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上个月是哈勃太空望远镜发射十九周年纪念日，这个环绕轨道的观测站已家喻户晓，并且是天文学的基石。 事实证明，这架望远镜具有非凡的韧性，多年来经受了无数次故障——从部署时存在缺陷的主镜到今年 9 月发生的严重电子故障。 每一次，哈勃都坚持了下来，直到宇航员抵达进行维修，而这项操作即将由航天飞机机组人员进行最后一次。
美国东部时间周一，航天飞机亚特兰蒂斯号计划升空执行第五次也是最后一次哈勃维修任务（容易混淆地称为维修任务 4——名义上的第三次任务被分为两部分，任务 3A 和 3B）。 四名任务专家将分成两人小组轮流进行，总共尝试五次亚特兰蒂斯号的太空行走，以更换损坏的组件，添加新的科学仪器，并更换望远镜的六个 125 磅（57 公斤）电池，这些原始部件为哈勃的夜间运行供电近二十年。
为了了解经过翻新的哈勃将具备哪些能力，以及这架望远镜在没有进一步维修的情况下将运行多久，我们采访了天体物理学家大卫·莱克罗内，他是位于马里兰州格林贝尔特的 NASA 戈达德太空飞行中心哈勃太空望远镜的高级项目科学家。
[以下是对话的编辑稿。]
从哈勃团队的角度来看，这次航天飞机任务的目标是什么？
这是我们最后一次维修和升级哈勃的机会。 因此，我们正在更换一些即将老化的部件，以延长哈勃的寿命，然后我们将尝试利用这额外的 5 到 10 年的寿命，配备我们有史以来最强大的仪器工具。
我们必须对航天器本身进行维护，例如更换电池。 有六个电池是 1990 年发射的，从未更换过——我敢打赌你的手电筒都做不到这一点。 我们还有陀螺仪，可以帮助哈勃保持稳定的指向，这样它就不会抖动和模糊我们非常高分辨率的图像。 这些东西都有已知的平均寿命和磨损机制，所以现在是更换所有六个陀螺仪的时候了。 我们必须更换另一个称为精细制导传感器的传感器，该传感器既用于帮助控制望远镜在天空中的指向，也用于天体测量学的科学研究，即非常精确地测量恒星的位置。
自从我们上次维修哈勃以来已经七年了，正常的维修间隔是三年半左右。 这就像你应该在 5,000 英里时保养你的汽车，但现在已经行驶了 10,000 英里，而且有些东西开始损坏——尤其是在我们的科学仪器套件中。
2002 年，在我们上次维修哈勃之后，在六个科学仪器中我们有 11 个不同的通道在运行。 通道就像一个盒子里的单个摄像头； 例如，我们在 2002 年在船上安装了一个新仪器，即高级巡天相机，它有三个独立的摄像头，每个摄像头都有独特的功能，我们将每个摄像头都称为一个通道。 因此，在上次维修任务后，我们有 11 个通道处于活动状态； 现在我们只剩下三个了。 在这三个通道中，只有一个在最近一段时间之前被大量使用。 因此，我们用来观测天空的工具已经严重退化。
在这次任务结束后，如果一切顺利——这是一项极其复杂和雄心勃勃的任务，所以如果我们没有完成所有事情，任何人都不应该感到惊讶——我们应该拥有 14 个通道，配备我们有史以来在哈勃上飞行过的最高技术。 它将比以往任何时候都更强大，成为一种科学工具。
最初，这次任务计划于 2008 年 10 月进行，但由于 9 月份哈勃的数据格式器出现问题，任务被推迟了。 那个小故障如何改变了任务？
那是一个科学仪器指挥和数据处理系统 (SI C&DH) 及其子单元，称为科学数据格式器，这对于进行观测并将数据传回家中至关重要。 幸运的是，我们在本质上是一个计算机系统中拥有两个冗余的电子侧。 是其中一侧发生了故障，所以我们能够切换到另一侧。 我们以前从未这样做过，但它工作正常。
唯一的问题是我们不再有冗余。 如果我们冒着七名宇航员的生命危险，并且费尽周折地让哈勃在未来 5 到 10 年内全面恢复正常运行，我们不希望出现单点故障的可能性，即如果 B 侧发生故障，哈勃上的所有科学研究将突然结束。 我们不想这样做，当时的 NASA 局长迈克·格里芬也不想这样做。 因此，他叫停了 10 月份发射的准备工作，我们准备好备用的 SI C&DH 系统进行飞行。
那么您将更换故障的 A 侧？
我们将同时更换 A 侧和 B 侧。 我们将更换整个单元。
就技术升级或延长寿命而言，您希望从这次任务中获得什么？
