[摘自《科学24小时》2006年11月总第207期] 中原

1990年4月24日，哈勃太空望远镜由发现号航天飞机发射升空，进人地球轨道。哈勃太空望远镜是目前最大、最精巧的太空望远镜，是为了纪念美国天文学家哈勃（Edwin Hubhle）而命名的。天文学家哈勃最重要的成就是1929年发现哈勃定律，该定律证明整个宇宙正在膨胀中，被誉为20世纪最重大的天文成就。

哈勃太空望远镜口径2.4米，是有史以来制作最精良的望远镜。其镜面十分平滑，即使把镜面放大到3000公里宽，起伏的程度还不到5厘米。但不幸的是，发射升空两个月后传回来的第一张影像不如预期，这才发现镜面还不够凹，精度差了2微米（是一根头发的五千分之一），使得影像不能清晰聚焦而稍呈朦胧。虽然经过计算机影像程序的修正，但影像仍然不能达到原先预期的结果。因此美国航空太空总署只好在1993年11月再度利用航天飞机去修复哈勃太空望远镜，全组7位航天员持续工作5天才完成修复任务。1994年l月13日传回哈勃望远镜修正后的第一张影像：M100涡状星系，表露出许多前所未见的细节，这显示了哈勃太空望远镜能够完全发挥功能。

修复后的哈勃太空望远镜所摄得的影像，分辨率已达到预期的要求，而质量之佳常令天文学家称奇，尤其是所摄得的天体影像，例如土星的极光、星系的核心、恒星喷流、星团与各类星系等，常被新闻媒体引用报道，带给全球一次又一次的惊喜与赞叹。

哈勃太空望远镜由美国航空太空总署与欧洲太空总署共同建造，造价1.5亿美元，修复总费用约为6.2亿美元（光是航天飞机升空等操作费用就要4.29亿美元）。它不负众望，达到天文学家的要求。因为位于地面上空600公里处绕地球运转，免除了地球大气的扰动，所以分辨率比地面高出10倍以上，可以拍摄到28星等天体。其主要设备有6项：两台相机拍摄天体影像，两台光谱仪拍摄光谱，一台光度仪侦测天体光度，以及一组追踪侦测仪测量天空中的恒星位置。

在历史上，很少有望远镜能像哈勃太空望远镜一样，对天文研究产生如此深远的影响。不过，它的影响并非如大多数人所想象的那样。基本上，它并未造就任何只属于它本身的发现；相反，哈勃太空望远镜针对来自地基天文台的线索与猜测，将其转化成近乎真实的确切影像。它与其他天文台同心协力，为宇宙提供了彩色的视野。它也迫使理论学者重新思考更广泛的理论，并建构新理论，以期能更详尽地解释天文现象。简单地说，哈勃太空望远镜的深远影响力并非源自其优异的仪器与技术，而主要来自于与其他望远镜的密切合作。

今年4月，哈勃太空望远镜在太空中度过了它的16周年。它为天文学家提供了前所未有的详细信息，并将遨游宇宙的视野带回地球，而这两方面的成就，最近却被有关于它未来何去何从的争辩所遮掩。正当美国航天总署（NASA）挣扎着是否恢复航天飞机的飞行任务时，哈勃太空望远镜的状况仍在持续退化中，除非航天员能够前往并修复它，否则哈勃太空望远镜最快还有两年就会届临退休。在哈勃太空望远镜渐人垂暮之年的时候，我们不禁想起这个在茫茫太空中孜孜不倦、辛勤工作的功臣．为探索人类天文事业作出的一系列伟大的贡献。

一、壮观的彗星撞击秀

从宇宙的观点来看，修梅克一利瓦伊9号彗星撞击木星是件小事：岩石态行星与卫星凹凸不平的表面，早已说明太阳系就像个靶场。但从人类的观点来看，这是一生中绝无仅有的事件：平均每1000年才会发生一次像这种彗星穿越并撞击行星的事件。

修梅克一利瓦伊9号彗星死亡前一年，哈勃太空望远镜的影像显示，它已分裂成20几块碎片，像是一串珍珠。第一块碎片在1994年7月16日猛力撞入木星大气，其余的碎片则在一周之内接踵而至。影像显示出在木星的地平线，升起类似核爆的蕈状云，并在之后的10分钟内殒落星散，碰撞所留下的痕迹可持续几个月。

这些稀有的影像固然价值非凡，但也引出了关于这个气态巨行星成分的问题。在一处撞击地点，波动以每秒450米的速度向外传播。主要的解释认为，它们是以浮力为恢复力的重力波，就好像你试着强压一块木头人水时，木头会不断地浮沉一样。如果真如此，则这些波动的性质暗示了传递波动的液态云的氧氢比例为太阳中的10倍。但如果像一些理论所假设的，木星是由尘埃云气盘因重力机制而断裂形成的，那么它的成分应与气盘相同——即与太阳相似。这一矛盾至今仍无确切解释。

二、侦测太阳系外行星

2001年，美国天文学会要求行星科学家票选他们认为在过去10年里最重大的发现。他们选出的是对太阳系外行星所做的观察。今天，研究人员已知大约有180个这类天体，其中大多数是由于地基望远镜观测到因行星的重力牵引，造成了主星微弱不定地摇晃运动而推论得到。但是这类观测仅提供了关于行星的极少量信息：行星轨道的大小、椭圆率与行星质量的下限。

