哈勃望远镜原理（哈勃望远镜工作原理）

本文目录

• 哈勃望远镜工作原理
• 哈勃望远镜是什么它真的可以看到几亿光年之外吗
• 哈勃太空望远镜的工作原理
• 哈勃望远镜是什么原理
• 哈勃望远镜拍的真实照片是什么样的它的工作原理是什么
• 哈勃望远镜，光年测算原理
• 什么是哈勃太空望远镜它的原理
• 哈勃天文望远镜为什么能看那么远 为什么
• 能看到134亿光年外星系的哈勃望远镜，是怎么做到的

哈勃望远镜工作原理

哈勃望远镜工作原理如下：由美国航天飞机送上太空轨道的 “哈勃”望远镜长13.3米，直径4.3米，重11.6吨，造价近30亿美元。它以2.8万公里的时速沿太空轨道运行，清晰度是地面天文望远镜的10倍以上。同时，由于没有大气湍流的干扰，它所获得的图像和光谱具有极高的稳定性和可重复性。哈勃空间望远镜得到的数据首先被储存在航天器中。在哈勃空间望远镜最开始发射时，储存数据设施是老式的卷带式录音机。但这些设备在之后的维修任务中得到了替换。每天哈勃空间望远镜大约分两次将数据传送至地球同步轨道跟踪与数据中继卫星系统，然后数据再被继续发送至位于新墨西哥的白沙测试设备，通过位于白沙测试设备的60英尺（18米）直径的高增益微波电线之一，信息最后被传送到戈达德太空飞行中心和太空望远镜科学研究所处存档。传送来的数据必须要经过一系列处理才能为天文学家所用。空间望远镜研究所开发了一套软件，能够自动地对数据进行校正。然后空间望远镜研究所将利用STSDAS (Space Telescope Science Data Analysis System) 软件来选取所需要的数据。哈勃望远镜帮助科学家对宇宙的研究有了更深的了解。然而，由于美国航空航天局将哈勃SM4确定为最后一次维修任务，因此，哈勃的退役在即，而它新的继任者詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）将发射升空，并逐步接替哈勃太空望远镜的工作。詹姆斯·韦伯太空望远镜（James Webb Space Telescope，缩写JWST）是计划中的红外线观测用太空望远镜。作为将于2010年结束观测活动的哈勃太空望远镜的后续机，计划于2011年发射升空。但因为制造方面的问题，不得不延迟到2013年升空，因此，哈勃望远镜也不得不冒险进行修补以继续服役。因为费用已经升到了80亿美元，镜片也已经从原计划的8米缩水为6.5米。这视为观察宇宙最遥远的地方，也就是宇宙大**的第一缕光线的最低要求了。系欧洲空间局（ESA）和美国宇航局（NASA）的共同运用计划，放置于太阳-地球的第二拉格朗日点。2015年4月21日，哈勃望远镜距离地面约340英里（约合547公里），绕地球公转一周耗时97分钟。

哈勃望远镜是什么它真的可以看到几亿光年之外吗

这个问题涉及到光学系统的极限角分辨。我们用肉眼可以看到离地球两百多万光年的星系，但却无法看到离我们只有一公里的蚂蚁，也看不到离我们只有几千光年的系外行星，更看不到系外行星上是否有生命。

一个天文望远镜能看到多远之外的物体，不但与物体的距离有关，也与其大小有关。虽然有些物体离得很远，但只要它们的尺寸足够大，望远镜就能观测到。虽然有些物体离得很近，但它们的尺寸太小，所以望远镜就无法分辨出来。为了衡量一个物体看起来有多大，需要引入视直径或者分辨角Δφ的概念，如下图所示：

根据三角函数，可以得到如下的关系式：

综合了距离和实际大小的因素，分辨角可以衡量一个物体看起的大小。对于任何的光学系统，例如，天文望远镜、眼睛，都有一个最小分辨角。一旦观测对象的分辨角小于这个极限，光学系统将无法分辨出细节，观测对象看起来将只是像素点。根据瑞利判据，光学系统的极限分辨角取决于口径：

上式中，λ表示入射光的波长。

哈勃太空望远镜是一架光学望远镜，在550纳米波段最为敏感，主镜口径为2.4米，所以哈勃能够分辨出最小的角度为1.6×10^-5度，而人眼的极限一般为1角分（即1/60度）。

虽然有些遥远的星系位于几亿光年甚至上百亿光年之外，但它们的尺寸可达几万至几十万光年，所以它们的视直径在哈勃的极限分辨角之上，哈勃完全有能力分辨出来。只是由于距离遥远，遥远星系发出的光到达地球时已经变得非常暗淡，哈勃需要对它们进行长时间曝光才能看到它们。

另一方面，虽然系外行星离地球并不远，最近的比邻星b距离我们仅4.2光年，但由于行星太小了，它们的视直径远小于哈勃的极限分辨角，所以它们的细节无法被看到。结合上述两个公式，通过计算可知，想要分辨出大小可能与地球差不多的比邻星b，所需的望远镜口径将要高达36.5米，远超哈勃的口径，只有未来口径达到39.3米的欧洲极大望远镜才有能力看到。不过，还是因为系外行星的视直径太小了，不能指望望远镜可以像看到太阳系中的行星那样来看到系外行星。

