發(fā)展歷史

規(guī)劃設(shè)計

哈勃空間望遠(yuǎn)鏡的歷史可以追溯至1946年天文學(xué)家萊曼·斯必澤（Lyman Spitzer, Jr.）所提出的論文：《在地球之外的天文觀測優(yōu)勢》。在文中，他指出在太空中的天文臺有兩項(xiàng)優(yōu)于地面天文臺的性能。首先，角分辨率（物體能被清楚分辨的最小分離角度）的極限將只受限于衍射，而不是由造成星光閃爍、動蕩不安的大氣所造成的視象度。在當(dāng)時，以地面為基地的望遠(yuǎn)鏡解析力只有0.5-1.0弧秒，相較下，只要口徑2.5米的望遠(yuǎn)鏡就能達(dá)到理論上衍射的極限值0.1弧秒。其次，在太空中的望遠(yuǎn)鏡可以觀測被大氣層吸收殆盡的紅外線和紫外線。

斯必澤以空間望遠(yuǎn)鏡為事業(yè)，致力于空間望遠(yuǎn)鏡的推展。在1962年，美國國家科學(xué)院在一份報告中推薦空間望遠(yuǎn)鏡作為發(fā)展太空計劃的一部分，在1965年，斯必澤被任命為一個科學(xué)委員會的主任委員，該委員會的目的就是建造一架空間望遠(yuǎn)鏡。

在第二次世界大戰(zhàn)時，科學(xué)家利用發(fā)展火箭技術(shù)的同時，曾經(jīng)小規(guī)模的嘗試過以太空為基地的天文學(xué)。在1946年，首度觀察到了太陽的紫外線光譜。英國在1962年發(fā)射了太陽望遠(yuǎn)鏡放置在軌道上，做為亞利安太空計劃的一部分。1966年NASA進(jìn)行了第一個軌道天文臺（OAO）任務(wù)，但第一個OAO的電池在三天后就失效，中止了這項(xiàng)任務(wù)了。第二個OAO在1968至1972年對恒星和星系進(jìn)行了紫外線的觀測，比原先的計劃多工作了一年的時間。

軌道天文臺任務(wù)展示了以太空為基地的天文臺在天文學(xué)上扮演的重要角色，因此在1968年NASA確定了在太空中建造直徑3米反射望遠(yuǎn)鏡的計劃，當(dāng)時暫時的名稱是大型軌道望遠(yuǎn)鏡或大型空間望遠(yuǎn)鏡（LST），預(yù)計在1979年發(fā)射。這個計劃強(qiáng)調(diào)須要有人進(jìn)入太空進(jìn)行維護(hù)，才能確保這個所費(fèi)不貸的計劃能夠延續(xù)夠長的工作時間；并且同步發(fā)展可以重復(fù)使用的航天飛機(jī)技術(shù)，才能使前項(xiàng)計劃成為可行的計劃。

資金需求

軌道天文臺計劃的成功，鼓舞了越來越強(qiáng)的公眾輿論支持，大型空間望遠(yuǎn)鏡應(yīng)該是天文學(xué)領(lǐng)域內(nèi)重要的目標(biāo)。在1970年NASA設(shè)立了兩個委員會，一個規(guī)劃空間望遠(yuǎn)鏡的工程，另一個研究空間望遠(yuǎn)鏡任務(wù)的科學(xué)目標(biāo)。在這之后，NASA下一個需要排除的障礙就是資金的問題，因?yàn)檫@比任何一個地面上的天文臺所耗費(fèi)的資金都要龐大許多倍。美國的國會對空間望遠(yuǎn)鏡的預(yù)算需求提出了許多的質(zhì)疑，為了與裁軍所需要的預(yù)算對抗，當(dāng)時就詳細(xì)的列出了望遠(yuǎn)鏡的硬件需求以及后續(xù)發(fā)展所需要的儀器。在1974年，在裁減政府開支的鼓動下，杰拉爾德·福特剔除了所有進(jìn)行空間望遠(yuǎn)鏡的預(yù)算。

為回應(yīng)此，天文學(xué)家協(xié)調(diào)了全國性的游說努力。許多天文學(xué)家親自前往拜會眾議員和參議員，并且進(jìn)行了大規(guī)模的信件和文字宣傳。國家科學(xué)院出版的報告也強(qiáng)調(diào)空間望遠(yuǎn)鏡的重要性，最后參議院決議恢復(fù)原先被國會刪除的一半預(yù)算。

資金的縮減導(dǎo)致目標(biāo)項(xiàng)目的減少，鏡片的口徑也由3米縮為2.4米，以降低成本和更有效與緊密的配置望遠(yuǎn)鏡的硬件。原先計劃做為先期測試，放置在衛(wèi)星上的1.5米空間望遠(yuǎn)鏡也被取消了，對預(yù)算表示關(guān)切的歐洲航天局也成為共同合作的伙伴。歐洲航天局同意提供經(jīng)費(fèi)和一些望遠(yuǎn)鏡上需要的儀器，像是做為動力來源的太陽能電池，回饋的是歐洲的天文學(xué)家可以使用不少于15%的望遠(yuǎn)鏡觀測時間。在1978年，美國國會撥付了36,000,000元美金，讓大型空間望遠(yuǎn)鏡開始設(shè)計，并計劃在1983年發(fā)射升空。在1980年初，望遠(yuǎn)鏡被命為哈勃，以紀(jì)念在20世紀(jì)初期發(fā)現(xiàn)宇宙膨脹的天文學(xué)家艾德溫·哈勃。

設(shè)計制造

空間望遠(yuǎn)鏡的計劃一經(jīng)批準(zhǔn)，計劃就被分割成許多子計劃分送各機(jī)關(guān)執(zhí)行。馬歇爾太空飛行中心（MSFC）負(fù)責(zé)設(shè)計、發(fā)展和建造望遠(yuǎn)鏡，金石太空飛行中心（GSFC）負(fù)責(zé)科學(xué)儀器的整體控制和地面的任務(wù)控制中心。馬歇爾太空飛行中心委托珀金埃爾默設(shè)計和制造空間望遠(yuǎn)鏡的光學(xué)組件，還有精密定位傳感器（FGS），洛克希德被委托建造安裝望遠(yuǎn)鏡的太空船。

