随着哈勃空间望远镜（HST）迎来其在轨运行的25周年纪念，《自然》杂志借由当时参与该项目的一些科学家和工程师的回顾，描述了自1972年以来关于HST的故事，以及其卓越天文观测的高潮期与遭遇挫折时的低谷期。
参与者：罗伯特·奥戴尔，前HST项目科学家；简·奥利维尔，前HST首席工程师；桑德拉·法伯，圣克鲁兹加州大学成像专家；爱德华·维勒，前HST首席科学家；安东妮拉·诺塔，STScI HST项目科学家；大卫·莱克龙，前NASA资深科学家；詹尼弗·怀斯曼，戈达德空间飞行中心项目科学家；肯尼思·森巴赫，STScI HST项目办公室主任；约翰·格伦斯菲尔德，宇航员；马特·芒廷，前STScI所长；詹森·卡利莱，天文学家；保罗·赫兹，天体物理学家。
1990年4月24日，哈勃空间望远镜（HST）被送入太空，由于不受地球大气的影响，HST给天文学家们带来了关于宇宙前所未有的独特视角。
然而，在轨运行25年来，HST并没有按照原先设定的计划进行――由美国宇航局（NASA）和欧洲空间局(ESA)联合建造的HST在发射以后便面临着严重缺陷，包括NASA的航天飞机项目的一些问题也使得HST的未来陷入了困境。
在经历了这一切之后，HST便成为了世界上最重要的天文台。根据20世纪40年代天文学家莱曼·斯皮策（Lyman Spitzer）的设想，HST向人类展现了许多重大发现，例如，揭示出宇宙最远处充满了星系，加速膨胀的暗能量正在以最快的速度将宇宙分开，其令人惊叹的照片更是改变了人们对于宇宙的科学认知。
几经周折的维修方案
前HST项目科学家罗伯特·奥戴尔（Robert O'Dell）说：“当初我被告知建造HST不会要很长的时间。随着我参与到该项目中，其结果却令人出乎意料。尽管如此，我能看出这一项目是着眼于未来的，或将会成为我们这一代最重要的望远镜。”
前HST首席工程师简·奥利维尔（Jean Olivier）说：“HST是许多技术的试验场。比如你认为是低技术含量的门闩设计，都将会演变成一个重要问题。我们不断地克服了越来越多的挑战。这是如此漫长的一个计划，以至于我在想这不是现实生活而是游戏。”
“在最低谷的时期（早期硬件阶段）”，奥戴尔说，“我们已经很清楚可能承担不了想要做的这些事情。出于绝望，当时我提议先发射不携带任何仪器的HST（这些仪器当时正在研发），除非能显著降低成本，否则我们就应当取消这个项目。由于这一项目的科学性在当时有各种非议，就我而言，也不断地受到NASA的指责。”
1990年，HST终于搭载“发现”号航天飞机进入太空轨道。然而，第一张照片传回地面时，由于球面像差导致了照片模糊不清。圣克鲁兹加州大学的桑德拉·法伯（Sandra Faber）说：“照片是由大视场行星照相机拍摄的。我们团队的一位天文学家说，‘这台望远镜存在球面像差问题，后果无法揣测。’”
HST发射后的那几个月简直就像是一场噩梦。“为了解决球面像差问题”，法伯说，“我们在不同水平上对球面像差取样，我们反复对副镜对焦。同年6月，在一次项目会议上，我们确定了HST主镜的缺陷。这简直是一场灾难。”
“我接到了来自NASA总部的电话，”奥利维尔说，“时任副局长汤普森（J.R.Thompson）不断告诉我，‘奥利维尔，你必须想办法修复这个问题！’对于这些高层人物，他们内心深处也意识到问题的严重性。”
最终发现问题出在用于定位主镜装置中的一个形状错误，是由主镜设计和制造商珀金埃尔默公司造成的――它影响了HST最初的5台设备，而且不可能在地面上对其进行维修。前HST首席科学家爱德华·维勒（Edward Weiler）说：“当时我成为了向大众解释HST对科学项目产生深远影响的唯一人选。那真是艰难的一天。”
