Starrix 星匯點 – 哈勃光輝15年 (15th years of Hubble Space Telescope)

哈勃光輝15年 (15th years of Hubble Space Telescope)

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19/07/2008

注意：這篇文章曾刊於本會2005年六月號會訊中，2008年，哈勃已度過了18歲的生日。

2005年是哈勃望遠鏡升空15週年紀念，它曾在宇宙中拍攝了大約七萬五千張相片，讓我們一起回顧及看看哈勃的成就吧。由於哈勃望遠鏡實在有太多的發現，基於篇幅所限，只可談論幾項。

構思於80年前

建設哈勃太空望遠鏡這個想法，並非這幾十年的事，其實早於1923年，德國火箭科學家Herman Oberth 已在其著作「Die Rakete zu den Planetraumen」上，提出了若於大氣層外設置望遠鏡，因為這樣做可以減少大氣層的折射影響，得到更清晰的觀測結果。直到1946年，美國人Lyman Spitzer開始以計算、設計和模擬試驗其可行性，接近30年後，美國太空總署和歐洲太空總署終於決定發射一支太空望遠鏡於宇宙的計劃。兩間太空總署於1977年正式發表相關計劃，並獲得政府和私人機構贊助。

哈勃望遠鏡的命名

哈勃望遠鏡是以天文學家 Edwin Powell Hubble (1889 – 1953) 的名字命名，哈勃於1925年時發現了「哈勃定律」，即星系與地球之間的距離與星系在宇宙中移動的速度成正比，換句話說，越遠離地球的星系，後退速度越高。其後，科學家亦因此發現了宇宙的膨脹及形成了大爆炸宇宙論的基礎。

哈勃的初期幾經風波

1981年：完成望遠鏡的設計及鏡片打磨工作。

1985年：哈勃望遠鏡已完成所有裝嵌工序，預計在1986年升空，但由於當時發生了「挑戰者號 (Challanger)」的穿梭機意外，引致所有穿梭機計劃全部暫停。

1990年：4月24日哈勃望遠鏡發射升空。

1990年：4月25日哈勃望遠鏡正式運作，可是，升空後發現望遠鏡的鏡片弧度不足，這個誤差約為人類頭髮的闊度的1/50，但已導致對焦出現問題。

1993年：12月美國太空總署及歐洲太空總署派出「哈勃服務計劃Hubble Servicing Mission (SM1)」升空進行維修，此次維修於宇宙中進行。維修後哈勃望遠鏡的視力才回復正常。

1993 – 2002年：其後的十年中，多次派遣穿梭機進行維修，如1997年的SM2、1999年的SM3A及2002年的SM3B升級計劃。預計2010年，正式退役。

哈勃望遠鏡長度為13.2米、重量11,100千克、最大直徑為4.2米、軌道高度距離地面約569千米，約97分鐘圍繞地球一圈。

看到古老的宇宙

整張圖片都是星系、星系，哈勃望遠鏡曾拍攝最探層的宇宙圖像，一個小小的數十億光年的小區域能拍攝到接近一萬個星系。跟據天文學家的推算，如果我們看得越遠，就可看到越遠古的星系，這幅哈勃的圖片可說人類看到的最遠的東西了。

(按上圖可放大)
Credit: NASA, ESA, and the Hubble Heritage Team (STScI/AURA)

圖片中的星系包括不同年齡、形狀、顏色。圖中最細小的紅色星系約佔100個，相信是現存所知最遙遠的星系，它們約是在8億歲時的宇宙中的星系影像。而最接近的星系，就是那些較大、較光和清晰的螺旋形星系和那些橢圓形星系，它們約距離我們十億光年遠，存在於宇宙形成後130億年的時代。