組合安裝

望遠(yuǎn)鏡的鏡子和光學(xué)系統(tǒng)是最關(guān)鍵的部分，因此在設(shè)計上有很嚴(yán)格的規(guī)范。一般的望遠(yuǎn)鏡，鏡子在拋光之后的準(zhǔn)確性大約是可見光波長的十分之一，但是因?yàn)榭臻g望遠(yuǎn)鏡觀測的范圍是從紫外線到近紅外線，所以需要比以前的望遠(yuǎn)鏡更高十倍的解析力，它的鏡子在拋光后的準(zhǔn)確性達(dá)到可見光波長的二十分之一，也就是大約30納米。

珀金埃爾默刻意使用極端復(fù)雜的電腦控制拋光機(jī)研磨鏡子，但卻在最尖端的技術(shù)上出了問題；柯達(dá)被委托使用傳統(tǒng)的拋光技術(shù)制作一個備用的鏡子（柯達(dá)的這面鏡子永久保存在史密松寧學(xué)會）。1979年，珀金埃爾默開始磨制鏡片，使用的是超低膨脹玻璃，為了將鏡子的重量降至最低，采用蜂窩格子，只有表面和底面各一吋是厚實(shí)的玻璃。

鏡子的拋光從1979年開始持續(xù)到1981年5月，拋光的進(jìn)度已經(jīng)落后并且超過了預(yù)算，這時NASA的報告才開始對珀金埃爾默的管理結(jié)構(gòu)質(zhì)疑。為了節(jié)約經(jīng)費(fèi)，NASA停止支援鏡片的制作，并且將發(fā)射日期延后至1984年10月。鏡片在1981年底全部完成，并且鍍上了75納米厚的鋁增強(qiáng)反射，和25納米厚的鎂氟保護(hù)層。

因?yàn)樵诠鈱W(xué)望遠(yuǎn)鏡組合上的預(yù)算持續(xù)膨脹，進(jìn)度也落后的情況下，對珀金埃爾默能否勝任后續(xù)工作的質(zhì)疑繼續(xù)存在。為了回應(yīng)被描述成“未定案和善變的日報表”，NASA將發(fā)射的日期再延至1985年的4月。但是，珀金埃爾默的進(jìn)度持續(xù)地以每季增加一個月的速率惡化中，時間上的延遲也出現(xiàn)了每個工作天都在持續(xù)落后的情況。NASA被迫延后發(fā)射日期，先延至1986年3月，然后又延至1986年9月。這時整個計劃的總花費(fèi)已經(jīng)高達(dá)美金11億7500萬。

安置望遠(yuǎn)鏡和儀器的太空船是主要工程上的另一個挑戰(zhàn)。它必須能勝任與抵擋在陽光與地球的陰影之間頻繁進(jìn)出所造成的溫度變化，還要極端的穩(wěn)定并能長間的將望遠(yuǎn)鏡精確的對準(zhǔn)目標(biāo)。以多層絕緣材料制成的遮蔽物能使望遠(yuǎn)鏡內(nèi)部的溫度保持穩(wěn)定，并且以輕質(zhì)的鋁殼包圍住望遠(yuǎn)鏡和儀器的支架。在外殼之內(nèi)，石墨環(huán)氧的框架將校準(zhǔn)好的工作儀器牢固的固定住。

有一段時間用于安置儀器和望遠(yuǎn)鏡的太空船在建造上比光學(xué)望遠(yuǎn)鏡的組合來得順利，但洛克希德仍然經(jīng)歷了預(yù)算不足和進(jìn)度的落后，在1985年的夏天之前，太空船的進(jìn)度落后了5個月，而預(yù)算超出了30%。馬歇爾太空飛行中心的報告認(rèn)為洛克希德在太空船的建造上沒有采取主動，而且過度依賴NASA的指導(dǎo)。

在1983年，空間望遠(yuǎn)鏡科學(xué)協(xié)會（STScI）在經(jīng)歷NASA與科學(xué)界之間的權(quán)力爭奪后成立?？臻g望遠(yuǎn)鏡科學(xué)協(xié)會隸屬于美國大學(xué)天文研究聯(lián)盟 （AURA），這是由32個美國大學(xué)和7個國際會員組成的單位，總部坐落在馬里蘭州巴爾地摩的約翰·霍普金斯大學(xué)校園內(nèi)。

空間望遠(yuǎn)鏡科學(xué)協(xié)會負(fù)責(zé)空間望遠(yuǎn)鏡的操作和將數(shù)據(jù)交付給天文學(xué)家。美國國家航空航天局(NASA)想將之做為內(nèi)部的組織，但是科學(xué)家依據(jù)科學(xué)界的做法將之規(guī)劃創(chuàng)立成研究單位，由NASA位在馬里蘭州綠堤，空間望遠(yuǎn)鏡科學(xué)協(xié)會南方48公里，的哥達(dá)德太空飛行中心和承包廠商提供工程上的支援。哈勃望遠(yuǎn)鏡每天24小時不間斷的運(yùn)作，由四個工作團(tuán)隊(duì)輪流負(fù)責(zé)操作。

空間望遠(yuǎn)鏡歐洲協(xié)調(diào)機(jī)構(gòu)于1984年設(shè)立在德國鄰近慕尼黑的Garching bei München，為歐洲的天文學(xué)家提供相似的支援。

維護(hù)改進(jìn)

1993年

在1990年4月哈勃空間望遠(yuǎn)鏡發(fā)射升空的數(shù)星期后，研究人員發(fā)現(xiàn)從哈勃空間望遠(yuǎn)鏡傳回來的圖片有嚴(yán)重的問題，獲得的最佳圖像品質(zhì)也遠(yuǎn)低于當(dāng)初的期望：點(diǎn)源的影像被擴(kuò)散成超過一弧秒半徑的圓。