如果系外行星上存在生命，由于外星生命的尺寸远小于行星，所以通过光学望远镜更加无法观测到，即便是欧洲极大望远镜也是无能为力。除非那些星球上生活着先进的外星文明，他们会向外发射出能量足够高的无线电波，那么，人类利用射电望远镜将有可能探测到外星文明的存在。

哈勃太空望远镜的工作原理

你有没有盯着夜空，想知道近距离看宇宙是什么样子的？我们大多数人被迫只用眼睛凝视星空，在广阔的黑夜中寻找针刺般的光线。即使你足够幸运地能够接触到地面望远镜，其清晰度取决于云层和天气等大气因素，但它仍然无法提供这些令人惊叹的天体应有的清晰度。

1946年，一位名叫小莱曼·斯皮策（Lyman Spitzer Jr.）的天体物理学家提出，太空中的望远镜将比任何地面望远镜更清晰地显示遥远物体的图像。这听起来很合乎逻辑，对吧？但这是一个令人愤慨的想法，因为当时还没有人向外太空发射火箭。

随着美国太空计划在1960年代和1970年代的成熟，斯皮策游说美国宇航局和国会开发太空望远镜。1975年，欧洲航天局（ESA）和美国宇航局开始为其起草初步计划，1977年，国会批准了必要的资金。美国宇航局将洛克希德导弹公司（现为洛克希德·马丁公司）命名为承包商，建造望远镜及其支持系统，并对其进行组装和测试。

这架著名的望远镜以美国天文学家 埃德温·哈勃（Edwin Hubble ）的名字命名，他对遥远星系中变星的观测证实了宇宙正在膨胀，并支持了大**理论。

由于1986年的挑战者号灾难，哈勃太空望远镜在长时间的延迟之后，于1990年4月24日搭载在发现号航天飞机上进入轨道。自发射以来，哈勃望远镜重塑了我们对太空的看法，科学家们根据望远镜对重要事物的清晰发现撰写了数千篇论文，比如宇宙的年龄、巨大的黑洞或恒星在死亡的痛苦中的样子。

在本文中，我们将讨论哈勃望远镜如何记录外太空以及允许它这样做的仪器。我们还将讨论古老的望远镜/航天器在此过程中遇到的一些问题。

COSTAR拯救了这一天

在1990年部署后，天文学家几乎立即发现了他们心爱的15亿美元，43.5英尺（13.3米）望远镜的问题。他们在天空中的新拖拉机拖车大小的眼睛无**确聚焦。他们意识到望远镜的主镜被磨到了错误的尺寸。虽然镜子中的** - 大约相当于人类头发厚度的五十分之一 - 对我们大多数人来说似乎非常微小，但它导致哈勃太空望远镜遭受球面像差并产生模糊的图像。当然，天文学家并没有花数年时间在望远镜上工作，只是为了满足于外太空的不起眼的快照。

科学家们提出了一种名为 COSTAR （ 校正光学太空望远镜轴向更换 ）的替代"隐形"镜片来修复HST中的**。COSTAR由几个小镜子组成，这些镜子将拦截来自有**的镜子的光束，修复**并将校正后的光束传递给镜子焦点处的科学仪器。

NASAASTRONAUTS和工作人员花了11个月的时间为有史以来最具挑战性的太空任务之一做准备。最后，在1993年12月，奋进号航天飞机上的七名男子发射火箭进入太空，执行HST的首次维修任务。

机组人员花了一周时间进行所有必要的维修，当望远镜在维修任务后进行测试时，图像得到了极大的改善。如今，放置在HST中的所有仪器都内置了针对反射镜**的校正光学元件，不再需要COSTAR。

不过，哈勃望远镜比COSTAR还有更多，我们接下来将讨论其中的一些关键部分。

HST 剖析

像任何望远镜一样，HST有一个长管，一端打开，让光线进入。它有镜子来聚集并将光线带到其"眼睛"所在的焦点。HST有几种类型的"眼睛"，以各种仪器的形式出现。就像昆虫能看到紫外线，或者我们人类能看到可见光一样，哈勃望远镜也必须能够看到从天而降的各种类型的光。

具体来说，哈勃望远镜是一个 卡塞格林反射望远镜 。这只是意味着光线通过开口进入设备，并从主镜反射到次镜。次镜反过来将光线通过主镜中心的孔反射到主镜后面 的焦点 。如果你画出入射光的路径，它会像字母"W"，除了有三个向下的驼峰而不是两个。

在焦点处，较小的半反射半透明镜子将入射光分配到各种科学仪器。（我们将在下一节中详细讨论这些工具。正如你可能已经猜到的那样，这些不仅仅是普通的镜子，你可能会凝视着它们来欣赏你的倒影。

HST的镜子由玻璃制成，并涂有纯铝（百万分之三英寸厚）和氟化镁（百万分之一英寸厚）层，以使其反射可见光，红外线和紫外线。主镜直径为 7.9 英尺（2.4 米），次镜直径为 1.0 英尺（0.3 米）。