幸运的是，在新闻发布会前2个小时，HST成像专家约翰·特劳戈（John Trauger）对维勒说：“我们认为能够修复这个问题。我们可以设计出一个有相同的球面像差，用功效相反的光学系统来抵消现存的镜面问题，相当于配上一副能改正球面像差的眼镜。”于是，维勒在随后的新闻发布会上宣布了这一消息，尽管当时没有人相信他说的话。
“我们最大的担忧是根本无法修复HST，”法伯说，“在我们提出修复方案的同时，又如何让公众和NASA对该项目的兴趣持久不衰呢？在花费近3年制定方案的同时，NASA的工程师们不得不研发仪器修复的解决办法，而所有修复工作必须在失重状态下完成。”1993年12月，7名宇航员搭载“奋进”号航天飞机在太空中对HST进行了维修。
1984年，工程师们在检修HST 2.4米主镜
“如果你早前问我成功的可能有多大，”维勒说，“当时我会说有50%的几率。因为这是第一次在太空中维修一颗卫星，5次太空行走必须要顺利完成。这就如同梦境一般。你很害怕梦醒以后会出现一个大问题。”这就如同做完眼睛手术的外科医生的心情一样，直到取下绷带的那一刻，你才能知道确切的情况。
NASA的“网络红人”
美国空间望远镜研究所（STScI）项目科学家安东妮拉·诺塔（Antonella Nota）说：“但当我们看到了第一组照片时，这足以抹去我们三年来所承受的痛苦。”维勒接着说：“我们全部围在一个小屏幕前，等待着传输回来的第一张图像。这个传输过程仅用了5秒钟，但我们感觉像是用了6个小时一样。”
“首先，我们在照片的中心看到一个小点，但它是一个真正高聚焦的点，”维勒说，“随后我们看到了一些暗弱的恒星。就在那时，我们才知道成功了。那天晚上，我睡得像个小孩一样。HST的这个问题终于解决了。”
完成第一次维修后，HST便开始着手实施天文学家们一直期望的研究项目，诸如数月后发生的苏梅克-列维9号彗星撞向木星的天文事件。但对于HST的首次大型测试而言，几乎都不是太成功。
然而，对于前NASA资深科学家大卫·莱克龙（David Leckrone）而言，那真是激动人心的几周。“在彗木首次相撞前2周，许多人并未意识到HST已进入了安全模式。”他说。“就在HST被维修后的几个月里，我们看到了一颗彗星被撕成了碎片并撞向木星。想象一下，如果这次天文事件发生在1993年而不是1994年，又将会是什么情形。”
相继地，HST的发现开始出现在报纸和顶尖科学期刊杂志的头版头条。维勒说：“HST是NASA历史上最伟大的科学成就。仅仅一张照片就向我们呈现了教科书中并不了解的宇宙。”
戈达德空间飞行中心项目科学家詹尼弗·怀斯曼（Jennifer Wiseman）说：“在1993年之后，出现了很多来自HST的新发现。其标志性图片之一是鹰状星云，你可以看到其柱状气体中已经形成和正在形成的恒星（创生之柱），它向我们展现了年轻恒星相互作用的视觉线索。”而对于HST拍摄的猎户星云图片，莱克龙说：“图片显示了猎户星云所孕育的婴儿恒星系统，其中有许多暗盘围绕的恒星。天啊，这些一定就是行星形成的地方！”
在针对星系M87核心气体运动的观测，怀斯曼说：“通过HST的光谱仪，天文学家发现这些气体沿着核心两侧喷射的速率约为每小时100万英里。这些气体的速度表明其核心处质量要远高于仅有恒星聚集所能达到的程度，第一次观测证实了在其他星系核心可能存在大质量黑洞。”
2009年，约翰·格伦斯菲尔德在太空中维修HST
STScI HST项目办公室主任肯尼思·森巴赫（Kenneth Sembach）说：“我们知道暗能量弥漫着整个宇宙，这是因为我们能够测量出不同时间点的宇宙膨胀速度。关键之处是通过HST来观测遥远超新星。越遥远的超新星比你所能估计的更暗淡。”2011年赢得诺贝尔物理学奖的小组意识到宇宙正在加速膨胀。
“经维修后的HST拥有绝妙的角分辨率，”怀斯曼说，“这能让我们寻找到许多单颗恒星，并在拥挤的区域中将它们区分开。用这种方法，你实际上可以研究众多的恒星并绘制出它们的特性。”
