【社刊 17 雨水】哈伯太空望遠鏡 (上)

作者:邱聖凱
  2018年十月,哈伯望遠鏡傳出陀螺儀故障的消息,引發許多人關切,頓時蔚為話題。所幸在經過一連串的操作演練後,備用陀螺儀順利啟用,哈伯恢復到了正常的科學運作模式。

  哈伯太空望遠鏡這個名字,想必大家都非常熟悉。運行超過28年的他,拍攝出許多壯麗、夢幻的天體照片,成功吸引大批民眾的目光,因而成為最廣為人知的一台望遠鏡。但一般人可能從沒料想到,如此傑出的望遠鏡,竟曾經差點淪為廢鐵,甚至引發公憤、被社會視為笑柄。究竟這是怎麼一回事呢?在開始介紹這個大起大落的故事前,先讓我們多加認識一下這台望遠鏡吧。

在太空中的望遠鏡
  為了克服地面望遠鏡的種種缺點(大氣擾動、天氣、某些波段的光會被大氣吸收等),哈伯望遠鏡的計畫在1960年代就已展開。由於哈伯望遠鏡的建造期長,因此它採用了模組化的設計,讓許多儀器可以隨時間汰換升級。哈伯望遠鏡的光學系統採用里奇-克萊琴式(縮寫RCT,是蓋賽格林望遠鏡的一種),主鏡直徑2.4公尺,整支望遠鏡的長度則為13.2公尺。哈伯被安置距離地面約550公里的軌道,以97分鐘一圈的週期環繞地球,跟國際太空站一樣,我們偶爾可以在黎明或傍晚看到它劃過天際。
里奇-克萊琴式(RCT)光路圖。圖源:HHahn

  哈伯的研究與觀測目標十分廣泛,觀測波段涵蓋近紅外線到紫外線,太陽系天體、系外行星、深空天體、黑洞、暗物質等都是它的目標。其中哈伯最為人稱道的貢獻是校正哈伯常數、估算宇宙膨脹速率、證實某些星系核心存在黑洞。

看吶孩子,我們的稅金對不到焦
  說回來,哈伯到底曾經發生過什麼事,才變成當時社會的眾矢之的呢?1990年4月24日,哈伯望遠鏡升空進入低地軌道。一切看似都很順利,直到一個月後,科學家發現回傳的照片模糊、每張照片都有嚴重的球面像差(即光線無法聚焦在光軸上的同一點)。原來,當初檢驗、測試主鏡的儀器出了問題,因此它被磨成錯誤的形狀,造成僅僅2微米的誤差,雖然誤差聽起來很小,但就足以損壞成像品質。這消息對哈伯團隊來說是晴天霹靂,耗資15億美金建造的望遠鏡如同被宣告死亡。儀器因為模組化可以進行汰換,但鏡片可沒辦法。團隊裡的人無不絞盡腦汁想找出解決方法。
哈伯太空望遠鏡。圖源:NASA

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