追赶时空的距离——“哈勃”

“明月几时有，把酒问青天……”千百年来，人类遥望星空，苦苦追寻着宇宙万物的变化规律。望远镜的出现，大大地开拓了人类的视野，使我们可以通过它去观察宇宙。但是，由于在地面，望远镜受到大气层的遮挡和乌云、迷雾、雨雪、昼夜等条件的限制，使得从地面上观测星云像“从湖底去看飞鸟”，十分困难。随着航天技术的发展，科学家决定把望远镜搬上天空，搬到大气层以外去，让它无遮无挡一览无余地观测宇宙。1990年4月24日，随着“发现”号航天飞机的又一次升空，这个伟大的设想终于实现了。从此，地球有了一个值得骄傲的“太空巨眼”。

这个“太空巨眼”叫“哈勃”，它以美国天文学家埃德温·P·哈勃命名，以纪念这位天文学家在20世纪前半期对星系天文学和宇宙结构组成方面所作出的杰出贡献。“哈勃”是人类有史以来最大、最精密、结构复杂、设备先进的太空望远镜。它运行于距地面613公里高的轨道上，每97.3分钟绕地球一周。它全长13.1米，宽4.7米，重约12吨，其镜筒直径4.28米，主镜直径2.4米，副镜0.3米，装有先进的成像系统、计算机处理系统、中心消光圈、主镜消光圈、控制操纵系统、图像发送系统以及由两个长11.8米、宽2.3米、能提供2.4千瓦功率的太阳能电池板，两部与地面通信的抛物面天线等。除此之外，它还附带有宽视场行星照相机、暗弱天体照相机、暗弱天体摄谱仪，高分辨率摄谱仪、高速光度计、精密制导遥感器等8台科学仪器设备。按照设计，它将使人类观测宇宙的视野扩大350倍，可看到宇宙中140亿光年处发出的光。它能观察到29等星，即相当于可看到500公里以外一支蜡烛的光。它能够单个地观测星群中的任一颗星，能研究和确定宇宙的大小和起源，以及宇宙的年龄、距离标度，能分析河外星系，确定星系间的距离，能对行星、黑洞、类星体和太阳系进行研究，并画出宇宙图和太阳系内各行星的气象图。它能观测的光谱范围之广，所提供的图像清晰度之高以及观测时间之长是任何一台望远镜所不可比拟的。美国为了研制这台世界第一号的天文望远镜，耗资21亿美元，用了近13年时间，花费了巨大的人力财力。

那么“哈勃”到底是什么样子呢？

它的工作原理是这样的：来自太空中被观测目标的光线首先进入主镜，然后反射到副镜上，再由副镜射向主镜的中心孔，穿过中心孔达到主镜的焦面上形成高质量的图像，最后由各种科学仪器进行精密处理，把最终处理数据通过中继卫星系统发回地面。

然而，“哈勃”的研制及使用过程并非科学家原先设计的那样一帆风顺。中国有句老话叫“好事多磨”，用它来形容“哈勃”或许再恰当不过了，从它诞生的那一天起，便成了个“多灾多难”的不幸者：这台空前巨大先进的天文观测设备于1985年研制成功，按设计要在1986年发射，但由于“挑战者”号航天飞机爆炸，使它上天计划一推再推，一直到1990年4月24日才由“发现”号航天飞机发射升空。上天后，接连不断地出现问题。首先是两个与地面通信的天线不按计划转动，地面工程师费了很大的劲儿才通过遥控使之就位。接着，它又不断地晃动，原因是当它从地球阴影中飞出来进入强烈的阳光下时，温度很高的阳光打在“哈勃”那冰冷的太阳能板上时，使之产生了微弱的蠕动，从而引起整个望远镜缓慢晃动。科学家费了九牛二虎之力总算把问题解决了，然而新的问题又出现了：为了使“哈勃”能准确地对准观测目标，科学家花了8年心血为它编了一个“向导星表”，但由于一位电脑控制程序员的工作疏忽而忘记更改数据，结果使“哈勃”所观测的目标角度总比实际角度偏左。在用了很长时间，不断地进行软件调整使之逐步修正过来之后，一个更致命的问题让所有科学家目瞪口呆。他们发现，“哈勃”所观测的图像一直有一个“模糊圈”，经过一段时间的调查，原因终于查明了：原来，在镜片的加工过程中，一块模板被装偏了1.3毫米，把边缘部分多磨去了0.002毫米。这一误差造成了主镜面几何球形像差，使从光轴上一点发出的光不能汇聚在同一像点上。这个从1978年开始粗磨，精磨到1981年才完成，用了400万个工时，使用了全美精度最高的模具的镜片，却由于操作者的失误成了“近视眼”，并且在完成后到上天的长达8年的时间里居然没有人认真核查修正，实在令人遗憾。

为了修复这台“巨眼”，美国国家航空和航天局（NASA）又花费巨资，制订了一套修整计划。1993年12月2日，7名宇航员乘“奋进”号航天飞机腾空而去，执行太空行走维修“哈勃”的重任。5日，2名宇航员经过8小时的太空行走，成功地抓回了“哈勃”太空望远镜；6日，另2名宇航员又进行了第2次太空行走，用6个半小时，成功地更换了太阳能电池板；7日，宇航员在第3次太空行走中，为“哈勃”换上了新的宽视场行星相机。新相机自身具有校正像差的功能，可使图像清晰度提高10倍；8日凌晨，2名宇航员进行了第4次太空行走，完成了这次太空修复的主要工程，给“哈勃”戴上了一付“眼镜”——“光学太空望远镜偏差校正仪”（这付“眼镜”，或许是世界上最贵的眼镜，它耗费了2－3亿美元）；9日，宇航员进行了第5次太空行走，成功地把“哈勃”送回了轨道。至此，修复工程圆满完成。

“哈勃”在带病出征的几年中，为人类发回了大量珍贵的照片资料，取得了许多成果。修复后的“哈勃”是否能像科学家所希望的那样，帮助人类解开重大的宇宙之迷，追寻宇宙起源，找到宇宙究竟是有限的还是无限的等问题的答案呢？这些还需要时间来回答。