哈勃望远镜的鼎盛时期将要来临 

1999年一次天文台维修任务时宇航员在哈勃空间望远镜外部的演习。图片来源：NASA

三十年前，一队NASA的宇航员将哈勃空间望远镜用火箭发射进了近地轨道。在高于我们行星大气层的位置上，哈勃可以研究地表天文台永远无法观察到的宇宙中的现象。它不是历史上第一座空间望远镜，但它是至今为止最长寿、最高产的——这很大程度上要感谢哈勃望远镜的创新设计，让它能被访问、修复并升级。它现如今已经无法逆转地改变了天文学，不仅带来了宇宙中意义深远的新发现，更带来了更远大的天文望远镜计划。

虽然哈勃的眼睛位于地表超过500千米的地方，它的心脏却位于巴尔的摩：在空间望远镜研究所的礼堂、办公室和会议室里，也就是天文台科学得以运作的地方。为了庆祝哈勃30年来的发现，科学美国人（Scientific American ）与研究所的主管Ken Sembach探讨了望远镜最伟大的发现、它在新冠流行时的运营情况和它的可持续时长。

以下是这个采访经编辑的文字记录。

作为空间望远镜研究所的主管，你与哈勃的关系是什么？

我负责哈勃的科学运作，还有我们在那儿做的其他工作，例如韦布空间望远镜（James Webb Space Telescope [JWST]）的科学和航行运作和米库斯基空间望远镜数据库（Mikulski Archive for Space Telescopes）的运行。所以哈勃是研究所工作的一个要素。我的队伍很优秀，在任务部的领导下，一队人负责我们每天在研究所做的哈勃运行工作。

在关于哈勃的工作中，你认为最有趣的部分是什么？

当我看见整个哈勃小组齐心协力让一个很棒的科学想法变成壮举时，我感到非常满足，那真是非常有趣。但还有别的——我的职位带给我的一种福利。这被称作“主管的自由时间”。它给予我望远镜多达10%的使用时间，让我自由支配——这些时间常常开放给那些可能出于各种原因难以通过常规途径分配到望远镜使用时间的项目，比如那些时间急迫但特别重要的项目、或是那些太过宏大的项目。有些时候，那些只是所有人都认为我们需要的东西，但它们并不是前沿的，也不是全新而闪耀的——但想要发展人人渴望的尖端科学，这些基本科学的基础事物必须要打扎实。

哈勃历年来的一些真正推动领域发展的重要成功都来源于“主管自由时间”。我想最好的例子就是深空场（the Deep Fields）。最初是哈勃深场（Hubble Deep Field），紧接着是超深空场（the Ultra Deep Field），到最后是边境深场（the Frontier Fields）——他们基本上都来自主管时间。“这是很重要，也很有改革性的。即使其他人不同意我，我们也要为之前进、为了整个学术界做这个项目。”

所以，举个例子，我曾经利用我的主管时间发起了一个被称作ULLYSES的计划——作为基本标准的年轻恒星紫外线遗产库（the Ultraviolet Legacy Library of Young Stars as Essential Standards）。这将成为哈勃执行过最大的计划。通过这个望远镜在地球周围的1000个轨道，它将为天文台带来独一无二的紫外线影像，并利用光谱学来解答恒星形成的问题。加上现有以及即将到来设施的其他发现，例如Gaia，ALMA[阿塔卡玛大型毫米/亚毫米波阵(Atacama Large Millimeter/submillimeter Array)]和JWST，这将让我们最终抓住并解开我们未曾触及的恒星形成的细节。如果在这个项目所有令人惊奇的设备的帮助下，我们在十年内还不能理解恒星是如何形成的，那我们可能永远都无法理解了。

如果没有哈勃，这些紫外线研究就不能完成了吗?

是的，如果没有哈勃，这些将无法完成。地表上的研究站无法获取紫外线，因为大气层会屏蔽这样的光，所以就需要一台空间望远镜完成它。目前，哈勃是唯一能够提供这些信息的望远镜。JWST和它计划中的接班人——一个叫做WFIRST [大视场红外巡天望远镜（Wide Field Infrared Survey Telescope）]的天文台都是探测红外线的，所以它们无法完成。现在只有哈勃能看见这种光。虽然有少数天文台也能观测紫外光，但它们的能力与哈勃相差甚远。所以当哈勃停止了运作，我们将无法看见宇宙的紫外线。现如今，尽管哈勃已经三十岁了，我真的认为，它的鼎盛时期还未到来。