“包括公众对这些华丽照片的反应非常强烈。HST成为了NASA的第一个网络红人，并因此培养了一批非专业出身的天文爱好者。”勒威说。“人们对这些照片的热爱使我受宠若惊。这还仅仅是个开始，我想今后人们还会因此来书写歌曲等诗歌作品。我们一直在讨论，为什么HST在公众的潜意识中会到达如此程度。原因之一是HST探测之际正是互联网开始的时候。许多人很容易从网上获得与之相关的结果。”
“我们把HST叫做公众的望远镜。我们真的把整个宇宙带进了千家万户。”诺塔说。大约15年前，诺塔在巴布亚新几内亚一个偏远地区的港口，看到有个小孩身穿一件印有HST字样的T恤，当时他非常惊讶，然后送给这个小孩一套HST卡片时，这个孩子非常高兴。
科学震撼还将继续
为了延长HST的空中使命，宇航员不断地造访着HST，升级并替换它的装置。有一段时间，HST的未来看似很暗淡。1999年，在HST六个陀螺仪中的三个出现问题以后，NASA启动了紧急维修任务。
曾经维修HST并完成八次太空行走的NASA宇航员约翰·格伦斯菲尔德（John Grunsfeld）说：“HST曾经变得漆黑一片，其科学使命是否就此结束是NASA真正担忧的一个问题。但对于宇航员而言，这是维修任务的一次圣杯。当我们再次在地平线上看到这颗闪亮的卫星时，它就是我们引以为豪的HST。”格伦斯菲尔德接着说：“记得有一次圣诞节那天对HST进行维修，当时我在想，还有什么礼物会比维修HST更好呢？”
前STScI所长马特·芒廷（Matt Mountain）说：“糟糕的是HST装置失灵后，一段时间它的命运相当凄惨。很显然，有相当一部分人认为它可能就此会结束其未来的使命。”幸运的是，迈克·格里芬接替了肖恩·奥基夫成为了NASA新的掌门人后，他支持考虑各种选项，在综合了所有分析后决定再次对HST进行维修，并为此调配了两架航天飞机。芒廷说：“对于一个科学任务而言，NASA在如此困境下做出了如此关键的承诺，重新燃起了整个团队对于HST未来的希望。”
“当我在2009年最后一次接到太空维修任务时，感觉马上要见到一位老朋友似的，几乎没人能像我这样近距离的拥抱HST。”格伦斯菲尔德说。“我们顺利完成了这次维修任务，而它给我们带来的科学震撼还将会继续。特别是对于耗时、数据量大的巡天任务而言，天文学家都可以从中获取HST上传的标准数据。”
“许多人有一种感觉，HST的辉煌时刻会在这次飞行任务之后而来临。”STScI的天文学家詹森·卡利莱（Jason Kalirai）说。“每年至少会有两篇以上的论文出自HST的研究结果。今天所做的已经不同于以往了。”
“举个例子，当HST发射的时候，我们甚至连‘系外行星’这个名词都不存在，甚至不知道太阳系以外还存在行星。这个领域已经完全被颠覆。”诺塔说。“25年来，HST并没有被计划用于研究系外行星，但现在却正在描述着这些系外行星的大气。HST总是给我们带来惊喜。”
“现在，HST在科学上一如既往的强大，或许要比以往任何时候都要强大。”怀斯曼说。目前，NASA在测试HST继任者詹姆士·韦布空间望远镜的同时（计划于2018年发射），仍然在规划着HST最后几年的工作任务。
“HST现在的状态很好，我们希望它至少能运行到2020年。”森巴赫说。“这也给我们一个机会为韦布空间望远镜赢得一到两年的时间。”NASA天体物理学家保罗·赫兹（Paul Hertz）说：“在最后的一段时间内，我们尽可能地使HST高效运作。不管怎样，它总有停止工作的那一天。”
“这将是一个渐进的平稳退化过程。在创造性工程学的支持下，它能够不断做出优秀的科学发现。”莱克龙说。“即使HST再次遭受挫折，我相信它一直会撑到2025年。尽管HST不可能永远工作下去，但到了它彻底不工作的那一天，我们一定会十分的想念它。”
资料来源 Nature
责任编辑 则 鸣