癮科學：哈伯太空望遠鏡（上）
文章分類: 特色玩意
這次的維修任務預計將哈伯的服務年限延長到了 2013 年，但在那之後，我們還是要面臨著哈伯望遠鏡該何去何從的問題。哈伯能不能有好個結局？沒人知道，但在這之前，我們先來看看哈伯的故事吧！
p.s. 下集由此去
哈伯的誕生
在太空中放一架望遠鏡有許多的好處，包括增長的觀測時間、不會被大氣干擾，以及觀測紅外線、紫外線等容易被大氣吸收的波段，因此放在太空的望遠鏡從很早以前就是科學家期待中的觀測設備。早在 1960 年代，美國就已經發射了 OAO-2（Orbiting Astronomical Obervatory）任務進行紫外線頻率的觀察，證明了太空望遠鏡的可行性，因此 1968 年 NASA 就提出了一台大型（直徑 3m）的反射式望遠鏡的概念，配合正在發展中的太空梭，預計 1979 年就可以將望遠鏡發射升空。
然而，像所有這種以「發現未知」（即「沒有目標」）為名的大型計畫一般，這台暫時名命為 Large Space Telescope（LST）的太空望遠鏡很難過地發現自已最大的障礙不是技術，而是一種名為「錢」的東西。預算多次地刪減，以及在參眾兩院間的折衝，使得 LST 的發射時間不僅一路延後到了 1983 年，而且規模還大大地縮小了 -- 從原本的 3m 主鏡縮小成了 2.4m。
終於，哈伯可以開始建造了。然而，終究哈伯是個太過於有野心的計畫，有些地方 NASA 高估了當時的技術能力，也低估了建造這樣一樣精密機械所需要的成本。這點特別反應在哈伯的主反射鏡上 -- 哈伯的主反射鏡採用的是有兩片雙曲面鏡的卡塞格林反射鏡，這樣的設計擁有較廣的視野，以及較好的成像品質，但是卻非常難磨得準確，造價也高。這讓 NASA 和主鏡的承包商 Perkin-Elmer 之間發生許多的不愉快，哈伯的造價節節上升的同時，發射時間卻不斷地延後。
哈伯的備用鏡片（已經磨好形狀了，但要再包上一層鋁才能成為真正的「鏡片」）
等到一切準備就緒時，已經是 1986 年了。就在大家估計該年 10 月應該可以順利發射時，卻碰到了挑戰者號爆炸的意外，這停擺了所有的太空梭發射作業，哈伯望遠鏡也只好收到一間無塵室裡，還要不時地啟動運轉一下避免零件老化，並經常性地噴氮氣清理。據估計，哈伯維持這樣狀態的期間，每個月要花費 600 萬美元，使得 1990 年四月 24 日由發現號太空梭攜帶升空時，總造價由最早四億美元的估計，暴膨到二十五億美元。
近視的哈伯
哈伯終於發生之後，興奮地等待第一批照片進來的科學家很快地就發現了一個很嚴重的問題：哈伯有近視眼！當然因為望遠鏡的光學結構和人眼不同，所以其實講近視眼是不對的，但效果差不多。總之，延誤哈伯發射的罪魁禍首 -- 主反射鏡 -- 被發現雙曲面的弧度不對，使得邊緣反射的光和中央反射的光有一點點的偏差，無法將點光源集中在一個點上，反而是反散成了一個模糊的光球。這下子可糗大了，本來就已經嚴重超支的的哈伯太空望遠鏡，現在變成了比地面望遠鏡還不如的雞肋存在。
一整個糊
問題的原因，發生在 Perkin-Elmer 使用來測量鏡面磨光是否正確的那個校正儀器略有偏差，因此主鏡面從頭到尾都是在有偏差的情況下磨成的。Perkin-Elmer 還有另外兩個備用的校正儀器，兩個備用儀器也都發現了這個錯誤，但 Perkin-Elmer 選擇相信是備用儀器出了錯，而不是主校正儀出了錯。
就是因為主反射鏡是非常精準地被磨成了錯誤的規格，因此提供了科學家一個補救的機會 -- 哈伯從設計伊始，就設計成了可以定期維修／養護來增加使用壽命，而科學家正好可以利用下次的維修，替哈伯裝上抵消這個錯誤的額外鏡片。從某些角度上來說，這就像為哈伯裝上眼鏡一樣啊！
哈伯的四次維修
第一次維修由奮進號在 1993 年 12 月進行，除了換掉幾個小零件，和升級一下電腦外，最重要的就是為哈伯裝上名為 COSTAR 的「眼鏡」系統，而安裝前後的差異是非常明顯的。哈伯自此總算可以依照原設計的規格，進行太空觀察。第二次的維修任務發生在 1997 年二月，在這次的任務中，替換掉了兩個儀器，並將原本的磁帶記錄器（！）換成了固態的記憶裝置。
修理前與修理後
第三次的維修任務在 1999 年 12 月，在任務中換掉了全部六個維持哈伯指向穩定的陀螺儀，還換上了顆 25MHz 的 486 CPU。第四次的維修則是發生在 2002 年三月，除了又換了一個觀測儀器外（科技進步真快啊 @@），也為哈伯裝上了新的，更有效率的太陽能板。
第四次維修後的哈伯。可以看到太陽能板變成短短的硬板子。
第五次維修任務與未來
