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哈勃太空望远镜,有史以来最成功、最受欢迎的科学实验之一,本周迎来25岁生日。但它的生命历程充满了戏剧性。它最终在1990年4月比原计划晚了七年发射,耗费也大大超出预期。当NASA工程师第一次启动它时,它的图像是模糊的,这是由于其主镜制造过程中的缺陷造成的。1993年,当七名宇航员乘坐“奋进号”航天飞机安装新的相机和一个修复仪器光学元件的套件时,望远镜和发射它的太空机构才得以救赎。此后,又进行了四次航天飞机维修任务,以升级和维修该天文台,使其在四分之一个世纪甚至更长时间里仍然是天文学领域的前沿工具。
在《大众科学》的精彩采访中,曾参与哈勃望远镜工作的科学家、工程师和宇航员回忆了它的起起伏伏。以下是编辑后的摘录。
乐观的早期大卫·莱克龙(David Leckrone),美国宇航局戈达德太空飞行中心哈勃望远镜的前高级项目科学家
我从1976年开始在哈勃望远镜项目工作,一直工作到2009年,基本上我的整个职业生涯都投入其中。当我加入时,哈勃望远镜原定于1983年发射。那时我们都很乐观,认为这件事可以在一定的时间内完成,并且可以廉价完成,这也是我们早期问题的重要原因。
约翰·特罗尔茨希(John Troeltzsch),博尔宇航与技术公司(Ball Aerospace & Technologies Corp.)的高级项目经理,该公司多年来制造了七个哈勃望远镜仪器
在20世纪80年代,我20多岁,是一名航空工程师。哈勃望远镜是最酷的概念——在当时是最先进的。那时,电话仍然用绳子插在墙上。没有计算机控制我们用来制造硬件的机器;它是由机械师完成的。我们仍然在手工绘制图纸。
斯托里·马斯格雷夫(Story Musgrave),美国宇航局前宇航员和哈勃项目宇航员负责人
从1975年开始,在宇航员办公室,我们确定了望远镜上所有可能出现的故障,并提出了修复它的工具和程序。随着设计的成熟,我的程序也成熟了;我有原型和模型。
延误和取消的威胁莱克龙
在1983年之前,我们坚信我们可以用4亿美元完成这项工作。但这是基于一个确定的假设,即如果我们超过这个金额,国会将取消这项任务。这就是为什么对放弃一些仪器进行了非常严厉的讨论。如果没有仪器,你就无法进行科学研究。我们非常担心,非常愤怒,因为该项目的领导层不愿面对需要完成的事情的现实。最后,他们决定要么钓鱼,要么放弃,他们决定钓鱼。
1983年,美国宇航局表示,我们将给你们大幅增加预算,让你们有新的、新鲜血液的管理人员,我们将重新设定并开始走不同的道路。这很有帮助。然后我们乐观地认为可以在1986年发射,但不幸的是,在1986年1月,“挑战者号”灾难发生了。我们被设计成与航天飞机紧密合作,而航天飞机被设计成运载望远镜。这样做的好处是,我们能够在太空中维修哈勃望远镜,更换和修理仪器。但缺点是,当航天飞机出现自身严重问题时,我们被锁定在航天飞机计划中。
发射莱克龙
当时我在卡纳维拉尔角,这令人激动。“挑战者号”仍然在我们心中记忆犹新,所以当它从发射台上起飞时,我们都屏住了呼吸。航天飞机里装着这个巨大的奇妙的望远镜,所以你根本无法想象会发生灾难。当它最终升空时,那一刻是光荣而美妙的。
特罗尔茨希
发射那天是很漫长的一天,非常激动人心。很多事情都留在我脑海中——其中一件是那天早上开车去戈达德。那天,汽车太多了,我们只能把车停在街上。气氛非常喜庆——那是一个春天的早晨,阳光明媚,空气中弥漫着期待的气息。
球面像差莱克龙
美国宇航局曾向媒体承诺,当我们将第一批图像下载时,他们可以在场。第一批图像下载后,并没有比我们用来进行比较的地面图像好多少。当时看起来很奇怪,但我们大多数人认为,好吧,望远镜只需要聚焦。你可以转动许多旋钮来使其正确对齐。不幸的是,无论我们尝试什么,都无法使其聚焦。很明显,我们有基本的球面像差[镜片几何形状上的缺陷]。这对每个人来说都是一个巨大的打击,也是一个巨大的尴尬。
罗伯特·布朗(Robert Brown),马里兰州太空望远镜科学研究所的高级科学家,哈勃望远镜的科学操作中心和前哈勃项目科学家
当时出现了强烈反对。[马里兰州参议员]芭芭拉·米库尔斯基(Barbara Mikulski)曾戏称其为“技术火鸡”。一些处于职业生涯巅峰的天文学家决定去做其他事情,而不是等待一台可能修复的望远镜。
寻找解决方案布朗:
制造镜片的珀金埃尔默公司(PerkinElmer)的人员回去重建了测试过程,发现一根本应是光学测试一部分的小测量杆被反向插入了他们的设备中,这导致镜片被完美地抛光到规定的形状,只是测试是错误的——他们引入了球面像差,以便从糟糕的测试设备中获得良好的图像。
特罗尔茨希