通過對圖樣缺陷的分析顯示，問題來源于主鏡的形狀被磨錯了。雖然這個差異小于光的1/20波長， 鏡面與需要的位置只差了微不足道的2微米，但這個差別造成了災(zāi)難性的球面像差。這樣來自鏡面邊緣的反射光不能聚集在與中央的反射光相同的焦點(diǎn)上。

1993年，奮進(jìn)號執(zhí)行了對哈勃空間望遠(yuǎn)鏡的第一次維修，研究人員設(shè)計一個有相同的球面像差，但功效相反的光學(xué)系統(tǒng)來抵消錯誤，相當(dāng)于配上一副能改正球面像差的眼鏡。用來改正球面像差的儀器稱為空間望遠(yuǎn)鏡光軸補(bǔ)償校正光學(xué)（COSTAR）。為了給COSTAR在望遠(yuǎn)鏡內(nèi)提供位置，必須移除其中一件儀器，天文學(xué)家的選擇是犧牲高速光度計。

除此之外，廣域和行星照相機(jī)被第二代廣域和行星照相機(jī)以及內(nèi)部的光學(xué)更新系統(tǒng)取代。另外，太陽能板和驅(qū)動的電子設(shè)備、四個用于望遠(yuǎn)鏡定位的陀螺儀、二個控制盤、二個磁力計和其他的電子組件也被更換。

1997年

1997年2月，發(fā)現(xiàn)號在STS-82航次中執(zhí)行了第二次維修任務(wù)。用 空間望遠(yuǎn)鏡攝譜儀（STIS）和近紅外線照相機(jī)和多目標(biāo)分光儀（NICMOS）替換掉戈拉德高解析攝譜儀（GHRS）和暗天體攝譜儀（FOS）。修護(hù)絕熱毯，再提升哈勃的軌道。

在維修中出現(xiàn)的意外縮短了儀器的使用年限。安裝后吸熱器的部分熱擴(kuò)散意料之外地進(jìn)入光學(xué)擋板，這額外增加的熱量導(dǎo)致儀器的壽命由原先期望的4.5年縮短為2年。

1999年

第三次維護(hù)任務(wù)仍然由發(fā)現(xiàn)號在1999年12月的STS-103航次中執(zhí)行。在這次維護(hù)中更換了全部的六臺陀螺儀，也更換了一個精細(xì)導(dǎo)星傳感器和計算機(jī)，安裝一套組裝好的電壓/溫度改善工具（VIK）以防止電池的過熱，更換絕熱的毯子。新的計算器是能在低溫輻射下運(yùn)作的英特爾486，可以執(zhí)行一些過去必須在地面處理的與太空船有關(guān)的計算工作。

2002年

第四次維護(hù)任務(wù)由哥倫比亞號在2002年3月的STS-109航次執(zhí)行，用先進(jìn)巡天照相機(jī)（ACS）替換了暗天體照相機(jī)（FOC），更換了新的冷卻系統(tǒng)和太陽能板。哈勃的配電系統(tǒng)也被更新了，這是哈勃空間望遠(yuǎn)鏡升空之后，首度能完全的應(yīng)用所獲得的電力。

2008年

在原本安排在2008年8月維修任務(wù)中，航天員將更換新的電池和陀螺儀，更換精細(xì)導(dǎo)星傳感器（FGS）并修理空間望遠(yuǎn)鏡影像攝譜儀（STIS）。并在保留先進(jìn)巡天照相機(jī)的同時，安裝二臺新的儀器：宇宙起源頻譜儀和第三代廣域照相機(jī)。然而NASA于2008年9月宣布哈勃空間望遠(yuǎn)鏡上的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)出現(xiàn)嚴(yán)重故障，無法正常存儲觀測數(shù)據(jù)并傳回地球，而且由于哈勃太空任務(wù)高度與國際太空站距離十分遠(yuǎn)，太空人在緊急情況下未能找到有效安全避難處，這使得維護(hù)哈勃望遠(yuǎn)鏡變?yōu)橐豁?xiàng)極度危險的任務(wù)。

2009年

美國東部時間2009年5月11日14點(diǎn)01分，美國“阿特蘭蒂斯”號航天飛機(jī)從佛羅里達(dá)州肯尼迪航天中心發(fā)射升空。在此次太空之旅中，機(jī)上的7名宇航員通過5次太空行走對哈勃太空望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行了最后一次維護(hù)，為其更換了大量設(shè)備和輔助儀器，這些更新主要包括：用第三代廣域照相機(jī)(WFC3)取代WFPC2；安裝新的宇宙起源頻譜儀（COS）、取回該處的COSTAR光學(xué)矯正系統(tǒng)；修復(fù)損壞的先進(jìn)巡天照相機(jī)（ACS）；修復(fù)損壞的空間望遠(yuǎn)鏡攝譜儀（STIS）；替換損壞的精細(xì)導(dǎo)星傳感器（FGS）；更換科學(xué)儀器指令和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)（SIC&DH）；更換全部的電池模組；更換所有的6個陀螺儀和3組定位傳感器（RSU）；更換對接環(huán)、安裝全新的絕熱毯（NBOL）、補(bǔ)充制冷劑等等。而這將會是哈勃空間望遠(yuǎn)鏡最后一次的維護(hù)任務(wù)，會將哈勃空間望遠(yuǎn)鏡的壽命延長至2013年后。屆時發(fā)射的詹姆斯·韋伯空間望遠(yuǎn)鏡能接續(xù)哈勃空間望遠(yuǎn)鏡的天文任務(wù)。

設(shè)計原理

大氣層中的大氣湍流與散射，以及會吸收紫外線的臭氧層，這些因素都限定了地面上望遠(yuǎn)鏡做進(jìn)一步的觀測。太空望遠(yuǎn)鏡的出現(xiàn)使天文學(xué)家成功地擺脫地面條件的限制，并獲得更加清晰與更廣泛波段的觀測圖像。

空間望遠(yuǎn)鏡的概念最早出現(xiàn)上個世紀(jì)40年代，但一直到上個世紀(jì)90年代，哈勃空間望遠(yuǎn)鏡才正式發(fā)射升空，并觀測迄今。