接下来，我们将讨论哈勃在射入望远镜後如何处理所有光。

哈勃的科学仪器：WFPC2、NICMOS和STIS

通过观察天体的不同波长或光谱，您可以辨别其许多属性。为此，HST配备了几种科学仪器。每种仪器都使用 电荷耦合器件 （ CCD ）而不是照相胶片来捕获光线。CCD检测到的光被转换为数字信号，这些信号存储在机载计算机中并中继到地球。然后将数字数据转换为令人惊叹的照片。让我们看一下每种仪器如何为这些图像做出贡献。

宽视场和行星相机2 （ WFPC2 ）是哈勃的主要"眼睛"或相机。它借助四个排列成"L"形的CCD芯片来捕捉光线 - 三个低分辨率，宽视场CCD芯片，以及一个高分辨率行星相机CCD芯片。所有四个芯片同时暴露在目标上，目标图像以所需的CCD芯片为中心。这只眼睛可以看到可见光和紫外线，并且可以通过各种滤光片拍摄图像，以制作自然的彩色图片，例如这个众所周知的鹰星云图像。

通常，星际气体和尘埃会阻挡我们对来自各种天体的可见光的视野。没问题：哈勃望远镜可以看到隐藏在尘埃和气体中的物体的红外光或热量。为了看到这种红外光，HST有三个灵敏的相机，组成了 近红外相机和多物体光谱仪 （ NICMOS ）。

除了照亮天体之外，从该物体发出的光还可以揭示它的组成。特定的颜色告诉我们存在哪些元素，每种颜色的强度告诉我们该元素存在多少。 太空望远镜成像光谱仪 （ STIS ）将入射光的颜色分开，就像棱镜形成彩虹一样。

除了描述化学成分外，光谱还可以传达天体的温度，密度和运动。如果物体正在移动，化学指纹可能会向光谱的蓝色端（向我们移动）或红色端（远离我们）移动。不幸的是，STIS在2004年失去了电力，从那以后一直处于非活动状态。

继续阅读，找出哈勃望远镜的伸缩套筒上还有哪些其他科学仪器。

哈勃的科学仪器：ACS和FGS

在2002年2月的一次维修任务中，宇航员增加了 高级测量相机 （ ACS ），使哈勃望远镜的视野增加了一倍，并取代了作为HST长焦镜头的微弱物体相机。

ACS可以看到可见光，它的安装是为了帮助绘制暗物质的分布，探测宇宙中最遥远的物体，寻找大质量行星并检查星系团的演化。科学家估计它将持续五年，就在2007年1月，由于电力短缺，它的三台相机中的两台瘫痪了。

哈勃太空望远镜的示意图。将鼠标悬停在"望远镜功能"上以检查每个功能。注： 2002 年，"微弱物体相机"被"高级测量相机"取代。

HST上的最终仪器是其 精细制导传感器 （ FGS ），它指向望远镜并精确测量恒星的位置和直径，以及双星的分离。哈勃望远镜总共有三个这样的传感器。两个指向望远镜并将其固定在目标上，在目标附近的HST场中寻找"引导"恒星。当每个FGS找到一颗导星时，它会锁定它并将信息反馈给HST转向系统，以使该导星保持在其领域内。当两个传感器在操纵望远镜时，一个传感器可以自由地进行 天体测量（恒星 位置）。天体测量对于探测行星很重要，因为轨道行星会导致母星在天空中移动时摆动。

这些仪器的多次维修以及一些补充，计划在2009年初的下一次维修任务中进行。

现在你知道哈勃是如何拍摄所有这些照片的了。接下来，我们将了解哈勃作为宇宙飞船的其他生命。

哈勃的航天器系统：发电和与地面控制对话

哈勃不仅仅是一个拥有高度专业化科学仪器的望远镜。它也是一艘宇宙飞船。因此，它必须具有力量，与地面沟通并能够改变其态度（方向）。

HST上的所有仪器和计算机都需要电力。两块大型太阳能电池板履行了这一职责。每个翼状面板可以将太阳的能量转化为2，800瓦的电力。当HST处于地球的阴影中时，存储在机载电池中的能量可以维持望远镜7.5小时。

除了发电之外，HST还必须能够与地面上的***通信，以中继数据并接收下一个目标的命令。为了进行通信，HST使用一系列称为 跟踪和数据中继卫星（TDRS）系统的中继卫星 。目前，在天空的不同位置有五颗TDRS卫星。

哈勃望远镜的通信过程也得到了两台主计算机的帮助，这两台计算机安装在科学仪器舱上方的望远镜管周围。一台计算机与地面通信以传输数据并接收命令。另一台计算机负责控制HST和各种内务管理功能。哈勃望远镜在紧急情况下也有备用计算机。

但是，检索数据时使用了什么呢？收集这些信息后会发生什么？位于望远镜上的四个天线在哈勃和马里兰州格林贝尔特戈达德太空飞行中心的飞行操作团队之间发送和接收信息。收到信息后，戈达德将其发送到马里兰州的太空望远镜科学研究所（STScI），在那里它被翻译成波长或亮度等科学单位。

