【哈伯望遠鏡30年】改寫人類宇宙視野 NASA公布16.3萬光年外高清星團照

尚國強
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美國國家航空暨太空總署(NASA)於1990年將「哈伯太空望遠鏡(Hubble Space Telescope)」送上宇宙,屆滿30週年之際,NASA再公布了一張哈伯望遠鏡拍攝到兩團星雲的圖像,絢麗的色彩令人十分驚艷。

相片中的兩團星雲十分靠近銀河系,距離地球約有16.3萬光年。圖中一團紅色巨大的星雲是(NGC 2014),在其旁藍色較小的星雲是(NGC2020),兩星雲為大麥哲倫星系(Large Magellanic Cloud)的一部分,因為很像海底世界的景象,天文學家又將這張照片稱為「宇宙礁」(Cosmic Reef)。

1990 年5月20日哈伯太空望遠鏡傳回第一批影像時,模糊的畫面讓科學家們必須一再改良精進。後來的哈伯望遠鏡成為當代最重要的天文觀測工具之一,它紀錄下許多星球、星星和銀河系的圖像,改變人類看宇宙的視野。

《英國廣播公司》(BBC)報導,哈伯望遠鏡確實是史上最重要的科學工具。

而它距離退休也還有一段時間。共同管理哈伯望遠鏡的NASA和歐洲太空總署(ESA)指出,只要它保持效能,就能提供經費讓它繼續運作。僅在2019年,有近1000篇的科學論文與哈伯望遠鏡提供的數據有關,它是人類發現探索的先鋒。

3對陀螺儀是哈伯的弱點

天文工程師持續觀察哈伯望遠鏡系統的「健康狀況」。值得開心的是,四座儀器,包含2座成像儀(imager)和2座光譜儀(spectrograph)仍全速運轉。

而哈伯望遠鏡的致命弱點是它用來定位方向的3對、6個陀螺儀(gyroscope),其功用可以幫助望遠鏡穩定注視宇宙中的目標物。

陀螺儀會定期失效,2009年最後一趟太空維修任務中,6個陀螺儀全數更換,在這幾年之間,又有3個陀螺儀接連故障,NASA研究計畫科學專家懷斯曼(Jennifer Wiseman)博士表示,這還不算是一個太嚴重的問題。對於哈伯進入2020年代後仍能運作順利,有一定程度的信心。

「名義上,我們需要3對陀螺儀,但我們只需要一對就可以運作,這要歸功於足智多謀的工程師」,她說。

韋伯太空望遠鏡2021年升空輔助

被視為哈伯望遠鏡「繼承者」的詹姆斯韋伯太空望遠鏡(James Webb Space Telescope),預計於2021年3月底發射升空,「韋伯」未來出任務後,在目前更為現代的天文技術之下,會擴大觀測能量,不會讓原本的哈伯望遠鏡變得多餘。

因為韋伯太空望遠鏡的設計目的,是為了要以相較於哈伯望遠鏡更長的光波來觀察宇宙,兩者將是互補,有時會觀察同一個目標,以此獲得更全面的視野。

哈伯的科學貢獻:揭露宇宙存在138億年

雖然討論哈伯望遠鏡的科學貢獻已經是陳腔濫調,但是哈伯望遠鏡真的是一個「發現的機器」(discovery machine)。1990年、發射哈伯望遠鏡之前,天文學家並不知道宇宙大爆炸後存在多久,是100億年、還是200億年?

哈伯望遠鏡對活躍星系的觀察,縮小了不確定的範圍,人類現在可以知道宇宙存在138億年。它對於證實「宇宙加速膨脹」理論扮演重要角色,也提出明確證據,證實星系中心存在超大質量的黑洞。

令人感到驚訝的是,哈伯望遠鏡升空時,科學家們尚未發現第一科太陽系外、不繞行太陽公轉的系外行星。現在哈伯望遠鏡才打前鋒,研究太陽系外的世界,透過檢測大氣判別其性質。

雖然現在已經有地面望遠鏡可以與之匹敵,但是太空望遠鏡領域中,哈伯仍是先鋒。一張「哈伯深空」(Hubble Deep Field)照,就是它連續拍攝同一個小區域天空影像多日,最後確定非常遙遠的地方,有極其微弱的星系,這是一項傑出的天文學成就,這些研究幫助人類確認大爆炸後,宇宙存在的時間。

未來只有韋伯太空望遠鏡的紅外線探測器,可以更深入的探索宇宙。

將宇宙擺在人類眼前

1990年4月25日,將哈伯望遠鏡送到地球上空612公里遠軌道運行的載具,是發現號太空梭(Space Shuttle Discovery),而蘇莉文(Kathryn Sullivan)是當時太空梭上的一名成員。

蘇莉文說,哈伯望遠鏡對科學的影響十分巨大。她發現哈伯望遠鏡傳回來的美麗圖像在大眾文化中也佔據很大份量,它把宇宙的照片直接擺在人們眼前。

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