哈勃太空望远镜持续观测那些轨道面与我们视线排成一直线的行星系统，当它们周期性地从其主星前面掠过时，将会遮挡掉恒星所发出的部分光线，这一事件被称为“凌日”。哈勃太空望远镜对首次被发现的凌日行星“HD209458的伴星”所做的观测，提供了所有太阳系外行星中最详细的数据。它的质量比木星小30%，但直径却大30%，可能是因为暴露在其母星的辐射轰击下所造成的膨胀。该行星不具备环与卫星，因为如果行星周边存在着宽环或卫星，哈勃太空望远镜的数据将可精准地揭露出来。最令人印象深刻的是，哈勃太空望远镜首度测量了环绕在其他恒星周围的成分。该行星大气含有钠、碳和氧，而它的氢气蒸散入太空，形成一条彗星般的尾巴。要在星系中搜寻生命的化学征兆，这些观测是必要的前导测量。

三、追踪恒星之死

当一颗恒星的质量介于太阳质量的8～25倍时，理论预测它将会以超新星爆发的形式结束生命。当恒星耗尽了可使用的燃料时，它会突然失去用以支撑它本身重量的惯有力量。它的核心将崩塌形成中子星，那是一个毫无生机的超致密恒星遗骸，而其外部气层则以光速5%的速度向外弹出。

但是要验证这项理论却非常困难，因为自1680年起银河系内就不曾发生超新星爆发事件。1987年2月23日，天文学家获得了机会：在银河系的卫星星系“大麦哲伦云”中发生了一次超新星爆发。当时哈勃太空望远镜尚未发射升空，但在三年之后它开始追踪此事件的进展。哈勃太空望远镜很快就发现了在爆炸恒星的周围，存在一个三环系统。其中央的环看来是沙漏状云气的细腰，而较大的圈圈则明显是在爆炸前数万年喷出的两片泪珠状云瓣的边缘。1994年，哈勃太空望远镜开始观测到中央环上一连串的亮点，这代表超新星的喷出物劈里啪啦地撞上了环圈。对环圈的观测，持续阐明了恒星的生命是如何进人尾声的。

不像大质量的恒星，同太阳一般大小的恒星，死状就相对要优雅得多。它们的非爆发性过程大约需l万年，逐步弹射出其外部气体壳层。当恒星中央高热的核心裸露出来时，其辐射会游离喷出气体，发出绚丽夺目的鲜明绿光（游离氧激发）与红光（游离氢）。这个结果被称为行星状星云，这是个常让人误解的名字。今天我们已知的行星状星云有2000个左右。哈勃太空望远镜以无比精细的程度展现了它们极端复杂的外形。

有些星云显露出一组圆形标靶般的同心环结构，可能是暗示喷发气壳的过程并不连贯。奇怪的是，不连续喷发的间隔据推算大约是500年，但这段时间实在太长，且不能以动力搏动（恒星因重力与气休压力间温和的交互作用，而产生收缩与扩张的现象）来解释，不过却又短到无法用热力搏动（恒星被驱向非平衡状态）来描述。因此这些被观测到的同心环之确实成因，目前尚不清楚。

四、发现γ射线爆发之因

γ射线爆发（GRB）是短暂的γ射线闪光，过程可持续几毫秒到数十分钟。依据其持续时间大于或小于两秒钟，可分为两种不同的类型，时间较长的爆发比时间短的爆发所产生的光子能量来得低。康普敦γ射线观测站、χ射线卫星BeppoSAX以及数个地基天文台做了观测，将长时间的γ射线爆发归因于寿命短的大质量恒星发生核心坍塌——换句话说，就是超新星爆发的一种。问题是，为何只有一小部分的超新星会产生GRB ?

哈勃太空望远镜发现在星系中形成恒星的区域诞生超新星时，长时间的GRB往往发生在非常明亮的区域，而质量最大的恒星也聚集在那里。还有，在比较超新星的宿主星系之后发现，长GRB的宿主都非常黯淡，比较不规则，也较欠缺重元素。这个发现很重要，因为缺少重元素的大质量恒星产生的恒星风，比起那些富含重元素的大质量恒星所吹出的风来得微弱。这样，在它们的生命里，更能持盈保泰，保有较多的质量。当寿命走到尽头时，它们便成了较重的星体。当核心坍塌时，它们倾向形成黑洞，而不是中子星。事实上，天文学家把长GRB归因于快速旋转的黑洞所产生的平行喷流。核心坍塌是否能产生GRB的关键因素，似乎在于原来恒星临终时的质量与转动速率。

想确切认定短时间γ射线爆发是比较困难的。直到去年，高能瞬间爆发源探测卫星2号（HETE2）与迅捷号（Swift）卫星才终于确认了几个短爆的位置。哈勃太空望远镜与正在轨道上运行的钱卓χ射线太空望远镜( ChandraX-ray Observatory）发现这些爆发所释放的能量，整体而言较长爆来得少，而且发生在许多不同类型的星系中，包括不再形成新恒星的椭圆星系。显然短爆不再与短寿命的大质量恒星为伍，而是与它们的残骸相关。最可能的假说认为，短爆是由两个中子星合并而引起的。

其他诸如验证恒星的生成、厘清仙女星系形成史、窥探巨型黑洞在星系中心大啖物质等等，这里就不一一而述了。