接下来了解哈勃望远镜如何导航。

哈勃的航天器系统：引导和聚焦天空之眼

哈勃望远镜每97分钟绕地球旋转一次，因此很难将注意力集中在目标上。三种机载系统允许望远镜固定在物体上：陀螺仪，我们在上一节中讨论的精细制导传感器和反作用轮。

陀螺仪跟踪哈勃望远镜的粗略运动。像指南针一样，它们感知到它的运动，告诉飞行计算机哈勃已经远离目标。然后，飞行计算机计算哈勃必须移动多少和向哪个方向移动才能保持在目标上。然后，飞行计算机指示反作用轮移动望远镜。

哈勃的精细制导传感器通过瞄准引导恒星来帮助望远镜固定在目标上。三个传感器中的两个在各自的视野内围绕目标找到引导星。一旦找到，它们就会锁定引导星，并将信息发送到飞行计算机，以使引导星保持在视野范围内。传感器比陀螺仪更灵敏，但陀螺仪和传感器的组合可以使HST固定在目标上数小时，尽管望远镜的轨道运动。

HST不能像大多数卫星那样使用火箭发动机或气体推进器进行转向，因为废气会盘旋在望远镜附近，并使周围的视野变得模糊。相反，HST 的反作用轮 朝向三个运动方向（x / y / z或俯仰/滚动/偏航）。反作用轮是飞轮，就像离合器中的飞轮一样。当HST需要移动时，飞行计算机会告诉一个或多个飞轮旋转哪个方向以及旋转速度，从而提供动作力。根据牛顿第三运动定律（对于每个动作，都有一个相等且相反的反应），HST沿飞轮的相反方向旋转，直到到达目标。

哈勃望远镜的局限性

尽管HST负责无数令人难以置信的图像和发现，但它确实有一些局限性。

其中一个限制是HST无法观测太阳，因为强烈的光和热会炸毁其敏感的仪器。因此，HST始终指向远离太阳的地方。这也意味着哈勃望远镜也无法观测到水星、金星和某些靠近太阳的恒星。

除了物体的亮度，哈勃的轨道也限制了可以看到的东西。有时，天文学家希望哈勃望远镜观测到的目标在哈勃轨道运行时会受到地球本身的阻碍。这可以限制观察给定对象所花费的时间。

最后，HST穿过 范艾伦辐射带 的一部分，来自太阳风的带电粒子被地球磁场捕获。这些遭遇会导致高背景辐射，从而干扰仪器的探测器。在这些时期，望远镜不可能进行观测。

接下来，了解天空中巨大天文台的未来。

哈勃望远镜计划：最终维修任务和更换

目前，哈勃望远镜的未来有点不确定。最后一次维修任务定于2008年10月10日进行。然而，由于飓风艾克席卷德克萨斯州，休斯顿的任务控制中心被迫撤离，美国宇航局失去了一周的准备时间。

然后，亚特兰蒂斯号航天飞机将于2008年10月14日**，载着七名宇航员完成任务 - 这段旅程需要11天，并将望远镜的寿命延长到至少2013年。

然而，在2008年9月29日，由于严重故障，美国宇航局将最终任务推迟到2009年初的某个时候。哈勃的指挥和数据处理仪器发生了故障，它只是停止捕获和发送产生我们熟悉和喜爱的深空图像所需的数据。

当亚特兰蒂斯号最终发射时，NASA可能会发送故障部件的替换部件。然而，在此之前，NASA必须测试更换部件并培训宇航员如何安装它。与此同时，该机构还试图激活命令和数据处理系统的备用通道，以便望远镜可以恢复传输数据。

哈勃之后的生活计划是什么？

哈勃的继任者詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）以前美国宇航局局长詹姆斯·韦伯的名字命名，将研究宇宙 历史 的每个阶段。从距离地球约100万英里（160万公里）的轨道上，望远镜将揭示有关恒星诞生，其他太阳系和星系以及我们自己的太阳系演化的信息。

为了实现这些引人入胜的发现，JWST将主要依靠四种科学仪器：近红外（IR）相机，近红外多目标光谱仪，中红外仪器和可调谐滤光片成像仪。

JWST以前被称为"下一代太空望远镜"，计划于2013年发射，一直是美国宇航局，欧洲航天局和加拿大航天局之间的国际合作。

但在我们转向JWST并忘记哈勃望远镜之前，也许辛勤工作的望远镜值得一试。由于哈勃望远镜无与伦比的发现，每个人都可以欣赏到地球大气层之外的迷人图像。

哈勃望远镜是什么原理

与其他望远镜一样，哈勃望远镜有一个一端开口的长筒，内设的镜子可以采集光线，并将其传送到“眼睛”聚集的焦点。哈勃望远镜有几种类型的“眼睛”，也就是各种仪器。正如某些动物可以看到不同类型的光（如昆虫可以看到紫外光，而人类能看到可见光），哈勃望远镜必须能够观测到从天空洒下的各种光线。正是这些各式各样的科学仪器造就了哈勃望远镜这一神奇的天文工具。然而，哈勃望远镜不仅是一台配备了科学仪器的望远镜，同时也是一架航天器。因此，它需要动力以便在轨道中运行。为了兼具望远镜和航天器的功能，哈勃望远镜配有以下系统：望远镜功能光学设备主镜副镜矫正光学设备科学仪器宽视野行星照相机2号（WFPC2）近红外照相机和多天体光谱仪（NICMOS）太空望远镜成像光谱仪（STIS）高级巡天照相仪（ACS）精密制导传感器（FGS）航天器系统动力系统通讯系统操纵系统计算系统结构

