4月24日，哈勃的時代終于來臨了，它在任務控制中心和全世界天文學家的歡呼聲中，搭乘發現號航天飛機遨游太空。

然而，這些歡呼很快就變成了淚水。幾天之內，哈勃開始工作，并將圖像傳回地球，但有些不對勁。圖像模糊不清，一股冰冷的寒意席卷了整個宇航局。難道 15 億美元浪費在了一個視力有缺陷的望遠鏡上？

左邊是哈勃望遠鏡修復之前拍攝的星系 M100 的圖像；右邊是哈勃望遠鏡修復之后拍攝的第一張圖像，兩張對比圖顯示了清晰度的差異。 (圖片來源：NASA/STSCI）

隨后的調查發現了事情的真相，這是一個災難性的錯誤，可以追溯到望遠鏡接地的時候，而這個錯誤就像一顆定時炸彈一樣，一直被隱藏了起來。調查發現，在一個反射式零位校正器上，有一塊漆片脫落了，但沒有被發現。這就暴露出了一個裸露的金屬點，激光從這個金屬點反射出去，而不是本來應該反射的地方。換句話說，反射式零位校正器的工作位置偏離了 1.3 毫米。其導致的后果是，哈勃主鏡的外緣無意中被磨成了錯誤的規格。它被磨得太淺了，僅僅兩微米就無法應對這種情況。雖然這聽起來不算什么，但這個微小的錯誤卻造成了巨大的影響。哈勃望遠鏡的設計初衷是，將至少 70% 的入射光聚焦到一個小圓圈中，但它的鏡面有問題，這意味著它只能聚焦 15% 的光線。其他一切都變得模糊不清。這種扭曲被稱為 “球面像差”。

當這一切曝光后，美國國家航空航天局（NASA）成了公眾的笑柄，脫口秀主持人拿NASA開涮，政客們則要求NASA給出答案。最終，解決方案變得簡單得令人難以置信： 除了給近視患者配眼鏡，驗光師還能做什么呢？

NASA就是這么做的。

哈勃的光學系統采用里奇-克雷蒂安設計，其中主鏡將光反射到一個較小的副鏡上，哈勃的副鏡只有 30 厘米（12 英寸）寬。副鏡通過主鏡中心的一個孔將光反射到主鏡后面的一個焦點上，那里是科學儀器（即攝譜儀和照相機）的位置。固定哈勃需要在光線到達焦點之前在光路中放置一些東西來校正球面像差。這些就是 “眼鏡”，這種儀器被稱為 COSTAR，即校正光學太空望遠鏡軸向替換裝置。

因此，一個由七名勇敢的宇航員組成的團隊——宇航局的肯-鮑爾索克斯、迪克-科維、凱西-桑頓、杰夫-霍夫曼、斯托里-馬斯格雷夫和湯姆-阿克斯，以及航天局的克勞德-尼科利爾，在宇航局的水下浮力罐中訓練了幾個月，練習了五次太空行走。因為要安裝 COSTAR ，并用一種更先進的新型相機 （WFPC2） 替換原來的寬視場和行星相機（WFPC），必須要進行太空行走。他們將把失靈的陀螺儀換成新的。這次太空行走被認為是迄今為止最危險的太空行走。

1993年12月2日，七名宇航員搭乘奮進號航天飛機升空，執行拯救哈勃和NASA的任務，因為如果NASA連哈勃都修不好，怎么能指望它發射和組裝國際空間站這項復雜得多的任務呢？

哈勃太空望遠鏡停靠在奮進號航天飛機的貨艙中。 (圖片來源：NASA）

奮進號用它的機械臂抓住了哈勃，將軌道天文臺拉進了敞開的貨艙。英雄宇航員們完美無瑕地完成了五次太空行走和維修工作——哈勃下一次將圖像傳回地球時，圖像非常完美。

事實證明，維修哈勃望遠鏡的任務，只是接下來 16 年中多次維修任務中的第一次，不過沒有一次任務像第一次任務那樣重要或具有戲劇性。具有諷刺意味的是，從長遠來看，哈勃望遠鏡甚至不需要 COSTAR：隨后的維修任務用最新型的相機和攝譜儀取代了老舊的相機和攝譜儀，這些相機和攝譜儀能夠自行校正球面像差。最后一次維修任務是在 2009 年航天飛機退役前進行的，在這次任務中，太空望遠鏡得到了重大升級。

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雖然詹姆斯-韋伯太空望遠鏡（JWST）可能搶走了哈勃的大部分風頭，但這個老牌太空觀測站仍在不斷取得重要發現。就在此前，哈勃觀測到了木星和天王星上不斷變化的天氣和季節，發現土星環上掉落的物質正在加熱該行星的大氣層，發現了宇宙剛剛誕生 30 億年時的雙類星體，并測量出已知最近的凌日系外行星的大小是地球直徑的 1.07 倍。

如果沒有那次拯救失事望遠鏡的勇敢任務，上述一切都不可能實現。這次修復任務挽救了NASA的聲譽，同時也確保了哈勃望遠鏡在隨后 34 年中的傳承，這種傳承既深遠又令人驚嘆。

BY: Keith Cooper

FY: 33

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來源: 天文在線