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中文名

哈勃空间望远镜

外文名

Hubble Space Telescope（HST）

类    型

光学望远镜

发射时间

1990年4月24日

发射地点

美国肯尼迪航天发射中心

重    量

11,000 千克（24,250 磅）

设备管理方

NASA和ESA

运行高度

距离地面约575公里上空

后继探索器

詹姆斯・韦伯空间望远镜（JWST）

负责人

托马斯・布朗 ^[3] 

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哈勃空间望远镜（英语：Hubble Space Telescope，HST），是以天文学家爱德温・哈勃为名，在地球轨道的望远镜。哈勃望远镜接收地面控制中心（美国马里兰州的霍普金斯大学内）的指令并将各种观测数据通过无线电传输回地球。由于它位于地球大气层之上，因此获得了地基望远镜所没有的好处：影像不受大气湍流的扰动、视相度绝佳，且无大气散射造成的背景光，还能观测会被臭氧层吸收的紫外线。于1990年发射之后，已经成为天文史上最重要的仪器。它成功弥补了地面观测的不足，帮助天文学家解决了许多天文学上的基本问题，使得人类对天文物理有更多的认识。此外，哈勃的超深空视场则是天文学家目前能获得的最深入、也是最敏锐的太空光学影像。

哈勃空间望远镜和康普顿γ射线天文台、钱德拉X光天文台、斯皮策空间望远镜都是美国国家航空航天局大型轨道天文台计划的一部分。哈勃空间望远镜由NASA和ESA合作共同管理。

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哈勃空间望远镜的历史可以追溯至1946年天文学家莱曼・斯皮策（Lyman Spitzer, Jr.）所提出的论文：《在地球之外的天文观测优势》。在文中，他指出在太空中的天文台有两项优于地面天文台的性能。首先，角分辨率（物体能被清楚分辨的最小分离角度）的极限将只受限于衍射，而不是由造成星光闪烁、动荡不安的大气所造成的视象度。在当时，以地面为基地的望远镜解析力只有0.5-1.0弧秒，相较下，只要口径2.5米的望远镜就能达到理论上衍射的极限值0.1弧秒。其次，在太空中的望远镜可以观测被大气层吸收殆尽的红外线和紫外线。 ^[4] 

斯皮策以空间望远镜为事业，致力于空间望远镜的推展。在1962年，美国国家科学院在一份报告中推荐空间望远镜做为发展太空计划的一部分，在1965年，斯皮策被任命为一个科学委员会的主任委员，该委员会的目的就是建造一架空间望远镜。

在第二次世界大战时，科学家利用发展火箭技术的同时，曾经小规模的尝试过以太空为基地的天文学。在1946年，首度观察到了太阳的紫外线光谱。英国在1962年发射了太阳望远镜放置在轨道上，做为亚利安太空计划的一部分。1966年NASA进行了第一个轨道天文台（OAO）任务，但第一个OAO的电池在三天后就失效，中止了这项任务了。第二个OAO在1968至1972年对恒星和星系进行了紫外线的观测，比原先的计划多工作了一年的时间。

轨道天文台任务展示了以太空为基地的天文台在天文学上扮演的重要角色，因此在1968年NASA确定了在太空中建造直径3米反射望远镜的计划，当时暂时的名称是大型轨道望远镜或大型空间望远镜（LST），预计在1979年发射。这个计划强调须要有人进入太空进行维护，才能确保这个所费不赀的计划能够延续够长的工作时间；并且同步发展可以重复使用的航天飞机技术，才能使前项计划成为可行的计划。

轨道天文台计划的成功，鼓舞了越来越强的公众舆论支持大型空间望远镜应该是天文学领域内重要的目标。在1970年NASA设立了两个委员会，一个规划空间望远镜的工程，另一个研究空间望远镜任务的科学目标。在这之后，NASA下一个需要排除的障碍就是资金的问题，因为这比任何一个地面上的天文台所耗费的资金都要庞大许多倍。美国的国会对空间望远镜的预算需求提出了许多的质疑，为了与裁军所需要的预算对抗，当时就详细的列出了望远镜的硬件需求以及后续发展所需要的仪器。在1974年，在裁减政府开支的鼓动下，杰拉尔德・福特剔除了所有进行空间望远镜的预算。

为回应此，天文学家协调了全国性的游说努力。许多天文学家亲自前往拜会众议员和参议员，并且进行了大规模的信件和文字宣传。国家科学院出版的报告也强调空间望远镜的重要性，最后参议院决议恢复原先被国会删除的一半预算。