哈勃望远镜拍的真实照片是什么样的它的工作原理是什么

不用说哈勃望远镜拍的照片，天文台所有的彩色深空照片都是多通道合成的！当然，大口径望远镜拍摄的明亮发射星云的照片仍然会有一些颜色，但由于光损伤的影响，背景与目标天体的对比度很差，因此需要天文摄影LRGB多通道，还需要暗场，暗场还需要拍摄前、中、后三组，要求高的还有亮平场！当然，在太空工作的哈勃望远镜不必担心光损伤，因为没有光损伤会影响它。唯一要考虑的是目标天体、太阳和月球在地球周围运行时的相对位置！因为位置的不时变化会影响持续曝光！

如果真正拍摄的颜色是这样的，即使在超级望远镜下，哈勃也无法逃脱诅咒，宇宙的颜色非常苍白，即使你能看到颜色，也是所有的颜色！因此如果要满**色照片需求的话，最低也要有RGB三个通道的颜色，如果加上其他波段的颜色，如红外线和紫外线，颜色会更丰富，甚至是射电波段的照片叠加，天体的范围可能明显超出你的想象！为什么原始图像是黑白的？因为如果哈勃望远镜想要拍摄彩色图片，光探测器必须在同一区域放置红色、绿色和蓝色元素，以影响图片的分辨率。

哈勃可以通过拍摄黑白照片来捕捉更多的细节。更困难的是使用红外线或紫外线滤光器。红外线和紫外线是看不见的光，肉眼看不见。因此，如果天文学家想让哈勃拍摄的图片反映光谱上所有波长的光，他们必须着色。哈勃望远镜在拍摄太空照片时，为了提高灵敏度，会使用黑白相机，然后配合适当波长的滤镜进行曝光处理，然后再把不同波长的曝光信息，合成到不同的色彩通道中，从而得到一张彩色照片。我们可以看到，X射线望远镜主要显示恒星的信息。

这是因为X射线的穿透力很强，能穿透星云中的星际气体，而可见光和红外波段则看不到这些恒星的细节。如果把这张X射线望远镜、红外线和哈勃望远镜的照片可以增加更多的细节。因此，我们通常在互联网上看到的哈勃望远镜拍摄的大部分图片都是后期合成的效果。颜色取决于合成过程中的处理方法，这与您在太空中使用可见光望远镜的实际观察效果不同。至于为什么哈勃望远镜从一开始就不直接拍彩色照片？因为这样做会影响图像的分辨率。在这种情况下，拍摄黑白照片会记录更多细节，这对科学研究非常有价值。

哈勃望远镜，光年测算原理

哈勃是反射式的望远镜，可以参考牛顿反射是望远镜的光路图。除了我们日常生活中使用的可见光波段，哈勃还在极紫外波段有一台接收器，所以它也可以看到某些我们肉眼无法辨别的电磁辐射。为什么能看的几十万光年以前，能看那么远：哈勃的口径大，2.4m，大约是一个人的身高的1.5倍。所以聚光能力很强，目视极限星等也有23等（把一只灯泡放月球上也能看到）。哈勃在外太空之中，没有了大气层的消光。更重要的是，由于没有了地面的闲置，哈勃可以对某一天去进行长时间的曝光，比如哈勃超深场，就是对一小块区域曝光了三周，发现了数以万计的暗弱星系。有必要指出，望远镜是不论看多远的，而是看多暗。在这一点上，超过哈勃的地面望远镜太多，例如夏威夷的凯克双子望远镜，两台望远镜的口径都有10m，是哈勃的4倍，聚光力是其16倍。但是哈勃出名关键在于它在大气之外，没有了大气层的扰动可以达到预期的理论分辨率，这一点对地面望远镜而言，即便进行很多修正和优化也是难以望其项背的。