哈勃空間望遠(yuǎn)鏡屬于美國航空航天局(NASA)與歐洲航天局(ESA)的合作項(xiàng)目，其主要目標(biāo)是建立一個能長期在太空中進(jìn)行觀測的軌道天文臺。它的名字來源于美國著名天文學(xué)家埃德溫·哈勃。

1990年4月25日，由美國航天飛機(jī)送上太空軌道的 “哈勃”望遠(yuǎn)鏡長13.3米，直徑4.3米，重11.6噸，造價近30億美元。它以2.8萬公里的時速沿太空軌道運(yùn)行，清晰度是地面天文望遠(yuǎn)鏡的10倍以上。同時，由于沒有大氣湍流的干擾，它所獲得的圖像和光譜具有極高的穩(wěn)定性和可重復(fù)性。

哈勃空間望遠(yuǎn)鏡得到的數(shù)據(jù)首先被儲存在航天器中。在哈勃空間望遠(yuǎn)鏡最開始發(fā)射時，儲存數(shù)據(jù)設(shè)施是老式的卷帶式錄音機(jī)。但這些設(shè)備在之后的維修任務(wù)中得到了替換。每天哈勃空間望遠(yuǎn)鏡大約分兩次將數(shù)據(jù)傳送至地球同步軌道跟蹤與數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星系統(tǒng)，然后數(shù)據(jù)再被繼續(xù)發(fā)送至位于新墨西哥的白沙測試設(shè)備，通過位于白沙測試設(shè)備的60英尺（18米）直徑的高增益微波電線之一，信息最后被傳送到戈達(dá)德太空飛行中心和太空望遠(yuǎn)鏡科學(xué)研究所處存檔。

傳送來的數(shù)據(jù)必須要經(jīng)過一系列處理才能為天文學(xué)家所用?？臻g望遠(yuǎn)鏡研究所開發(fā)了一套軟件，能夠自動地對數(shù)據(jù)進(jìn)行校正。然后空間望遠(yuǎn)鏡研究所將利用STSDAS (Space Telescope Science Data Analysis System) 軟件來選取所需要的數(shù)據(jù)。

哈勃望遠(yuǎn)鏡幫助科學(xué)家對宇宙的研究有了更深的了解。然而，由于美國航空航天局將哈勃SM4確定為最后一次維修任務(wù)，因此，哈勃的退役在即，而它新的繼任者詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡（JWST）將發(fā)射升空，并逐步接替哈勃太空望遠(yuǎn)鏡的工作。

詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡（James Webb Space Telescope，縮寫JWST）是計劃中的紅外線觀測用太空望遠(yuǎn)鏡。作為將于2010年結(jié)束觀測活動的哈勃太空望遠(yuǎn)鏡的后續(xù)機(jī)，計劃于2011年發(fā)射升空。但因?yàn)橹圃旆矫娴膯栴}，不得不延遲到2013年升空，因此，哈勃望遠(yuǎn)鏡也不得不冒險進(jìn)行修補(bǔ)以繼續(xù)服役。因?yàn)橘M(fèi)用已經(jīng)升到了80億美元，鏡片也已經(jīng)從原計劃的8米縮水為6.5米。這視為觀察宇宙最遙遠(yuǎn)的地方，也就是宇宙大爆炸的第一縷光線的最低要求了。系歐洲空間局（ESA）和美國宇航局（NASA）的共同運(yùn)用計劃，放置于太陽-地球的第二拉格朗日點(diǎn)。

2015年4月21日，哈勃望遠(yuǎn)鏡距離地面約340英里（約合547公里），繞地球公轉(zhuǎn)一周耗時97分鐘。 

組成部分

光學(xué)系統(tǒng)

望遠(yuǎn)鏡的光學(xué)部分是整個儀器的心臟。它采用卡塞格林式反射系統(tǒng)，由兩個雙曲面反射鏡組成，一個是口徑2.4米的主鏡、另一個是裝在主鏡前約4.5米處的副鏡，口徑0.3米。投射到主鏡上的光線首先反射到副鏡上，然后再由副鏡射向主鏡的中心孔，穿過中心孔到達(dá)主鏡的焦面上形成高質(zhì)量的圖像，供各種科學(xué)儀器進(jìn)行精密處理，得出來的數(shù)據(jù)通過中繼衛(wèi)星系統(tǒng)發(fā)回地面。

廣域和行星照相機(jī)

廣域和行星照相機(jī)（WF/PC）原先計劃是光學(xué)觀測使用的高分辨率照相機(jī)。由NASA的噴射推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室制造，附有一套由48片光學(xué)濾鏡組成，可以篩選特殊的波段進(jìn)行天體物理學(xué)的觀察。整套儀器使用8片CCD，做出了兩架照相機(jī)，每一架使用4片CCD。廣域照相機(jī)（WFC）因?yàn)橐曇拜^廣，在解像力上有所損失，但可對光度微弱的天體進(jìn)行全景觀測。而行星照相機(jī)（PC）行星照相機(jī)每個畫素的解析力為0.043弧秒，擁有比WFC長的焦距成像，所以有較高的放大率，可以與廣域照相機(jī)互補(bǔ)，用于高分辨率的觀測。

在1993年12月STS-61的維修任務(wù)中，廣域和行星照相機(jī)被新的第二代替換，為了避免混淆，通常WFPC就是第一代的廣域和行星照相機(jī)，新機(jī)稱為WFPC-2。

1995年4月1日哈勃空間望遠(yuǎn)鏡上的大視場和行星照相機(jī)2（WFPC2）拍攝了鷹狀星云的照片。就像普通的數(shù)碼相機(jī)一樣，WFPC2也使用電荷耦合器件（CCD）而不是膠卷來記錄影像。CCD是一個由光敏器件組成的陣列，其中最小的單元被稱為“像素”。而它的作用則是把接收到的光信號轉(zhuǎn)化成電信號。如下面會看到的，在得到最終絢麗圖像的過程中最艱巨的工作就是從相機(jī)本身產(chǎn)生的干擾信號中分離出那些有用的信號，并且將這些信號轉(zhuǎn)化成對天空中某一點(diǎn)的位置和亮度測量。