目前正在進行中的是哈伯的第五次維修任務，預備要再換兩個觀測設備，以及更換哈伯的科學儀器控制與資料處理單元，如此一來哈伯應該能繼續運轉到 2013 年。問題是，再接下來怎麼辦？隨著地面望遠鏡科技的進步（例如能自動補償大氣干擾的鏡片系統），大型的太空望遠鏡似乎用處愈來愈少，再加上太空梭退役之後，也無法再像現在這樣三不五時地上去升級一下，最終保留哈伯的理由，就只剩下其歷史意義了吧？
如果放著哈伯不管，幾年後它就會因為長時間和大氣的摩擦，最終墜毀在地球上。這是 NASA 最不願看到的結果 -- 因為它有可能掉在任何地方，對生命財產造成威脅，因此 NASA 傾向於在哈伯除役後，控制其下降的軌道，使其落在某個大洋中。但基於哈伯在太空探測史上的重要地位，也有不少人正積極地試圖將哈伯救下來，讓哈伯在博物館中陳列。只是先前說過了，太空梭正面臨除役，就算想要把哈伯從太空中救下來，也不知道要怎麼做才好。目前唯一可行的折衷辦法，是先將哈伯推到更高的軌道，暫時避免墜毀的危險，再靜待下一代的太空往返載具發展。
只是將哈伯推到更高的軌道需要專門設計火箭，先不說經費誰出，光是時間或許就已經不足以推動這樣的一方案。雖然很不願意見到，但哈伯的宿命，或許是就墜落在某個大洋中了吧...
讀者回應 (第 1 頁 / 共 1 頁)
sunny_lf2 @ May 15th 2009 6:37AM
太空的文物保護嗎？
jakevin @ May 15th 2009 12:58AM
敬禮！( ￣□￣)/
scrage @ May 15th 2009 1:10AM
敬禮！( ￣□￣)/
向哈伯及以他為名的太空望遠鏡致敬
真是篇不錯的文章
BlackChen @ May 15th 2009 1:12AM
敬禮！( ￣□￣)/
Cloud @ May 15th 2009 3:08AM
長知識了，謝謝作者
DAVID @ May 17th 2009 10:49PM
敬禮！( ￣□￣)/
dpdp8887 @ May 15th 2009 1:39AM
「大型的太空望遠鏡似乎用處愈來愈少...」
下一代的太空望遠鏡應會於2014年升空
http://www.jwst.nasa.gov/
「因此 NASA 傾向於在哈伯除役後，控制其下降的軌道，使其落在某個大洋中。」
新華社今天的報道如是說：
「太空人們隨後為哈勃望遠鏡更換了數據處理裝置，並安裝了一個對接環。這個對接環將在哈勃望遠鏡退役返回地球時發揮作用，屆時美太空總署發射的遙控飛船可以借助該對接環把哈勃望遠鏡引導至太平洋上空。」
kuo @ May 15th 2009 4:58AM
>>哈伯能不能有好個結局？
敬禮！ 鳴槍！
IVAN @ May 15th 2009 2:06AM
要作那麼大的鏡片拋光真的是不簡單
還好口徑縮成2.4m要真做到3m不知會再拖幾年
449 @ May 15th 2009 2:09AM
我認為Google應該要把它買下來，以後就會多個 Google Space
Reaz:on @ May 15th 2009 3:12AM
Google Space +1
哈伯為全世界無數的電腦使用者定期提供了絢麗絕倫的桌布
敬禮！( ￣□￣)/
chauan @ May 15th 2009 2:47AM
以後怎麼辦? 去NASA網站逛一逛就知道
Jame Webbs Telescope
http://www.jwst.nasa.gov/
dhchen @ May 15th 2009 4:39AM
Jame Webbs Telescope觀察的是紅外線，哈伯可以觀察可見光，兩者的功能還是有所不同的。
chauan @ May 15th 2009 12:34PM
雖然功能性不同, 但是JWST預計在2014發射, 剛好替代掉2013到期的Hobber......
名義上可以說是successor吧
詳細的比較
http://www.jwst.nasa.gov/comparison.html
Angus @ May 15th 2009 4:00AM
經常的轉動是否因為玻璃構造上的缺陷？
避免"劈"的產生？
Jacob @ May 15th 2009 5:20AM
敬禮！( ￣﹏￣)>
(前面的幾位是在行希特勒的舉手禮嗎？@@)
Owen Lyu @ May 15th 2009 2:13PM
最近也在看宇宙科技的一些書，才了解關於太空望遠鏡其實都患有近視的缺點 xD
cool @ May 15th 2009 9:43PM
讀到「近視的哈伯」那一段，腦子裡突然冒出「阿伯望遠鏡」一詞...科科
David @ May 17th 2009 11:34PM
向哈伯敬禮+1,因為有他,太空的探索才會進步的這麼快~
who @ May 18th 2009 6:51AM
[哈伯終於發生之後] 應該是 [哈伯終於發射之後]