什么是哈勃太空望远镜它的原理

　　哈勃空间望远镜（HubbleSpaceTelescope，HST），是人类第一座太空望远镜，总长度超过13米，质量为11吨多，运行在地球大气层外缘离地面约600公里的轨道上。它大约每100分钟环绕地球一周。哈勃望远镜是由美国国家航空航天局和欧洲航天局合作，于1990年发射入轨的。哈勃望远镜是以天文学家爱德文·哈勃的名字命名的。按计划，它将在2009年被詹姆斯韦伯太空望远镜所取代。哈勃望远镜的角分辨率达到小于0.1秒，每天可以获取3到5G字节的数据。　　由于运行在外层空间，哈勃望远镜获得的图像不受大气层扰动折射的影响，并且可以获得通常被大气层吸收的红外光谱的图像。　　哈勃望远镜的数据由太空望远镜研究所的天文学家和科学家分析处理。该研究所属于位于美国马里兰州巴尔第摩市的约翰霍普金斯大学。　　历史　　哈勃太空望远镜的构想可追溯到1946年。该望远镜于1970年代设计，建造及发射共耗资20亿美元。NASA马歇尔空间飞行中心负责设计，开发和建造哈勃空间望远镜。NASA高达德空间飞行中心负责科学设备和地面控制。珀金埃尔默负责制造镜片。洛克希德负责建造望远镜镜体。　　升空　　该望远镜随发现号航天飞机，于1990年4月24日发射升空。原定于1986年升空，但自从该年一月发生的挑战者号**事件后，升空的日期被押后。　　首批传回地球的影像令天文学家等不少人大为失望，由于珀金埃尔默制造的镜片的厚度有误，产生了严重的球差，因此影像比较蒙眬。　　维护任务1　　更换设备后所拍摄的清晰影像，远比更换前清楚许多。第一个任务名为STS-61，它于1993年12月增添了不少新仪器，包括:　　以COSTAR取代高速光度计(HSP)。　　以WFPC2相机取代WFPC相机。　　更换太阳能集光板。　　更换两个RSU，包括四个陀螺仪。　　改变轨道　　该任务于1994年1月13日宣告完成，拍得首批清晰影像并传回地球。　　维护任务2　　第二个任务名为STS-81，于1997年2月开始，望远镜有两个仪器和多个硬件被更换。　　维护任务3A　　任务3A名为STS-103，于1999年12月开始。　　维护任务3B　　任务3B名为STS-109，于2002年3月开始。

哈勃天文望远镜为什么能看那么远 为什么

哈勃太空望远镜是在地球大气层外运行的一台天文望远镜，它的工作原理与现代光学天文望远镜的原理是一样的，都是通过镜头，接收来自远处的光信号，转化成电信号后储存的存储器内，再转换成图像。我们知道，要拍摄到远处的图像，一是要求光信号要足够强，二是信号源要稳定。哈勃太空望远镜能够拍摄到清晰的深空图像，主要有两个原因。一是它是在大气层外工作，影像不会受到大气湍流的扰动，视相度绝佳又没有大气散射造成的背景光，因而图像非常清晰，不会有地面望远镜拍摄像片时无法避免的光源扩散现象。二是不论是拍摄还是图像的多次传送和转换，都是用数字化信号，避免了电信号的衰减和失真。因此，图像的清晰度比地面上所有的光学天文望远镜都要好。至于哈勃太空望远镜为什么能够“看”得那么深远，原因还是不受大气层的影响。在没有大气层影响时，哈勃太空望远镜的镜头能够长时间定位于某一片空间，接收并积累远处的光信号，直到形成足够亮度的图像。在地面上，虽然也可以长时间定位曝光，但由于大气湍流扰动和光线通过大气层时的衰减，光源太弱时，地面天文望远镜是无法拍摄到清晰的深空图像的。勉强拍摄，也只是一片光斑，看不清细节。而在真空环境中，光线再弱，也不会有散射、折射和衰减，理论上可以用无限长的曝光时间，拍摄到无限远处天体的影像。所以虽然哈勃太空望远镜的镜头口径只有6.5米，比不上地面天文望远镜的镜头口径，但拍摄效果却是再大的地面天文望远镜也无法达到的。

能看到134亿光年外星系的哈勃望远镜，是怎么做到的

在400年前，也就是1609年前，我们人类肉眼可观测到最遥远的宇宙大约是300万光年之外的三角座星系。稍近一些的有250万光年外的仙女座星系和20万光年外的小麦哲伦星系。能看到的最远的恒星也不超过1000光年之外。

然而，这些我们肉眼可见的星系之外还有多达2万亿个星系。2013年，普朗克太空望远镜通过对宇宙微波背景辐射的观测，得到宇宙的年龄是137.98亿年（约138亿年）。因为宇宙一直在膨胀，所以我们可观测到的宇宙，假如以地球为中心的话，向外延伸最大的范围是465亿光年之内。光的速度约30万千米/每秒，465亿光年，就是光走过了465亿年的距离。

对于我们人类，遥远的太空，一直是神秘莫测的，揭开宇宙的秘密也成为我们人类永不息灭的欲望和动力。区区300万光年的范围怎么能满足我们探索宇宙的欲望呢，我们想要看到更加遥远的宇宙。

1608年，荷兰的一个眼镜商人汉斯.利伯希偶然间发现两个镜片放一起可以看到更加远的物体，于是发明了望远镜。这一发现，对于那些具有敏锐感知的人来说，意识到它具有非常巨大的作用，这些人中就有一个叫伽利略，他于1609年第一个通过用镜片发明了天文望远镜。此时，我们已经可以观测到许多肉眼看不到的宇宙景象，比如当时伽利略就是通过天文望镜观测到了木星的卫星，后来奥勒.罗默还通过这个木星的卫星运行的一些规律，最早算出了光的速度是22.5万千米/秒。

从此，望远镜的灵敏度和分辩率就一直在不断的提高和改进之中。1611年，德国的天文学家开普勒通过对望远镜的改进，提高了它的放大倍数。沙伊纳在开普勒的设计原理上设计的望远镜还看到了太阳的黑子。而1917年，胡克发明的望远镜，哈勃用它发现了宇宙正在膨胀的惊人事实......