WFPC2事實(shí)上是由4架相機(jī)組成的——3架大視場照相機(jī)（WF）和1架行星照相機(jī)（PC1）。除了PC1之外，其余每架相機(jī)所拍攝的圖像都占據(jù)了照片的四分之一。而PC1所拍攝的是局域的放大影像，這使得天文學(xué)家可以在右上角看到局部更微小的細(xì)節(jié)。但是最終的圖像會先按比例把PC1所拍攝的圖像縮小到和其他3架相機(jī)相同的程度，這就導(dǎo)致了“哈勃”WFPC2所拍攝的照片總會缺個角。WFPC2的視場大約包含了1600×1600個像素，這使得它大致相當(dāng)于一臺250萬像素的數(shù)碼相機(jī)。而且WFPC2所拍攝的圖像也不是真彩色的，不過它所能看到的景象比起彩色膠卷來更接近于肉眼。 

WFPC-2本身也將在第四次維修任務(wù)中被在1997年開始研發(fā)的WFC-3替換。

戈達(dá)德高解析攝譜儀

戈達(dá)德高解析攝譜儀（GHRS）是被用于紫外線波段的攝譜儀，由戈達(dá)德太空中心制造，可以達(dá)到90,000的光譜分辨率，同時也為FOC和FOS選擇適宜觀測的目標(biāo)。它舍棄了CCD，使用數(shù)位光子計數(shù)器作為檢測裝置。在1997年2月的哈勃維護(hù)任務(wù)中被太空望遠(yuǎn)鏡影像攝譜儀（STIS）取代。

高速光度計

高速光度計（HSP）能夠快速的測量天體的光度變化和偏極性。它可以每10微秒在紫外線、可見光和近紅外線的波段上測量一次光度，因此用于在可見光和紫外線波段上觀測變星，精確度至少可以達(dá)到2%。 高速光度計因?yàn)橹麋R的光學(xué)問題，自升空以來一直未能成功使用。1993年12月，在第一次的哈勃維護(hù)任務(wù)中，它被用于矯正其他儀器的光學(xué)問題的太空望遠(yuǎn)鏡光軸補(bǔ)償校正光學(xué)（COSTAR）替換掉。

暗天體照相機(jī)

暗天體照相機(jī)的觀測波段在115至650納米，它在2002年被先進(jìn)巡天照相機(jī)（ACS）取代。

暗天體攝譜儀

暗天體攝譜儀是觀測波長在1150至8500埃的攝譜儀。在1997年第二次哈勃維護(hù)任務(wù)中被太空望遠(yuǎn)鏡影像攝譜儀（STIS）取代。FOC和FOS都是哈勃空間望遠(yuǎn)鏡上分辨率最高的儀器。這三個儀器都舍棄了CCD，使用數(shù)位光子計數(shù)器做為檢測裝置。FOC是由歐洲航天局制造， FOS則由Martin Marietta公司制造。

其他儀器

最后一件儀器是由威斯康辛麥迪遜大學(xué)設(shè)計制造的HSP，它用于在可見光和紫外光的波段上觀測變星，和其他被篩選出的天體在亮度上的變化。它的光度計每秒鐘可以偵測100,000次，精確度至少可以達(dá)到2%。

哈勃空間望遠(yuǎn)鏡的導(dǎo)引系統(tǒng)也可以做為科學(xué)儀器，它的三個精細(xì)導(dǎo)星傳感器（FGS）在觀測期間主要用于保持望遠(yuǎn)鏡指向的準(zhǔn)確性， 但也能用于進(jìn)行非常準(zhǔn)確的天體測量，測量的精確度達(dá)到 0.0003弧秒。

性能數(shù)據(jù)

哈勃空間望遠(yuǎn)鏡的一些基本數(shù)據(jù)，由為NASA運(yùn)營哈勃的空間望遠(yuǎn)鏡研究所（STScI）提供。

望遠(yuǎn)鏡尺寸

長：43.5英尺（13.2米）

重：24500磅（11110千克）

最大直徑：14英尺（4.2米）

任務(wù)數(shù)據(jù)

發(fā)射：1990年4月24日從發(fā)現(xiàn)號航天飛機(jī)發(fā)射（第31次航天飛機(jī)任務(wù)STS-31）

進(jìn)入預(yù)定位置：1990年4月25日

維護(hù)任務(wù)1：1993年12月

維護(hù)任務(wù)2：1997年2月

維護(hù)任務(wù)3A：1999年12月

維護(hù)任務(wù)3B：2002年2月

維護(hù)任務(wù)4：2009年5月

空間飛行數(shù)據(jù)

軌道：平均高度307海里（569千米或353英里），軌道傾角28.5度

軌道周期：97分鐘

速度：17500英里每小時（28000千米每小時）

數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)

哈勃每周傳輸約120千兆字節(jié)（GB）的科學(xué)數(shù)據(jù)。約合在一個書架上擺放3600英尺（1097米）高的書籍所包含的數(shù)據(jù)量。圖片和數(shù)據(jù)儲存在磁光盤上。

動力

能量源：太陽

機(jī)制：兩個25英尺太陽能電池板

功率：2800瓦特

電池：6個鎳氫電池，約合20個汽車電池的容量

光學(xué)部件

主鏡直徑：94.5英寸（2.4米）

主鏡重量：1825磅（828千克）

次鏡直徑：12英寸（0.3米）

次鏡重量：27.4磅（12.3千克） 

數(shù)據(jù)

從1990年到2015年4月，哈勃望遠(yuǎn)鏡在地球軌道上運(yùn)行了接近13萬7千圈，累計54億公里，執(zhí)行了120多萬次觀測任務(wù)，觀察了超過38,000個天體。