从我们开始到将完成的COSTAR[一种补偿哈勃望远镜缺陷光学元件的仪器套件]交付给戈达德,用了21个月。通常,这需要大约四年的工作。这个修复方案很漂亮,很能说明问题,但非常复杂。进入仪器孔径的光线实际上是一个三维波。COSTAR会捕获该波,修复它,然后将其放入原来应该进入的同一个[孔径]孔中。镜片必须非常精确地研磨成非常困难的形状——基本上是薯片的形状。然后,你必须将这些镜片非常精确地定位到十分之一毫米,然后,当哈勃望远镜绕地球运行时,它们必须保持稳定,并且在冷热变化中稳定。
救援队来救援马斯格雷夫:
我做了五次太空行走中的三次。我第一次透过空气看到望远镜,当它靠近航天飞机时,它变得越来越大。它是一架非常大的望远镜。当我们开始追赶时,它会告诉你,嘿,现在是你的时刻了,它来了。然后你抓住它。当你出去时,这是一段美好、宁静、安静的舞蹈——你只是跳舞。没有紧张,也没有压力。你做你必须做的事情,并接受胜利或失败。这并不令人疲惫;你甚至都不会感到累。
特罗尔茨希
我正在看电视,看到一名宇航员拿着COSTAR,在航天飞机舱内漂浮——太酷了。我心想,“我刚刚碰过那东西。”他们把它插上,连接好电缆,那时我们才完成了我们的工作。我们打开它,并确保它能工作。想象一下,如果我们开始修复哈勃望远镜,却没有修复它?那将是可怕的。它能工作,这是一种难以置信的解脱和满足感。
科学成果莱克龙
在1993年12月下旬,我们开始收集新的数据。我们感到非常欣慰和高兴。1月份,美国天文学会召开了一次大型会议,因此科学家们赶紧将他们的数据进行简化和科学解释,以便他们可以在会议上展示。我们有很多很棒的论文,展示了我们一直以来期望的那种科学数据。
布朗
那时,我们人类历史上第一次清晰地看到了天空。无论你把望远镜指向哪里,你似乎都会看到一些不同的东西,一些你以前从未见过的东西。
苏梅克-列维9号彗星撞击木星莱克龙
1994年7月,苏梅克-列维9号彗星的21个碎片撞击了木星。它上演了大约一周的精彩表演,并吸引了全世界的目光。哈勃望远镜拍摄的图像非常辉煌。例如,你可以看到当木星大气中的气体被加热时,会产生有机分子。
马里奥·利维奥(Mario Livio),太空望远镜科学研究所的高级天体物理学家
苏梅克夫妇和列维夫妇在这里,在礼堂举行新闻发布会,但我们在楼下看着屏幕。我们不知道我们是否会看到任何东西。但我们确实看到了这个羽状物,像蘑菇云一样。太不可思议了。这是我记忆犹新的时刻。
哈勃深空利维奥:
鲍勃·威廉姆斯(Bob Williams)是太空望远镜科学研究所的所长,他正在考虑利用一些“所长酌情时间”来做一些大事。他召集了一个专家委员会,该委员会应该建议望远镜该做什么。讨论了各种各样的选择,然后剩下的选择是:为什么不直接对天空的某个区域进行10天的爆破,看看会发生什么?我们不确定我们到底会看到什么。
莱克龙:
他们从那片空白区域开始,当一切尘埃落定时,那里出现了数千个以前从未见过的星系。其中一些星系在九十亿年前就发出了光。这其中最了不起的是,在哈勃发射之前,就有论文发表说我们无法做到这一点,如此遥远的星系只会是模糊不清的斑点,最终会融入背景之中。
另外四次维修任务 利维奥:
其他的维修任务可能不如第一次那么紧张,但每一次都有其重要的时刻。特别是2009年的最后一次,当时任务在哥伦比亚号航天飞机灾难后被取消,然后由NASA局长迈克·格里芬恢复。我们知道这很可能是最后一次维修任务,所以这次任务非常非常重要。他们安装了两台新仪器,并修复了两台现有的仪器。
安德鲁·费斯特尔,NASA宇航员,在2009年最后一次哈勃任务中进行了三次太空行走
这是我第一次太空任务,作为一名新秀,能够被选中执行如此著名的任务是一种荣幸和荣誉。我们为这次任务训练了三年多,我花了大约300个小时在水下穿着宇航服练习我在太空中将要做的所有工作。每次我看到望远镜的新图像时,知道自己参与了望远镜所证明的历史,真是太令人惊奇了。
仍然处于领先地位 特罗尔茨希:
每年,空间望远镜科学研究所都会发出哈勃提案征集。每年,申请使用它的人数大约是实际能使用它的人数的五到六倍。它所做的科学研究是从世界各地的天文学家中竞争选拔出来的。
利维奥
在公众的激励方面,几乎没有哪项科学实验能像哈勃那样做出如此多的贡献,让人们真正感受到这些是伟大的发现,让人们欣赏我们在宇宙中的位置。哈勃的图像现在到处可见,我指的是到处。它们出现在电影、电视节目中,在各种地方被提及。哈勃的图像至少激发了两首我所知的当代音乐作品,并且出现在深夜电视节目中。当你进入流行文化时,你就知道你真的成功了。
布朗
如果上帝保佑,它将在未来无限期地继续做它精彩的事情。过去的25年是美好的证明,没有什么能限制人们利用功能强大的仪器去做新事物的创造力。
费斯特尔
这很可能是有史以来人类建造的最重要的科学仪器。我认为国家,乃至全世界,真的应该为此感到自豪。