我们知道，望远镜设计的原理，是通过用镜片对光的折射和反射得到物体放大的成像，从而看到更加遥远物体清晰的面目。而这些星体的光是从离我们非常非常遥远的地方传播过来的。这些光通过地球的大气层时，会受到大气的散射干扰而让光线变得模糊不清，臭氧层还会吸收传播过来的紫外线而影响观测的结果。为了解决些个问题，科学家们不得不想办法把望远镜送到大气层之外的太空去。

20世纪40年代开始，太空望远镜就成了天文学家们的梦想，直到1990年4月24日，美国航空航天局（NASA）的哈勃望远镜升空，我们探索宇宙又开始进入了一个新的纪元。

哈勃望远镜是在离地球559公里的高空工作的，所以它避免大气层和臭氧层的干扰，拥有比地面上的望远镜高出10倍以上的清晰度。哈勃望远镜的工作频率以可见光为主，延伸到近红外线和近紫外线。今年已经是它的30周岁，他升空以来，给我们带来了丰厚的礼物，给我们传回来大量珍贵的天文影像。1995年，哈勃望远镜拍摄的“哈勃深空“影像，已经是深入到宇宙大**后10亿年左右的空间，也就是离我们有128亿光年的空间；2012年拍摄的”哈勃超深空“影像，则是深入到宇宙大**后6亿年左右的深空；到了2018年，哈勃捕捉到了离我们有134亿光年的Z11星系，这时我们已经可以观测到宇宙大**后4亿年左右的星空。

至此，我们观测的宇宙还是在可见光和红外线和紫外线的范围之内。物体发出光的亮度与它的强度有关，而光的颜色则和它的频率有关。在可见光中，光的频率大小由弱到强对应的颜色分别是红、橙、黄、绿、青、蓝、紫。不可见光中，红色之外是频率越来越小的红外线、微波和无线电波；紫色之外则是频率越来越强的紫外线、X射线和伽马射线。

为了全方位的探测宇宙，现代天文望远镜的工作频率范围从可见光已扩展到几乎所有不可见光的波段。NASA的大型轨道天文台计划就包括4个空间望远镜：哈勃望远镜、康普顿伽马射线天文台、线德拉X射线天文台和斯皮策空间望远镜。它们就分别工作在可见光、红外线、紫外线、伽马射线以及硬X射线、软X射线这些不同的波段。

2015年，中国的硬X射线调制望远镜（HXMT)升空，它也是我国的第一颗天文卫星。至今，世界上拥有天文卫星的国家和地区大致可分为三个梯队：第一梯队是独领风骚的美国；第二梯队是欧洲空间局以及欧洲的一些国家；第三梯队是印度、日本、中国、俄罗斯、巴西、韩国和台湾地区等。

我们说一个发光的物体时，并不是指仅仅发出可见光，光其实就是一种电磁波，物体发光就是一种电磁辐射，只是频率不同体现出来的颜色不同而已。光的频率越小波长就越大，有些可见光传播的距离和时间长了，受到各种影响频率也会变得越来越小。如宇宙背景辐射经过137亿年到达地球时，已经是一种微波，所以我们称之为宇宙微波背景辐射。

1931年，美国贝尔实验室的杨斯基在搜索和鉴别别人干扰信号中接收到来自银河系的射电辐射。射电波实际上是一种无线电波，它是从遥远的天际穿过大气层来到了地球。随后，格罗特.雷伯在自已家的后院建了一个探测宇宙射电的天线，在1939年同样探测到了来自银河系的射电辐射，世界上第一台专用于天文观测的射电望远银诞生了，从此射电望远银开创了用射电波研究天体的新纪元。

这种来自宇宙的射电辐射，最早我们可以追溯到宇宙**38万年前。宇宙大**之始，各种粒子在温度高达上100亿度的环境下，相互对撞，光子一产生就被电子碰撞湮灭，跟本就没法走远。直到宇宙大**38万年后，温度下降到3000开尔文以下（0开尔文是绝对温度-273摄氏度），此时原子核已经可以捕获住电子，光子不再受到电子的碰撞，从而大量的光子自由的奔向了宇宙的四面八方，这个大量光子脱离电子的时刻，形成了一个不断膨胀的“最后散射面”，这就是“宇宙背景辐射”。这个“宇宙背景辐射”已经在1946年，被美国两位无线电工程师威尔逊和彭齐亚斯在偶然中发现。

所以大**后38万年之前的宇宙，我们没法通过光去观测到。理论上，我们通过射电望镜能观测得到的最远距离，也是宇宙大**38万年之后的景象。

目前世界上最大的射电望远镜是2016年9月25日在我国贵州落成的“天眼望远镜”，英文名称FAST。它的球面口径达500米，面积相当于30个足球场，比此前世界上最大的美国阿雷西博天文望远镜面积还要大很多，并且灵敏度提高了2.23倍。“天眼望远镜”至今发现的脉冲星数量已经超过了欧洲其他搜索脉冲星团队的总和。如果有外星人发信息联系地球的人类，估计“天眼望远镜”应该会是第一个收到。

自射电望远镜出现以来，天文学家取得了很多非常重要的成果，如发现了脉冲星、类星体、宇宙微波背景辐射、星际有机分子等等。天文学家们还会继续用它去探索黑洞，外地文明......