哈勃望遠(yuǎn)鏡觀測到的目標(biāo)中最遠(yuǎn)的是距地球130億光年的原始星系，這些星系的發(fā)出光芒來自大爆炸后剛剛形成的宇宙早期。 

平均每個月，哈勃都會產(chǎn)生829G觀測數(shù)據(jù)，累計已超過100T。 

在執(zhí)行任務(wù)的早期，哈勃望遠(yuǎn)鏡證明了大質(zhì)量黑洞在宇宙中普遍存在——大多出現(xiàn)在星系的中央位置。同時，天文學(xué)家還在它的幫助下，觀測到宇宙膨脹的精確數(shù)據(jù)，從而推算出宇宙年齡為138億年（誤差不超過3%）。 

在這一過程中，“暗能量”這個如今在科學(xué)界頻頻出現(xiàn)的神秘概念，逐漸為人們所知曉。而且在“大爆炸”之后，另一個非常關(guān)鍵的“暴漲”階段對于我們宇宙的結(jié)構(gòu)同樣起著決定性的作用。 

截至2015年4月，直接或間接通過哈勃望遠(yuǎn)鏡的成果而發(fā)表的科學(xué)論文數(shù)目，達(dá)到12800篇，包括幾項(xiàng)問鼎諾貝爾獎的成果。 

古老星系

2013年10月，哈勃太空望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)了可能是宇宙中測量距離上最遙遠(yuǎn)的星系，來自德克薩斯大學(xué)等研究人員通過MOSFIRE攝譜儀精確測量了該星系的距離，其大約存在于宇宙大爆炸后的7億年左右。

宇宙年齡

哈勃空間望遠(yuǎn)鏡對造父變星的觀測為哈勃常數(shù)的精確測量提供了保證。哈勃的精細(xì)導(dǎo)星傳感器對造父變星進(jìn)行了直接的視差測量，大大削減了用造父變星周光關(guān)系推算距離的不確定性。在哈勃空間望遠(yuǎn)鏡之前，觀測得到的哈勃常數(shù)有1-2倍的差異，但是在有了新的造父變星觀測之后宇宙距離尺度的不確定性猛然下降到了大約只有10%，從而對宇宙的擴(kuò)張速率和年齡有更正確的認(rèn)知。

恒星形成

哈勃空間望遠(yuǎn)鏡還有助于研究諸如獵戶星云之類的恒星形成區(qū)。通過哈勃空間望遠(yuǎn)鏡對獵戶星云的早期觀測發(fā)現(xiàn)，其中聚集了許多被濃密氣體和塵埃盤包裹的年輕恒星。盡管已經(jīng)從理論上和甚大天線陣的觀測中推測出來了這些盤的存在，但是直到哈勃所拍攝的高分辨率照片才第一次直接揭示出了這些盤的結(jié)構(gòu)和物理性質(zhì)。

恒星死亡

哈勃的觀測還在超新星爆發(fā)和γ射線暴之間建立起了聯(lián)系。通過哈勃對γ射線暴余輝的觀測，研究人員把這些暴發(fā)鎖定在了河外星系中的大質(zhì)量恒星形成區(qū)。由此哈勃望遠(yuǎn)鏡也令人信服地證明了這些劇烈的爆發(fā)和大質(zhì)量恒星死亡的直接聯(lián)系。

黑洞

哈勃空間望遠(yuǎn)鏡最早的核心計劃之一就是要建立起由黑洞驅(qū)動的類星體和星系之間的關(guān)系。之后，通過它們對周圍恒星的引力作用，針對“哈勃”所獲得的近距星系光譜的動力學(xué)模型證實(shí)了黑洞的存在。這些研究也導(dǎo)致了對十幾個星系中央黑洞質(zhì)量的可靠測量，揭示出了黑洞質(zhì)量和星系核球質(zhì)量之間極為緊密的聯(lián)系。2011年11月8日，借助哈勃空間望遠(yuǎn)鏡，天文學(xué)家們首次拍攝到圍繞遙遠(yuǎn)黑洞存在的盤狀構(gòu)造。這個盤狀結(jié)構(gòu)由氣體和塵埃構(gòu)成，并且正處于不斷下降進(jìn)入黑洞中被消耗的過程中。當(dāng)這些物質(zhì)落入黑洞的一瞬間，它們將釋放巨大的能量，形成一種宇宙射電信號源，稱為“類星體”。

暗物質(zhì)

2012年3月，美國宇航局“哈勃”太空望遠(yuǎn)鏡在距離地球24億光年的“阿貝爾520”星系團(tuán)中再次發(fā)現(xiàn)了一個巨大的暗物質(zhì)塊。這一異常發(fā)現(xiàn)令天文學(xué)家百思不得其解，并懷疑暗物質(zhì)塊中可能藏有一個神秘的“暗物質(zhì)核心”。

研究人員介紹說，在距離地球24億光年的遙遠(yuǎn)星系團(tuán)“阿貝爾520”中，星系發(fā)生碰撞后，從星系中分離出來的暗物質(zhì)可能在星系周圍聚集形成一個“暗物質(zhì)核心”。由于暗物質(zhì)被認(rèn)為是將星系結(jié)合成一體的神秘“膠水”，因此這種現(xiàn)象本不應(yīng)該存在。現(xiàn)象的問題是，如果暗物質(zhì)被認(rèn)為是將星系結(jié)合成一體的神秘“膠水”，那么星系碰撞后它們?nèi)匀豢梢詫⑿窍怠罢澈稀痹谝黄稹?/p>

這一異?，F(xiàn)象最早發(fā)現(xiàn)于2007年。由于這一現(xiàn)象過于異常，因此許多天文學(xué)家都將其作為一種假象而不予理會。然而，“哈勃”太空望遠(yuǎn)鏡最新的觀測結(jié)果證實(shí)，“阿貝爾520”星系團(tuán)中的暗物質(zhì)和星系是分開的?！肮碧胀h(yuǎn)鏡觀測圖像藍(lán)綠色區(qū)域顯示，一個巨大的暗物質(zhì)塊位于熾熱的氣體附近，但該區(qū)域幾乎看不到星系。