资金的缩减导致目标项目的减少，镜片的口径也由3米缩为2.4米，以降低成本和更有效与紧密的配置望远镜的硬件。原先计划做为先期测试，放置在卫星上的1.5米空间望远镜也被取消了，对预算表示关切的欧洲空间局也成为共同合作的伙伴。欧洲空间局同意提供经费和一些望远镜上需要的仪器，像是做为动力来源的太阳能电池，回馈的是欧洲的天文学家可以使用不少于15%的望远镜观测时间。在1978年，美国国会拨付了36,000,000元美金，让大型空间望远镜开始设计，并计划在1983年发射升空。

在1980年初，望远镜被命为哈勃，以纪念在20世纪初期发现宇宙膨胀的天文学家艾德温・哈勃。

1979年5月，在康涅狄格州丹柏立的珀金埃尔默公司抛光中的哈勃主镜。出现在图中的是服务于该公司的工程师马丁椰林博士。

空间望远镜的计划一经批准，计划就被分割成许多子计划分送各机关执行。马歇尔太空飞行中心（MSFC）负责设计、发展和建造望远镜，金石太空飞行中心（GSFC）负责科学仪器的整体控制和地面的任务控制中心。马歇尔太空飞行中心委托珀金埃尔默（Perkin-Elmer）设计和制造空间望远镜的光学组件，还有精密定位感测器（FGS），洛克希德被委托建造安装望远镜的太空船。

望远镜的镜子和光学系统是最关键的部分，因此在设计上有很严格的规范。一般的望远镜，镜子在抛光之后的准确性大约是可见光波长的十分之一，但是因为空间望远镜观测的范围是从紫外线到近红外线，所以需要比以前的望远镜更高十倍的解析力，它的镜子在抛光后的准确性达到可见光波长的廿分之一，也就是大约30纳米。

珀金埃尔默刻意使用极端复杂的电脑控制抛光机研磨镜子，但却在最尖端的技术上出了问题；柯达被委托使用传统的抛光技术制做一个备用的镜子（柯达的这面镜子现在永久保存在史密松宁学会）。1979年，珀金埃尔默开始磨制镜片，使用的是超低膨胀玻璃，为了将镜子的重量降至最低，采用蜂窝格子，只有表面和底面各一际呛袷档牟ＡА

镜子的抛光从1979年开始持续到1981年5月，抛光的进度已经落后并且超过了预算，这时NASA的报告才开始对珀金埃尔默的管理结构质疑。为了节约经费，NASA停止支援镜片的制作，并且将发射日期延后至1984年10月。镜片在1981年底全部完成，并且镀上了75nm厚的铝增强反射，和25nm厚的镁氟保护层。

因为在光学望远镜组合上的预算持续膨胀，进度也落后的情况下，对珀金埃尔默能否胜任后续工作的质疑继续存在。为了回应被描述成"未定案和善变的日报表"，NASA将发射的日期再延至1985年的4月。但是，珀金埃尔默的进度持续的每季增加一个月的速率恶化中，时间上的延迟也达到每个工作天都在持续落后中。NASA被迫延后发射日期，先延至1986年3月，然后又延至1986年9月。这时整个计划的总花费已经高达美金11亿7500万。

安置望远镜和仪器的太空船是主要工程上的另一个挑战。它必须能胜任与抵挡在阳光与地球的阴影之间频繁进出所造成的温度变化，还要极端地稳定并能长时间的将望远镜精确地对准目标。以多层绝缘材料制成的遮蔽物能使望远镜内部的温度保持稳定，并且以轻质的铝壳包围住望远镜和仪器的支架。在外壳之内，石墨环氧的框架将校准好的工作仪器牢固的固定住。

有一段时间用于安置仪器和望远镜的太空船在建造上比光学望远镜的组合来得顺利，但洛克希德仍然经历了预算不足和进度的落后，在1985年的夏天之前，太空船的进度落后了个月，而预算超出了30%。马歇尔太空飞行中心的报告认为洛克希德在太空船的建造上没有采取主动，而且过度依赖NASA的指导。

在1983年，空间望远镜科学协会（STScI）在经历NASA与科学界之间的权力争夺后成立。空间望远镜科学协会隶属于美国大学天文研究联盟（AURA），这是由32个美国大学和7个国际会员组成的单位，总部坐落在马里兰州巴尔地摩的约翰・霍普金斯大学校园内。

空间望远镜科学协会负责空间望远镜的操作和将数据交付给天文学家。美国国家航空航天局（NASA）想将之做为内部的组织，但是科学家依据科学界的做法将之规划创立成研究单位，由NASA位在马里兰州绿堤，空间望远镜科学协会南方48千米的哥达德太空飞行中心和承包厂商提供工程上的支援。哈勃望远镜每天24小时不间断的运作，由四个工作团队轮流负责操作。

