《哈伯寶藏》:作為太空史上最有膽識的太空任務,哈伯太空望遠鏡的五次維護任務必將名留青史

《哈伯寶藏》:作為太空史上最有膽識的太空任務,哈伯太空望遠鏡的五次維護任務必將名留青史
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我們想讓你知道的是

本書作者吉姆.貝爾教授是使用哈伯望遠鏡的天文學家,也是頂尖太空攝影專家,他在這本精采的專書中細數哈伯的所有成就,我們會了解哈伯如何拓展人類對宇宙的認識,以及我們在宇宙中的位置。

文:約翰・格倫斯菲爾德(John M. Grunsfeld)博士 天文物理學家/太空人,外號「哈伯修理工」

序言

幾千年來,人類一直仰望夜空,希望從星星的排列,以及月亮、行星與偶爾出現的 彗星曲折的移動路徑中找到意義。現代文明並未改變我們對宇宙奧祕的熱愛,我們 對宇宙本質的好奇心更是不減反增。我們知道宇宙誕生於138億年前的「大霹靂」 (the Big Bang,又稱大爆炸),並不斷地膨脹成今日透過望遠鏡所見到的星系分布,有了望遠鏡,我們的視野得以擴展到遠遠超出祖先所能看到的範圍。

所以我們知道宇宙中散布著黑洞、在夜空中看得見的恆星幾乎都有行星環繞。這些知識要歸功於天文學家,他們投入一生研究地面與太空望遠鏡取得的資料;同時也要歸功於 那些以無比巧思建造天文臺的工程師和技術人員。哈伯太空望遠鏡就是這樣一座位於太空的天文臺,它在天文發現史上占有獨特的地位。哈伯望遠鏡所獲得新發現的廣度和深度,使得它可能是人類有史以來建造過最重要的科學儀器。我們慶祝1990年哈伯發射30週年之際,同時也在慶祝人類追求知識這趟不可思議的發現之旅。

哈伯太空望遠鏡的觀測結果有助於為古老的問題提供解答,例如:我們從哪裡來?物質、恆星、行星、星系,以及組成我們的化學元素是從哪裡來的?我們將會去哪裡?我們太陽系的未來軌跡是什麼?太陽的未來和我們宇宙中星系的命運是什 麼?黑洞存在嗎?(是的!)鄰近的恆星周圍有行星嗎?(是的!)

然而,所有的這些科學議題在某方面與哈伯最重要的成就相比,都顯得黯然失色:哈伯拍攝的影像中,向我們展示的宇宙比我們想像的更豐富、更美麗。這本書中所呈現的這些如今已為人熟知的圖片,啟發了世界各地的人,振奮了我們的精神,也激發了我們的好奇心。

哈伯太空望遠鏡儘管帶來了許多奇蹟和讚嘆,但這輝煌的30年其實過得並不 安穩。1990年,哈伯才剛由發現號太空梭送上太空就停擺了,而且幾乎沒人預期它會成功。因為這座指標性望遠鏡的2.4公尺主鏡有一個製作上的小缺陷,導致第一次拍出來的影像模糊不清,天文學家擔心這項任務可能會近乎完全失敗。

投入這架望遠鏡的金額高達數十億美元,公眾和美國國會對於哈伯竟然在光學系統上出問題感到困惑和憤怒。更糟糕的是,哈伯成為深夜電視節目上的笑柄和社論漫畫家的素材。但是,對所有人來說幸運的是,這不是故事的結束,而是一段奇妙旅程的開始,我們不僅拯救了望遠鏡,還將它的視野擴展到最初建造時無法想像的境界。

當時在NASA領導階層的支持下,傑出的哈伯設計師想到了望遠鏡的一項獨特優勢:利用太空梭將望遠鏡送入地球軌道的載運方式,能在後續的任務中由太空人為望遠鏡提供維修服務。這也開啟了公認最著名的太空梭任務之一——修理和維護哈伯太空望遠鏡。1993年由奮進號太空梭執行的第一次維護任務,攜帶了新的儀器和校正光學組件,以「消除」主鏡的錯誤設計。可以說當時NASA的未來、和往後載人太空計畫的存廢在此一舉。

值得慶幸的是,儘管面臨許多技術和人力的挑戰,這次任務還是非常成功。從1993至2009年期間,總共執行了五次哈伯任務,每一次都挑戰了所有相關的工程師、科學家、技術人員、管理人員和太空人的聰明才智和毅力。而我有幸參與了五次中的三次飛行任務,以太空漫步來升級和維修望遠鏡。

1997年,我奉派執行個人的第三次太空飛行任務,這也是哈伯的第三次維護任務。作為一名天文物理學家,這堪稱太空梭任務的「聖杯」。我們安排了創紀錄的六次太空漫步,要對幾個哈伯的觀測系統進行大整修,並且安裝一個新的高解析度相機。但是僅僅兩年後,哈伯再度給了我們新的挑戰。1999年,望遠鏡的陀螺儀有半數發生故障,哈伯的觀測工作很可能因此停擺。所以同年12月,我們搭乘發現號太空梭出發與哈伯會合,進行只有三次太空漫步的簡短救援任務。

在那次任務中我們安裝了新的陀螺儀、新的電腦和其他設備,讓哈伯能維持運作。這也是我的第一次太空漫步,並有了與哈伯近距離接觸的機會。1999年耶誕夜,我有幸與我的搭檔史蒂文・史密斯(Steve Smith)進行最後一次太空漫步,然後在耶誕節當天釋放了望遠鏡,讓它繼續展開發現、探索和觀測太空的任務。我感覺一臺能順利運作的哈伯望遠鏡,真是一件送給全人類的大禮。

在那次成功的任務之後,我被任命為酬載指揮官,帶領2002年一次哥倫比亞號太空梭任務的太空漫步。這是原訂的第三次維護任務,只是中途因為陀螺儀故障而臨時安插了另一項維修任務。在這次任務中,我們為哈伯安裝了一款新型的高解析度數位相機:先進巡天相機(Advanced Camera for Surveys)。這臺卓越的相機日後拍攝到能夠證實宇宙正在加速膨脹的資料,進而使得亞當・瑞斯(Adam Riess)、 布萊恩・施密特(Brian Schmidt)和索歐・珀爾馬特(Saul Perlmutter)獲得了2011年諾貝爾物理獎。

然而,在哈伯能夠做出這項貢獻之前,我們必須先修復望遠鏡主要的電力控制器。如果修復不了,哈伯將永遠停止運作。但是像這樣的修復工作從來沒有實際在太空中執行過,要是沒做好,哈伯就會立刻失去效能。多虧了位於馬里蘭州的NASA戈達德太空飛行中心(Goddard Space Flight Center)工程師的高超才華與善用資源的能力,以及休士頓的NASA詹森太空中心(Johnson Space Center)了不起的太空漫步教練和操作員團隊,我們才得以實現幾乎不可能完成的任務,在第三次太空漫步時更換了故障的裝置。


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