哈勃太空望远镜
哈勃太空望远镜（Hubble Space Telescope）作为迄今为止人类历史上最厉害的望远镜有多厉害呢？让我们用它最有名的摄影作品来了解一下——在老鹰星云内诞生恒星的创生柱。我第一次看的时候惊为神迹。
那么这个相机是多少像素的呢？八百万像素的双摄。是的，你没看错，只有你的手机上相机的一个零头的零头。说的技术一点，它所用的广角相机使用了两片可见紫外线的CCD，每片的传感器尺寸是2048x4096。那为啥你的手机拍星空拍不出来这么震撼人心的照片呢？有三个主要因素。第一是镜头，玩摄影的都知道，其实最烧钱的不是相机，而是镜头，如果想拍远点的东西，比如观鸟，都要使用极其昂贵的巨大的镜头，这也是摄影中长枪短炮这个词的由来。哈勃望远镜的镜头有多大？它的直径是2.4米。对比一下你的手机看看，这就是不可逾越的物理鸿沟了，最敢吹牛的手机厂商也不敢这么吹。第二是就是修图和美颜技术。虽然哈勃的CCD很小，但是它可以多次拍摄很多张，然后拼接在一起，类似手机里的全景模式，所以官方发布的这张照片是4800万像素。另外他也可以拍多张照片进行叠加让照片更清晰，类似手机的夜景模式。当然，哈勃的技术实现比你的手机拍照复杂多了，因为哈勃在以7.5公里每秒的速度在559 公里的高度绕着地球旋转，每96分钟转一圈。你可以以7.5厘米每秒绕着操场跑圈来试试看这个拼接和叠加的的难度。最后，也是最重要的原因，哈勃是在太空这个独一无二的优良环境。这也是为什么其实很多国家也都有这么复杂的大型天文望远镜，但是哈珀是独一无二的。
虽然地球的大气层保护了我们人类，但是也会对天文观测产生巨大的影响。大气不但大量消除了红外线和紫外线，还会扭曲可以见光。比如我们都会唱的童谣“一闪一闪亮晶晶”。其实星星是不闪烁的，是大气扭曲了光线。此外，风云雨雪，白天和黑夜等等都是很大的影响。而太空中的哈勃是24小时可用的观测利器，这也是它如此高产的原因之一。此外哈勃还可以看紫外线，红外线，获取更多信息。看的更清楚后，我们可以看到新生的星云旋转，可以看到不同颜色的星星， 而星星不同的颜色就代表这不同的年龄。当然除了拍摄美丽的照片，更重要的是哈勃在科学上的诸多贡献。哈勃的许多重大贡献比较深奥，我这里举一个最容易理解的贡献是哈勃帮助科学家确定了宇宙的年龄是137亿年。
这个东西这么好，为啥只有一个呢？为啥不多发射几个上去。两个原因，一个是太贵了，第二个是太难了。哈勃的传奇开始于天文学家Lyman Spitzer, Jr在1946年发表的一片论文《在地球之外的天文观测优势》，而同年的中国还处在国共内战中。经过美国天文学家几十年不断推动，这个太空望远镜的项目在1968年开始立项，当时的名字叫大型空间望远镜（LST）。但是如此庞大的预算即使美国也不堪重负，中间被取消搁置多年。最后在设计大幅缩水，欧洲也同意负担部分费用的前提下，1978年这个项目终于开始实际启动，计划在1983年发射。并在1980年，这个项目被命名为哈勃，以纪念发现了宇宙膨胀的天文学家哈勃。虽然2.4米的镜头并不是当时最大的镜头，但是为了把它发射到天上去，必须要尽可能减少重量，而且适应太空中巨大的温差变化，所以和很多大型的创新项目一样，这个项目不断延期和增加预算。最终在1990年4月24日哈勃太空望远镜由发现号航天飞机送入了轨道。而此时的花费从最早的整个项目不到4亿美金，激增到了已经花了25亿美金。和普通卫星不一样，太空望远镜从设计之初就需要考虑通过不断的航天发射来维修和更新设备，这也是当年航天飞机的主要设计应用场景之一。虽然我们从一开始就考虑了维修，但是谁也没有预料到，新发射上去的望远镜，居然不能按照之前的设计看清楚东西，就像近视眼一样。后来通过分析发现，主镜的形状被磨错了，镜片的边缘差了2.2微米。所以和很多伟大的创新一样，哈勃一开始就沦为一个被嘲笑的对象。在1993年的第一次维修任务中，宇航员给哈勃装上了“空间望远镜光轴补偿校正光学”（COSTAR），通俗的说也就是一副眼镜，自此哈勃开始进入了它的高产阶段。当然，这些伟大的科学发现背后，也有大量的细致的不为人知的工作。比如在2009年的第五次也是最后一次维修任务中，宇航员发现更换一个重要设备时发现盖子上第四个螺栓拧不开。虽然在地面上演练过无数遍，但是在太空中总是有无数的惊喜等着你。这时，宇航员在太空中焦急的等待指挥中心的决定。因为美国的航天飞机即将退役，所以这次会是最后一次对哈勃的维修。如果要打开盖子，只能用东西撬开，而这个动作对宇航员是极度危险的，因为轨道不可预计的飞溅碎片随时可能会切破宇航服或者氧气管。事实上本来哈勃的维修任务就是极其危险的任务，后来有一部好莱坞大片《地心引力》（Gravity）的故事设定就是美国航天飞机探索者号在太空执行升级哈伯望远镜的任务期间， 遇到意外，航天飞机爆炸，两名正在太空漫步的宇航员，借助附近的国际空间站和中国的天宫逃生。这部大片虽然一共只用了两名演员，但是在第86届奥斯卡金像奖上获得了包括最佳导演奖等7项大奖。我记得这部电影在中国也上映了，票房极其成功。当然这是虚构的故事，事实上因为哈勃的高度离国际空间站非常远，中国的天宫也还没有上天，一旦遇到意外，宇航员无法找到紧急避难所，所以美国亚特兰提斯号航天飞机起飞后，奋进号航天飞机就在在发射场待命，随时准备上天营救。最后关头宇航员决定冒险拯救哈勃。很幸运，他们最后成功了， 而哈勃一直服役至今。
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