我们正在安装两台全新的科学仪器，然后宇航员将尝试修复两台，包括高级巡天相机和摄谱仪，这两台都是非常现代化的仪器，但都发生了电子故障。
其中一台新仪器称为广域相机 3，它将取代广域行星相机 2 (WFPC2)——这个术语有点奇怪。 我们正在取出自 1993 年以来一直在天文台中的 WFPC2，并用一台真正令人惊叹的新相机取而代之，这台相机中有两个通道。 一个通道经过优化，用于观测紫外线波长的光，另一个通道经过优化，用于观测近红外线。 我们哈勃上已经有一台近红外仪器，但它的技术非常原始，而新的红外通道非常出色。 这东西将会大放异彩。
它在任务完成后的一年内将要执行的最重要计划是另一个超深场。 1995 年有一个哈勃深场，2004 年左右有一个超深场，这些都是在可见光波长下进行的。 现在，我们将在近红外波长下进行另一个超深场。 由于宇宙正在膨胀，非常非常遥远、时间非常久远的天体发出的光会向红色波长移动。 它可能是在可见光或紫外线中发出的，但当光到达我们这里时，它已经被宇宙的膨胀移动到红色和近红外波长。 因此，如果你想真正追溯到过去，尽可能地追溯到过去，你真的需要在近红外或红外波长下进行观察。
这个近红外通道将探测到比人类以往拍摄的任何图像都更久远的时间——微波背景探测器除外，它们一直追溯到宇宙大爆炸。
所以这本质上是一个超-超-超深场。 它有名字了吗？
和任何名字一样好。
将要进行这个“超-超-超深场”的同一个团队在最初的超深场上努力工作，以找到他们能找到的最微弱的原星系或恒星形成的星团。 他们现在已经识别出七八个天体，这些天体发出的光是我们在宇宙大约 7 亿至 8 亿年前看到的光。 我们认为，有了这个新相机，我们将再往前推进大约 2 亿年。
另一台新仪器怎么样？
宇宙起源摄谱仪 (COS)是另一个盒子，就好像它是这样一样，它有自己的两个通道。 它是一个摄谱仪，而不是相机，因此它获取来自遥远光源的光，并将其分散到其组成颜色中。 如果您测量光强度如何随颜色变化，这将为您提供有关发射光的介质的大量信息——它的温度、密度、旋转、化学成分等等。
据我们所知，这是有史以来在太空飞行的最灵敏的摄谱仪。 而望远镜背后的摄谱仪的组合将允许观测者观察非常遥远的光源，例如类星体，并将它们用作背景手电筒光束。 来自遥远类星体的光束将穿过星系之间的物质，而该物质是黑暗的——它不是我们所说的暗物质，但它不会发光，它不会发出自己的光。 因此，您必须观察它在穿过它的光上留下的吸收印记。 这样做的目的是分析所谓的宇宙网——星系在其中形成的大规模网状结构。
我喜欢说我们将追溯星系从摇篮到成熟期的形成和演变故事。 COS 将在这方面发挥巨大作用，并在过程中补充广域相机 3——这两种仪器可以协同工作，共同组成这个星系历史的家庭相册。
正如您之前提到的，这是哈勃的最后一次维修任务。 航天飞机计划现在似乎真的要进入其计划的报废期了。 如果哈勃设法坚持下来，并且 NASA 及时准备好替代航天系统，那么是否有可能再次执行哈勃任务？
这主要是政策问题：您是否要花费更多资金来维修哈勃，在我们试图实现的延寿计划结束时，哈勃将达到 25 岁？
那么这次任务计划的延寿期至少要到 2014 年左右？
没错。 当然，这将是一个经过显着翻新的天文台，配备了许多新东西，因此如果它持续运行的时间比这更长，任何人都不应该感到惊讶，但在纸面上，这就是目标。
所以现在你有一个可能工作正常并且配备了升级技术的天文台，但它已经 24 或 25 岁了，并且是一个相当小的太空望远镜。 您是宁愿花钱继续延长其寿命 5 年或 10 年，还是宁愿将这笔钱投资于建造一个类似的但更大的望远镜？
有两个阵营：一个阵营说，在我们获得哈勃之后的下一个大型望远镜和[仅红外线的]詹姆斯·韦伯太空望远镜之前，还有很长一段时间，我们将需要……[哈勃的]……紫外线、可见光和近红外线能力。 因此，在此期间，“让我们继续前进，计划使用正在开发的用于替代航天飞机的星座飞行器进行另一次维修任务。” 另一种思想流派说，“让我们用这笔钱来迈向下一个重大步骤。” 而现在，后者是 NASA 的官方政策。
我真的认为我们需要继续推进我喜欢称之为“哈勃之女”的项目，它的孔径在 9 米到 16 米之间，而不是哈勃的 2.4 米。 我简直无法想象我们会看到什么。