真的吗？“鼎盛时期”又会带来什么成果呢？哈勃还能再维持多久？

过去三十年里哈勃教会我们，不论它在观测哪个地方，它总能用崭新有趣的内容带给我们惊喜，这是我们近些年来对所见的宇宙的认知急速增长的关键因素。我们了解得越多，就发现我们所知的越少——这就是为什么我们仍旧有这样惊人的需求。我们每年仍收到1000多份从世界各地的研究人员寄来的提案，他们希望能够用哈勃研究从太阳系到宇宙边界的一切。

实际一点来说，我认为哈勃起码还能再工作五年。我们以能够保持其科学产出能力至2025年的方式来运行它，但这是不是意味着它真的能运行到2025年？不，明天就可能出什么差错——毕竟这是太空事业，但它也可能运行到2030年。哈勃有很多内置的冗余，迄今为止，宇航员已经对它进行了五次访问、维修和升级。每一次维修任务都使天文台焕如新生，并赋予了其新的能力——例如更好的电子设备、更好的机械部件、更好的探测器等等。而事实上，大部分这些新部件都没有失灵，这意味着它们都度过了最初的危险期，能再使用10-15年。哈勃的大部分部件都很健康，让我担忧的是天文台上的某些原始设备，例如精密导航传感器的电子设备。它们已经在宇宙的辐射中沐浴三十年了，也终因此退休。

就哈勃现在仍旧能做到的变革性的事情来说：一方面，它能够对多信使天文学有重大的影响——在那里你可以使用引力波观测站来观测例如黑洞和中子星结合的现象，然后再使用更传统的设备来研究这些东西。这个研究领域为我们了解宇宙中出现的最宏大、最有活力的事件打开了一扇全新的窗，这些事件在时空结构上泛起了涟漪。哈勃可以帮助我们清晰地了解到是什么在黑夜中碰撞在了一起，是什么的碰撞或结合产生了这些涟漪。

另外，还有一个哈勃的设计初衷就想要帮助解决的问题，就是确定宇宙膨胀的速度，它被称为哈勃常数。如今，基于宇宙微波来测量哈勃常数和基于使用超新星来观测相对临近宇宙的方法测量哈勃常数之间的局势越来越紧张，而天文站已经帮助把临近宇宙的哈勃常数误差减小到了10%，就像开始承诺的那样，接下来我们又将误差减小到了3%，而我们现在正朝着1%的方向努力。这两种测量方式之间的局势可能马上就要达到极其紧张的状态，以至于需要有一种全新的理论来描述所发生的事。这其中可能还存在中微子（neutrinos），那么这将是个大发现。

在JWST将要到来之际，我们得记得，人们会想使用哈勃来观测在使用JWST时看到的一切，以此来获得一个更完整的图像，而这两座天文台在操作上有很大的重合部分。对恒星形成的研究、最早星系的研究、系外行星的研究都会在这两个天文台的共同工作下受益。

所以所有这些内容让我相信，哈勃的鼎盛时期将要来临。

你认为NASA需要考虑下一次维修任务吗？

这确实值得考虑。在21世纪20年代甚至30年代的不远的将来里，哈勃在紫外线和蓝色可见光区域的观测能力似乎都无人能及。如果哈勃确实在2025年停止运行，我们可能在下一台有这种能力的大型望远镜投入运营前需要等待10年，15年，甚至20年时光。对这个领域来说，这将多么有摧毁性？你会希望哈勃或与它相似的东西能和许多计划中未来的探测任务的观察结果协同合作。

你知道的，我永远不会和哈勃打赌，但在考虑哈勃的任何一次可能的翻新时都要将其成本效益的许多方面纳入考量。凡事必定有失有得。我可以说决定停止翻修是非常目光短浅的做法，但在没有仔细思考就做出“那就去做吧”的决定也会显得漫不经心。

冠状病毒的流行显然给这个社会的方方面面提供了挑战，它有没有冲击哈勃的运行？

将哈勃放在一个正发生在全球每一个人身上的巨大事件背景下是很困难的，但我们很幸运的已经为此做好了充分的准备，因为多年来我们都在减小规模，流水作业，使用自动化来节省开销，增加效率。所以，我们能保证科学继续前行，尽管大部分员工都在家工作，哈勃仍旧能继续运行。我们确实有一些现场员工来对望远镜上传指令，相比之下，对那些地面天文台来说，员工必须在现场进行手动运作，他们的运行就要困难得多。所以，哈勃在病毒流行期间填补了一些观察的空白，我们也很高兴能做到这些。我们为能够发表鼓舞人心的成果来给在黑暗中的人们带去一些光亮而感到快乐。

撰文：Lee Billings 科学美国人在太空和物理领域的高级编辑。

翻译：魏沁悦

审校：费哲妮

引进来源：科学美国人