空间望远镜欧洲协调机构于1984年设立在德国邻近慕尼黑的Garching bei München，为欧洲的天文学家提供相似的支援。

2022年6月，据科技日报,美国《福布斯》双周刊网站近日报道，来自美国太空望远镜科学研究所和加州大学伯克利分校的研究团队分别独立发表论文称，他们利用美国国家航空航天局（NASA）的哈勃太空望远镜，借助引力透镜效应，首次探测到一个完全独立于恒星伴星的自由漂浮黑洞，这颗5000光年外的“流浪黑洞”位于银河系人马座旋臂内。 ^[19] 

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1990年4月24日，在美国肯尼迪航天中心由“发现者”号航天飞机成功发射 ^[1]  ，哈勃太空望远镜的主要任务是：探测宇宙深空，解开宇宙起源之谜，了解太阳系、银河系和其他星系的演变过程 ^[5]  。

早在1986年，就已经计划在当年10月份发射哈勃空间望远镜。但是挑战者号的事故使美国的太空计划停滞不前，航天飞机的暂停升空，迫使哈勃空间望远镜的发射延迟了数年。望远镜和所有的附件都必须分门别类的储藏在无尘室内，直到能够排出发射的日期，这也使得已经超支的总成本更为高涨。

最后，随着航天飞机在1988年再度开始升空，望远镜也预定在1990年发射。在发射前的最后准备，用氮气喷射镜面以除去可能累积的灰尘，并且对所有的系统进行广泛的测试。终于，在1990年4月24日由发现号航天飞机，于【【微信】】航次将望远镜成功的送入计划中的轨道。

从它原始的总预算，大约4亿美金，到现在的花费超过25亿美金，哈勃的成本依然在不断的累积与增高。美国政府估计的开销将高达45至60亿美金，欧洲所挹注的资金也高达6亿欧元（1999年的估计）。

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在发射时，哈勃空间望远镜携带的仪器如下：

WF/PC原先计划是光学观测使用的高分辨率照相机。由NASA的喷射推进实验室制造，附有一套由48片光学滤镜组成，可以筛选特殊的波段进行天体物理学的观察。整套仪器使用8片CCD，做出了两架照相机，每一架使用4片CCD。"广域照相机"（WFC）因为视野较广，在解像力上有所损失，而"行星照相机"（PC）以比WFC长的焦距成像，所以有较高的放大率。

GHRS是被设计在紫外线波段使用的摄谱仪，由哥达德太空中心制造，可以达到90,000的光谱分辨率，同时也为FOC和FOS选择适宜观测的目标。FOC和FOS都是哈勃空间望远镜上分辨率最高的仪器。这三个仪器都舍弃了CCD，使用数位光子计数器做为检测装置。FOC是由欧洲空间局制造，FOS则由马丁・玛丽埃塔公司制造。

最后一件仪器是由威斯康辛麦迪逊大学设计制造的HSP，它用于在可见光和紫外光的波段上观测变星，和其他被筛选出的天体在亮度上的变化。它的光度计每秒钟可以侦测100,000次，精确度至少可以达到2%。

哈勃空间望远镜的导引系统也可以做为科学仪器，它的三个精细导星感测器（FGS）在观测期间主要用于保持望远镜指向的准确性，但也能用于进行非常准确的天体测量，测量的精确度达到0.0003弧秒。

1993年，宇航员在哈勃第一次维修任务中移除了广角和行星照相仪，并安装了功能更强大的“后继者”――2号广角和行星照相仪 ^[6]  。

1997年2月11日凌晨，美国7名宇航员搭乘“发现”号航天飞机升空，对在太空飞行了7年的“哈勃”太空望远镜进行改造。从2月13日深夜到18日凌晨，宇航员为“哈勃”更换了包括近红外照相机、多目标分光仪和太空望远镜图像摄谱仪在内的11种新设备，并修补了望远镜上部分剥落的绝缘层 ^[7]  。

第三次维护任务仍然由发现号在1999年12月的【【微信】】航次中执行。在这次维护中更换了全部的六台陀螺仪，也更换了一个精细导星传感器和计算器，安装一套组装好的电压/温度改善工具(VIK)以防止电池的过热，并且更换绝热的毯子 ^[6]  。

2001年，科学家利用美国“哥伦比亚”号航天飞机对哈勃望远镜进行的第四次维修，安装测绘照相机，更换太阳能电池板以及已工作11年的电力控制装置，并激活了休眠状态的近红外照相机和多目标分光计 ^[8]  。