宇宙中深處的黑洞

2004年6月，哈勃發表了幾張與不同觀測站和望遠鏡共同合作拍攝的相片，發現了宇宙中的一些年幼星系的中心黑洞源頭，這些物體在一般的望遠鏡中不存在，是宇宙非常深處的物體，紅移數值超過6或更多，可見這是極遠古的物體。Chandra觀測站可探測高能量X射線源、哈勃就可看到可見光源、Spitzer望遠鏡就看到紅外線源，我們利用不同波長的可見光譜去探測，就可以發現到不同的高能量星體源頭。其實Chandra在更早前已發現超過200個這類型的高能量星系中心源頭，但配合其他望遠鏡及觀測站，可以更清楚其確實情況。

Credit: NASA, ESA, and the Hubble Heritage Team (STScI/AURA), Chandra, Spitzer

重力透鏡現象

哈勃望遠鏡亦讓我們看到宇宙深處的重力透鏡現象，跟據相對論的預測，物質的存在可讓時空扭曲，讓光線經過重量大的物質旁邊時，會走一條如像轉彎但其實是最短的路線。所以，當我們觀看遠方的星系時，如在中途有另一個重量較高的星系阻隔的話，在後方的星系的影像就如同經過一塊凸透鏡一樣，形成數個相似的星系影像。圖中可見某些星系的影像甚至被拉長至像條狀一樣。

(按上圖可放大)
Credit: NASA, ESA, and the Hubble Heritage Team (STScI/AURA)

美麗的各種星體

哈勃望遠鏡在這十數年拍攝了很多不同種類的星體，例如各種不同類型的星系、不同形狀的星雲、我們太陽系內的各個行星、甚至彗星、小行星、雙星系統、中子星、新星、星際物體、變星、白矮星、棕矮星、疏散星團、球狀星團以及很多不同類型的星體特性及演化如原恆星盤、星體噴流等等。讓我們欣賞其中數張圖片吧！(按下面圖片可放大)


火星	NEAT彗星	NGC6397球狀星團

七姊妹星團	一顆宇宙的中子星	SN1987A超新星

土星的南極氣侯	蟹狀脈沖星	死亡的恆星NGC6543

Credit: NASA, ESA, and the Hubble Heritage Team (STScI/AURA)

哈勃15週年的兩張紀念圖片

為慶祝哈勃望遠鏡升空15週年，美國太空總署發布了兩幅相片。其中一幅為鷹狀星雲，又稱為創造的柱子 (the Pillars of Creation)，它是一個星際的育嬰所。這個柱子高約9.5光年，大約是太陽與最近的恆星之間的距離的兩倍。

Credit: NASA, ESA, and the Hubble Heritage Team (STScI/AURA)

恆星在鷹狀星雲中的冷的氫氣中誕生，於1999年發表的哈勃相片中已看到新誕生的星星的模樣。在星雲的尖端中，可看到一些很重、高溫及年輕的恆星。

Credit: NASA, ESA, and the Hubble Heritage Team (STScI/AURA)

另一張發表的相片是M51漩渦星系和其子星系

漩渦子母星系M51(NGC 5194)是兩個相連著的星系，而連繫著兩星系的其實是大量的星塵和恆星。這張清晰的相片於2005年1月份拍攝。彎曲的漩臂上佈滿了年輕的恆星，而星系中心佈滿黃色的年老恆星。

Credit: NASA, ESA, and the Hubble Heritage Team (STScI/AURA)

有些天文學家相信漩臂受到子星系的影響，子星系NGC5195如同猛烈把母星系拉開。然而，哈勃的圖片讓我們看到NGC5195在M51漩渦星系後面經過。小小的星系在漩渦星系後面約數百百萬光年的地方經過。

哈勃的未來

原本決定哈勃望遠鏡將會在2005年有第四次的大型升級及維修 (SM4)，但最終於本年年初美國國會決定取消最後這次的升級及維修。但其實以往都有很多太空人到哈勃望遠鏡進行小型的維修，而最後一次的小維修已決定於2006年進行。而哈勃最先發射是預算使用15年，後來才延長五年至2010年，可是，沒有了第四次的大型維修，有可能壽命會短過20年。

2008年7月補充資料

哈勃望遠鏡的第四次大型維修 Servicing Mission 4 (SM4) 已獲通過，並於2008年10月8日進行。

資料搜集及編寫：蔡錦滔