異常現(xiàn)象的再一次發(fā)現(xiàn)，讓天文學(xué)家們不得不對其重視起來并重新思考它的原理。暗物質(zhì)最早發(fā)現(xiàn)于大約80年前，被認(rèn)為是將星系結(jié)合成一體的“引力膠水”。事實(shí)上，天文學(xué)家對暗物質(zhì)仍然知之甚少?！肮碧胀h(yuǎn)鏡研究項(xiàng)目首席科學(xué)家、加利福尼亞大學(xué)天文學(xué)家詹姆斯-吉表示，“這一結(jié)果令人困惑。暗物質(zhì)的行為無法預(yù)測，很難說清它的原理?！?/p>

對于這一異常發(fā)現(xiàn)，研究團(tuán)隊(duì)提出了數(shù)種解釋，但最終每一種解釋都會讓天文學(xué)家更為困惑。研究團(tuán)隊(duì)成員、美國加州舊金山州立大學(xué)科學(xué)家安迪謝-馬哈達(dá)維曾經(jīng)是2007年對“阿貝爾520”星系團(tuán)首次觀測項(xiàng)目的負(fù)責(zé)人，他表示，“這會讓你越來越困惑，越陷越深?！?/p>

對于這種矛盾現(xiàn)象，一個可能的解釋就是，“阿貝爾520”星系團(tuán)是三個星系團(tuán)之間復(fù)雜的交互體，而不僅僅是兩個碰撞系統(tǒng)。另一種可能就是，“暗物質(zhì)核心”中包含有許多星系，但是由于它們過于暗淡而無法觀測到，甚至“哈勃”太空望遠(yuǎn)鏡都無法看到。

有水行星

2013年12月3日，美國航天局宣布，天文學(xué)家利用哈勃太空望遠(yuǎn)鏡在太陽系外發(fā)現(xiàn)5顆行星，它們的大氣層中都有水存在的跡象。此前也曾觀測到少數(shù)大氣層中有水存在跡象的系外行星，但這是首次能確定性地測量多個系外行星的大氣光譜信號特征與強(qiáng)度，并進(jìn)行比較。

這5顆行星分別叫做WASP-17b、HD209458b、WASP-12b、WASP-19b與XO-1b，它們的體積比地球大得多，屬于“熱木星”型行星，即大小與木星相當(dāng)，但溫度極高、運(yùn)行軌道距其繞行恒星非常近的氣態(tài)巨行星。

研究人員利用哈勃的廣角照相機(jī)，觀測這些行星大氣層吸收光線的細(xì)節(jié)特征，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，盡管5顆行星都有水存在的跡象，但信號均弱于預(yù)期，他們懷疑這是因?yàn)檫@些行星的大氣中有一層霾或灰塵的存在，導(dǎo)致信號減弱。

宇宙學(xué)

由于宇宙學(xué)的研究對象主要來自天文觀測，而這也是唯一能在宇宙演化和結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上測量宇宙距離和年齡的辦法。哈勃空間望遠(yuǎn)鏡能夠通過對造父變星距離的測量來測定哈勃常數(shù)，而這與宇宙在今天的膨脹速度有關(guān)。此外，通過對超新星的測定，可以幫助研究人員來限制超新星的亮度，從而進(jìn)一步限制宇宙早期膨脹的屬性，從而為暗能量模型提供一個強(qiáng)有力的限制。

哈勃深場

早在1996年，著名的哈勃空間望遠(yuǎn)鏡就拍攝到標(biāo)志性的哈勃深場圖像，巨大數(shù)量的星系就隱藏在這片小天區(qū)中，美國宇航局計劃進(jìn)行一次全新的深場成像計劃。哈勃望遠(yuǎn)鏡在捕捉深場圖像時將收集極遙遠(yuǎn)天體的微弱光線，慢慢“堆積”才能揭示宇宙大爆炸數(shù)億年后的情景，否則由于光線太弱而看不到當(dāng)時宇宙中存在的天體。在哈勃望遠(yuǎn)鏡于2004年拍攝的“超深場”圖像中，收集光線的時間更久，2012年拍攝的“極深場”圖像則花了更長的時間才完成成像。

根據(jù)巴爾的摩空間望遠(yuǎn)鏡研究所科學(xué)家丹安·科介紹：“與超深場圖像類似，本次哈勃拍攝的六個超深場圖像計劃幾乎可獲得相同品質(zhì)，在哈勃前沿領(lǐng)域的任務(wù)中，收集光線花了45個小時，描繪出宇宙大爆炸后大約五億年的情景?！边@些圖像深刻揭示了宇宙最深處的景象，捕捉到年代非常久遠(yuǎn)的星系和從未見過的遙遠(yuǎn)星系。負(fù)責(zé)本項(xiàng)研究的科學(xué)家認(rèn)為有些星系是之前尚未被發(fā)現(xiàn)的，比如最遠(yuǎn)的星系MACS0647-JD，就距離地球大約133億光年處，原始深空場也顯示了在僅僅2.5弧分跨度上就存在大約3000個并未被觀測到宇宙星系。 

作為天體觀測的主力，美國宇航局希望哈勃望遠(yuǎn)鏡能維持到2018年，其繼任者詹姆斯·韋伯空間望遠(yuǎn)鏡將在不久后發(fā)射。研究人員認(rèn)為哈勃拍攝的新深場圖像需要一定的運(yùn)氣，那片黑暗的天區(qū)包含了豐富的寶藏，這項(xiàng)新的觀測活動將在2012年晚些時候開始。

大胖子星系團(tuán)

2014年4月，美國航空航天局(NASA)哈勃太空望遠(yuǎn)鏡觀測結(jié)果顯示，“El Gordo”星系團(tuán)(昵稱為“大胖子”)所容納的質(zhì)量可能與三千萬億(3乘以10的15次方)顆太陽相當(dāng)。這比原先科學(xué)家所估計的值大了43%，質(zhì)量可能與3千萬億顆太陽相當(dāng)，約為銀河系質(zhì)量的3000倍。　“大胖子”星系團(tuán)的編號為ACT-CL J0102-4915，距離地球超過70億光年。因此，天文學(xué)家觀測到的信號，實(shí)際上已經(jīng)有將近一半的宇宙年齡(約138億年)。在2012年的報道中，“大胖子”星系團(tuán)的質(zhì)量大致相當(dāng)于2千萬億顆太陽。研究者利用NASA的錢德拉X射線天文臺和歐洲南方天文臺位于智利的甚大望遠(yuǎn)鏡陣列，對星系團(tuán)內(nèi)部的氣體溫度以及星系的運(yùn)動進(jìn)行了研究，估算出了這一數(shù)據(jù)。不過，該結(jié)果存在著一些偏差，原因主要是該星系團(tuán)可能是兩個星系團(tuán)之間碰撞的結(jié)果。 