2009年，美国利用航天飞机对哈勃望远镜进行了维护 ^[9]  。宇航员为哈勃安装了两套全新的仪器：宇宙起源光谱仪（COS）和宽视场相机3，对望远镜的另外两台仪器――高级巡天相机（ACS）和太空望远镜成像光谱仪（STIS）进行了现场维修，此外，还用新电池替换了哈勃用了18年的旧电池，安装了6个负责望远镜指向的新陀螺仪，并添加了一套全新的精细制导系统来帮助望远镜指向正确的方向 ^[3]  。

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哈勃望远镜口径为2.4米，长度约16米，带有多种观测暗弱天体的仪器，在地面之上约640公里的轨道上环绕地球，巡视宇宙。由于它位于大气层之上，不像地面望远镜饱受大气湍流扰动的影响，极大地拓展了人们对宇宙的了解 ^[10]  。

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1.增进了人类对宇宙大小和年龄的了解。

2.证明某些宇宙星系中央存在超高质量的黑洞以及多数星系的中心都可能存在黑洞。

3.在可见光谱范围内，对宇宙进行了最深入的研究，观察了数千个星系，探测到了宇宙诞生早期的“原始星系”，使天文学家有可能跟踪研究宇宙发展的历史。

4.清楚展现了银河系中类星体这种最明亮的天体存在的环境。

5.更清晰地阐述了恒星形成的不同过程。

6.对宇宙诞生早期恒星形成过程中重元素的组成进行了研究，这些元素是行星和生命存在的必要条件。

7.展示了死亡恒星周围气体壳的复杂组成。

8.对猎户星云中年轻恒星周围的许多尘埃碟进行了探测，说明地球所在的银河系还有可能形成其他行星系统。

9.对千载难逢的慧木相撞进行了详细观测。

10.对火星等太阳系行星上的气候民政部进行了研究。

11.发现木星卫星木卫二和木卫三的大气层中存在氧气 ^[7]  。

哈勃太空望远镜发现了一颗滚烫的“橄榄球”状系外行星。这颗行星因为距离恒星太近而被撕扯、加热，大气也正在加速逃逸，整颗行星处于被吞噬的边缘。这颗行星与恒星的距离过于近，处在被潮汐力撕裂的边缘。这种“死亡拥抱”已经让它扭曲变形为橄榄球状，高空大气温度超过2500摄氏度 ^[11]  。

2020年1月，一个国际天文学家团队利用美国哈勃太空望远镜发现了迄今已知的最遥远、最古老的星系群。这个三重星系群被称为EGS77。更重要的是，观测表明这个三重星系群参与了宇宙初期被称为“再电离”的改造过程。EGS77大约诞生于宇宙大爆炸后6.8亿年时，当时宇宙年龄还不足现今138亿岁的5%。 ^[12] 

2022年3月30日，美国国家航空航天局表示，哈勃空间望远镜借助“引力透镜”效应发现了人类迄今观测到的最遥远单颗恒星。 ^[17] 

2022年5月30日消息，据国外媒体报道，目前，哈勃太空望远镜最新观测图像呈现了对虾星云的局部特征，该区域色彩斑驳，令人眼花缭乱，其中包括明亮发光气体部分。 ^[18] 

当地时间2022年8月30日报道，由美国国家航空航天局与欧洲航天局合作开发的哈勃望远镜和詹姆斯・韦伯望远镜近日捕捉到了幻影星系的新图像，该星系的正式名称为M74，位于距离地球3200万光年的双鱼座。 ^[20] 

2022年11月，哈勃太空望远镜成功拍摄到了Pismis 26球状星团的照片。该星团位于天蝎座（Scorpius）内，靠近银河系中心，距离地球23000光年。 ^[21] 

2022年12月9日，研究人员说，美国国家航空航天局的哈勃太空望远镜成功捕捉到三幅跨度为8天的图像，其中第一张是在爆炸发生仅数小时后捕捉的。考虑到爆炸发生的时间那么久、距离那么远，这一成就更值得关注。

第一幅图像来自爆炸开始大约6小时后，显示爆炸开始时规模相对较小且异常炽热，温度约为10万开氏度/99725摄氏度。第二幅图像来自大约两天后，第三幅图像来自第二幅图像的大约6天后。在这两幅图像中可以看到该恒星喷出的气态物质向外扩张。在第二幅图像中，爆炸的热度只有第一幅的五分之一。第三幅图像中的热度只有第一幅的十分之一。 ^[23] 

2022年12月，一组“系外行星猎人”在《自然天文学》杂志上宣布，利用 NASA 哈勃望远镜和已经退役的斯皮策太空望远镜，发现了两颗充满水的系外行星，即开普勒-138 c 和开普勒-138

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