通过光我们可以观测到宇宙大**后38万年后的景象，那么38万年之前的景象呢？科学们不会放弃。

在20世纪20年代，大自然主动给了物理学家们一些启示。就是科学家们在做β衰变实验时发现，能量不守恒了。按质能守恒定律，中子衰变成一个质子和一个电子，那么质子和电子的能量总和应该等于中子才对，可是在实际测量中，却少了那么一丢丢，一部分能量莫名其妙的消失了。

这时有一部分科学家就宣布，能量守恒定律在这里失效了！但是，能量守恒失效这是不可思议的呀！泡利在1930年12月4日的一个物理大会上，让他的朋友转提了一个建议：就是中子衰变后，除了产生电子和质子，应该还有其他的粒子，是这些粒子“偷”走了那一部分能量。1934年，费米觉得这个想法不错就给这些还看不到的粒子一个名字，叫做“中微子”。

泡利的这个预言出来26年后的1956年，科温和莱因斯等人在实验中真的发现了"中微子“粒子。

中微子质量非党非常的小，电子的质量都比它重上百万倍。它以接近光速在飞行，它几乎不和任何物质发生反应，所以它能轻松的穿越任何物质，1光年厚的铅墙，它都能毫不费力的秒穿过。这些中微子，无时无刻无所无在的在宇宙中穿行，你伸出一个母子，一秒中内就有700亿个中微子从中穿过，但是它并不会伤害到我们。

中微子像光一样，也有一个“最后散射面”，但是它比“宇宙背景辐射”出现得还要早得多。当宇宙大**到1秒中的时候，中微子就停止了和其他粒子的弱力作用，从此在宇宙中自由的飞翔，这就是“中微子宇宙背景辐射”。因为中微子十分难以探测，目前科学家们还没有直接观测到”中微子宇宙背景辐射“，只探测到太阳等遥远天际恒星传播过来的中微子。

现在科学家们在到处寻找中微子的踪影，希望从中探究出宇宙的丁点秘密。如加拿大地下2.1公里处的萨德伯里中微子天文台、日本的中微子超级神冈探测器等等。如果有一天我们探测到了”中微子宇宙背景辐射“那么理论上就可以了解许多宇宙在大**后1秒中时的现象。

引力波可探测到宇宙大**后10^-35秒时的景象。

观测到宇宙大**后1秒中的景象就满足了？科学家们并不会，否则他们就不称之为科学家了。

那么宇宙中还有哪些东西，从早期的宇宙，跨越遥远的时空，如今还残留在宇宙之中的呢？还真有！可能你也猜到了，就是引力波。爱因斯坦的广义相对论早在1915年就预言了引力波的存在。爱因斯坦认为引力是由时空的弯曲造成的几何效应，而引力波则是时空扰动产生的涟漪。

100年后的2016年2月11日，LIGO科学合作组织和Virgo合作团队宣布首次探测到了双黑洞合并引发的引力波信号。2017年10月18日晚10时，全球天文学界联合发布了，人类首次直接探测到由双中子星合并产生的时空涟漪——引力波。它走过了1.3亿年后，竟然被我们捕捉到了！

暴胀宇宙理论认为，在宇宙**的初期，即大**至10^-35秒时，在10^-33秒内空间有一次急速膨胀。因宇宙在极短时间内膨胀到难以想象的地步，这个时间内膨胀的宇宙已经有如今可见宇宙的大小，这让空间变得非常的平坦。同时空间暴胀的过程也产生了时空的涟漪，这就是原始引力波。这些引力波还在宇宙中传播，如果有一天，我们能够捕捉到它，就能了解到宇宙在大**到10^-35秒时的更多情况。

引力波因为是时空自身的一种扰动，和电磁波不同，它传播的过程不会损失任何能量。不论是怎么样的物体，都没法阻挡引力波的前进。所以用引力波来探索宇宙具有更大的优势。科学家们可以利用引力波来了解黑洞，了解暗物质、暗能量甚至是利用它来理解宇宙最初诞生的机制。

我们人类在探索宇宙的过程中，从肉眼到望远镜到太空望远镜、射电望远镜再到中微子、引力波……是人类智慧的结晶，探索大自然，我们不会只局限于自身具有的条件。《科技想要什么》一书的作者凯文.凯利说过：技术是让世界变得越来越有序的一种力量。技术的发展会伴随着人类文明的进程，技术的进步，让我们了解到更多的自然秘密，从而造福人类社会。引力波之后，我们还有什么是可以用来来探测宇宙的吗？