蝴蝶狀星云

2015年9月，哈勃太空望遠(yuǎn)鏡拍到了蝴蝶狀星云“Twin Jet Nebula”，這一星云有兩片閃閃發(fā)光的“彩虹翅膀”，仿佛一只美麗的蝴蝶在展翅飛翔。

軍事用途

空間偵查

實(shí)際上，對于哈勃用于地面?zhèn)刹榈母鞣N傳言都是很可笑的，因?yàn)槊绹姺秸嬲褂玫目臻g地面?zhèn)刹榧夹g(shù)領(lǐng)先哈勃的技術(shù)兩代以上。如KH-11“鎖眼”偵查衛(wèi)星，與哈勃同為洛克希德馬丁制造的，制造時間也一樣，其地面分辨率為15cm，遠(yuǎn)高于哈勃的26cm。其外形與哈勃相似，不了解這個領(lǐng)域的人有可能會把它誤認(rèn)為是哈勃。 哈勃之所以曾經(jīng)對地面運(yùn)作，是因?yàn)樾枰?zhǔn)設(shè)備。

和平用途

根據(jù)一架曝光的俄羅斯A-60機(jī)載激光武器（Beriev A-60，蘇聯(lián)時期的遺存）試驗(yàn)機(jī)照片，機(jī)身徽標(biāo)圖案明確顯示出以激光攻擊哈勃空間望遠(yuǎn)鏡的情景。這間接表明了哈勃空間望遠(yuǎn)鏡在軍事上對俄羅斯的威脅程度。進(jìn)而引發(fā)對哈勃空間望遠(yuǎn)鏡是否單純用于和平用途的爭論，以及反對太空軍事化的抗議。更有陰謀論者進(jìn)一步指出：哈勃空間望遠(yuǎn)鏡初期的“近視”缺陷乃有意為之，直至蘇聯(lián)解體后兩年才加以修正。

后繼探索器

韋伯空間望遠(yuǎn)鏡

詹姆斯·韋伯空間望遠(yuǎn)鏡（JWST）是紅外空間觀測站，研究人員計劃用它取代哈勃望遠(yuǎn)鏡，用以探索遠(yuǎn)超過目前儀器可觀測到的宇宙中最遠(yuǎn)的對象。它由NASA帶頭，與歐洲航天局和加拿大航天局合作。曾用名為NGST。在2002年更名，用以紀(jì)念NASA的首任局長James Webb，其設(shè)計口徑為6米，是哈勃望遠(yuǎn)鏡的2.5倍。JWST能觀測到的天體要比當(dāng)前最大地面望遠(yuǎn)鏡或空間紅外望遠(yuǎn)鏡要暗400倍。原計劃2012年升空，但因?yàn)榻?jīng)濟(jì)危機(jī)推遲，計劃推遲至2018年發(fā)射。

NASA計劃中將于2018年升空的詹姆斯·韋伯望遠(yuǎn)鏡是被寄予厚望的哈勃望遠(yuǎn)鏡繼任者。在韋伯領(lǐng)導(dǎo)下的美國宇航局，成功實(shí)施了“水星”和“雙子星”載人航天計劃，為人類成功登月奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 

韋伯望遠(yuǎn)鏡在設(shè)計時強(qiáng)化了其紅外波段的觀測能力，這將讓它能夠更好地看清宇宙中更遙遠(yuǎn)、更暗淡的天體。相對于哈勃望遠(yuǎn)鏡，韋伯望遠(yuǎn)鏡將能夠進(jìn)一步逼近大爆炸后的年輕宇宙的圖景，科學(xué)家估計它可以看到距離200億光年遠(yuǎn)的原始星系。 

2019年，哈勃望遠(yuǎn)鏡和韋伯望遠(yuǎn)鏡將同時在軌道運(yùn)行，幫助人類揭示宇宙的秘密。

“到那時，人類將擁有前所未有的觀測能力，面對未知的宇宙，我們可以更好的觀察它，理解它。”格倫斯菲爾德介紹說，“我相信，到時候一定會有"爆炸性"的新發(fā)現(xiàn)！” 

赫歇爾空間天文臺

2009年5月14日發(fā)送的歐洲航天局赫歇爾空間天文臺，有一面鏡子赫歇爾大大超過哈勃，但只有在遠(yuǎn)紅外線觀察。

大口徑太空望遠(yuǎn)鏡

先進(jìn)的技術(shù)大口徑太空望遠(yuǎn)鏡 也已提上日程。如果該項(xiàng)目批準(zhǔn)的話，它將有8至16米（320至640英寸）的光學(xué)空間望遠(yuǎn)鏡。它是真正的哈勃望遠(yuǎn)鏡繼承人: 有能力觀察和拍攝的光學(xué)，天體紫外線和紅外線的波長，但更高的分辨率大大高于哈勃。

拍攝內(nèi)容

哈勃太空望遠(yuǎn)鏡廣域行星相機(jī)2號拍攝到NGC 6052星系，該星系距離地球2.3億光年，位于武仙星座中。

人們最初可能認(rèn)為這是一個反常的星系，但事實(shí)上它是處于形成階段的“新星系”，兩個單獨(dú)星系通過引力吸引，逐漸聚集在一起，最終發(fā)生碰撞，目前我們看到的是兩個星系碰撞合并的一個星系結(jié)構(gòu)。

伴隨著星系逐漸合并，一些恒星將脫離原始軌道進(jìn)入新的軌道位置，目前這個新星系處于較高的混沌狀態(tài)，最終新星系將形成一個穩(wěn)定外形，它與這兩個原始星系都不相同。