为什么哈勃望远镜仍在服役中——即使JWST也惊叹不已

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美国宇航局近33岁的天文台仍然有许多顶级科学要做，天文学家希望延长其寿命。



1999年，宇航员更换了哈勃太空望远镜上的导航传感器。

詹姆斯·韦伯太空望远镜(JWST)去年开始运作后，比较开始了。天文学家和其他人在网上发布了JWST和哈勃太空望远镜拍摄的相同天体的并排图像，指出JWST拍摄的图像可以更加清晰和详细。



JWST最佳图片:壮观的恒星和螺旋星系

但是不要把哈勃排除在外。这架来自美国国家航空航天局和欧洲航天局的望远镜，在经历了近33年的强劲发展后，仍在不断取得重大发现。
英国爱丁堡大学的天文学家贝丝·比勒说:“哈勃望远镜仍有大量的科学工作要做。”他是一个代表使用哈勃望远镜的科学家的委员会的主席。
“人们在说，‘哈勃望远镜现在会不会没用了？’"马里兰州巴尔的摩太空望远镜科学研究所哈勃任务办公室主任汤姆·布朗补充道. "不是，因为它有独特的能力。"



哈勃(左)和JWST(右)拍摄的创造之柱，一个恒星形成区域

JWST探测红外波长，这使它成为观察遥远星系的理想选择，而哈勃主要以其他波长研究宇宙，包括爆炸恒星等奇迹发出的高能紫外光。它在可见光波长下也具有敏锐的视觉，使望远镜能够在更接近地球的地方拍摄前所未有的恒星、星系和宇宙现象的图像。因为没有其他天文台可以做这些工作，所以哈勃望远镜仍然有很高的需求，研究人员对它的时间提出了比望远镜可用时间更多的要求。
天文学家希望在哈勃仍然有用的时候最大限度地利用它。工程师们估计，这台造价160亿美元的望远镜将持续工作到2020年，甚至可能持续到21世纪30年代。但是，在剩下的几年里，这场竞赛仍在继续，以获取尽可能多的科学知识——并利用其与JWST在操作上的重叠。
1 同类中的佼佼者
许多天文学家最兴奋的是哈勃探测紫外线波长的能力，这在地面上无法很好地研究——地球的大气层过滤掉了大部分光线。美国宇航局不打算在太空中建立另一台强大的紫外望远镜，直到21世纪40年代。“与此同时，哈勃几乎是大量天体物理学研究的唯一希望，”布朗说。



哈勃太空望远镜

这包括年轻恒星发出的紫外线，它们在吞噬气体和尘埃时会发光。两年前，STScI的天文学家开始观测大约200颗这样的恒星，这是有史以来利用哈勃完成的最大的观测计划。目标是从这些恒星中创建一个紫外信息库，未来的天文学家可以用它来了解恒星的演化。调查已完成96%。
哈勃望远镜在研究“瞬时”现象时也大放异彩，例如爆炸的恒星，它们在夜空中毫无预警地出现，需要在它们褪色之前进行研究。一些当前和计划中的巡天将会发现许多这样的现象，一旦它们被发现，哈勃非常适合用紫外或可见光波长对它们进行详细观察。任务运营商甚至在哈勃的时间表中引入了“弹性周四”——每个月的一个周四专门用于安排最后一分钟的观测。
天文学家也在教哈勃新的技巧。运营商最近研究出如何使用它的一种仪器，高级巡天相机，来结合天体的光谱和偏振信息，从而对它们的性质产生新的见解。
未来几年的重点将是协调哈勃和JWST的观测，以获得更全面的宇宙现象图像。这可能意味着，例如，使用哈勃观察类似于JWST在遥远的宇宙中发现的星系的附近星系，创建一个星系演化的时间表，或者共同研究系外行星的大气，哈勃有着悠久的探索历史.
“拥有这两个天文台的力量极大地提高了我们理解所有这些天体物理学领域的能力，”马里兰州格林贝尔特美国宇航局戈达德太空飞行中心的天体物理学家、哈勃望远镜的高级项目科学家詹妮弗·怀斯曼说。"现在是充分利用这些设施的时候了。"
2 仍在工作
准确地说，哈勃还能活多久还不得而知。“如果我问你你的车什么时候会坏，你会毫无头绪，这就是我们所处的世界，”哈勃在戈达德中心的副项目经理吉姆·耶莱蒂克说。
哈勃1990年由航天飞机上的宇航员布置在轨道内，随后哈勃需要升级。宇航员在1993年至2009年间访问了它五次，首先是修复使它视力模糊的镜子缺陷，然后是增强它的科学仪器，使它保持在天文学的前沿。“这使得哈勃一次又一次地像一个新的天文台，”怀斯曼说。但是美国宇航局在2011年让航天飞机退役，并且没有计划再次维修望远镜。



在这张几十年前的照片中，一台机器正在制造哈勃的主镜；最终将在镜子中发现一个缺陷，这需要宇航员飞到天文台附近并安装矫正光学系统。

维持望远镜运行的基本系统——如为其供电的太阳能电池板和电池，以及在太空中为其定向的陀螺仪——功能正常，但正在老化。有时，事情会毫无征兆地发生，比如哈勃望远镜有效载荷计算机在2021年离线一个月。工程师们最终让它再次工作，但是是在一个备份系统上。如果备份失败，他们仍然试图重新启动哈勃使用的初始系统。
运营商也在寻找更智能的方式来运行望远镜，以延长其寿命。例如，工程师们改变了哈勃与卫星通信的方式，以便将数据转发给地球。现在，任务控制人员在一次性发送大量数据之前，先在望远镜上收集更多的数据，而不是在许多短脉冲中使用望远镜的机载应答器。降低应答器的开关频率可以延长它们的寿命。
3 搭便车提高寿命
另一个长期问题是哈勃能保持多长时间的高度，以摆脱地球大气层的阻力，这种阻力使其高度降低，最终将摧毁它。过去，望远镜曾在地球表面上方615公里的轨道上运行；它目前在535公里处，预计将保持到2030年代中期左右。
但是，如果太阳在2025年达到其预测的最大活动，太阳风暴可能会加速哈勃的灭亡。因此，美国国家航空航天局和位于加利福尼亚州霍桑的航天公司SpaceX正在研究他们是否可以将SpaceX太空舱安装到哈勃上，并将其推进到更高的轨道。这将让美国宇航局有更多的时间来研究如何在望远镜寿命结束时将其丢弃，方法是将其引导到海洋中。轨道推进研究的结果还没有公布。
Jeletic说:“我们相信我们能够让哈勃在这个十年结束之前做出独特和伟大的科学发现和观察，如果不是到下一个十年的话。”
与此同时，还有很多事情要做。尽管哈勃在其一生中已经进行了超过150万次观测，但它只观察了不到0.1%的天空。
“这个数字对我来说太神奇了，”Jeletic说。“有很多东西我们还没有看到。”