大气层中的大气湍流与散射，以及会吸收紫外线的臭氧层，这些因素都限定了地面上望远镜做进一步的
观测。太空望远镜的出现使天文学家成功地摆脱地面条件的限制，并获得更加清晰与更广泛波段的观测图像。 空间望远镜的概念最早出现上个世纪40年代，但一直到上个世界90年代，哈勃空间望远镜才正式发射升空，并观测迄今。 哈勃空间望远镜属于美国航空航天局(NASA)与欧洲航天局(ESA)的合作项目，其主要目标是建立一个能长期在太空中进行观测的轨道天文台。它的名字来源于美国天文学家埃德温·哈勃。 1990年4月25日，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NASA将哈勃SM4确定为{zh1}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，并逐步接替哈勃的工作。 1946年，天文学家莱曼·斯皮策在论文《在地球之外的天文观测优势》中提出太空望远镜的两点观测优势。其一，大气层会吸收红外线与紫外线，而太空中的望远镜可以很好地避免这一点。其二，太空望远镜能够达到0.1弧秒的角分辨率，而地面上的望远镜只有0.5-1.0弧秒。 1962年NASA启动OSO（轨道太阳天文台）任务来获得紫外线、X射线和伽马射线的光谱。接着在 1966年，NASA进行了{dy}个OAO（轨道天文台）任务，但是由于电池在三天后就失效，研究人员不得不中止了这项任务了。第二个OAO任务始于1968，结束于 1972年，比原定计划多工作了一年时间。 1970年NASA为空间望远镜专门设立了两个委员会，一个用于规划空间望远镜的工程，另一个研究空间望远镜任务的科学目标。1978年，美国国会拨付了36,000,000元美金，用于设计大型空间望远镜，初定计划在1983年发射升空。 1980年初，望远镜被命为哈勃，以纪念在20世纪初期发现宇宙膨胀的天文学家艾德温·哈勃。最开始美国政府的预算是4亿美元， 然而到1990年4月24日，发现号航天飞机于于STS-31航次正式将哈勃空间望远镜成功的送入计划中的轨道时，总的花费已将近30亿美元。考虑到对哈勃望远镜的维修，其成本仍将不断增高。 最初哈勃空间望远镜携带的仪器如下：广域和行星照相机（WF/PC）、戈达德高解析摄谱仪（GHRS）、高速光度计（HSP）、暗天体照相机（FOC）和暗天体摄谱仪（FOS）。 广域和行星照相机用于光学观测的高分辨率照相机。由NASA的喷射推进实验室制造，附有48片光学滤镜，可以通过筛选特殊的波段进行天体物理学的观察。 广域照相机（WFC）视野较广，因此在解像能力上有所不足，但可对光度微弱的天体进行全景观测。而行星照相机每个画素的解析力为0.043弧秒，可以与广域照相机互补，用于高分辨率的观测。 在1993年12月STS-61的维修任务中，广域和行星照相机被新的第二代替换，为了避免混淆，通常WFPC就是{dy}代的广域和行星照相机，新机称为WFPC-2。 WFPC-2本身也将在第四次维修任务中被在1997年开始研发的WFC-3替换。 戈达德高解析摄谱仪戈达德高解析摄谱仪是被用于紫外线波段的摄谱仪，由戈达德太空中心制造，可以达到90,000的光谱分辨率。它舍弃了CCD,使用数位光子计数器作为检测装置。在1997年2月的哈柏维护任务中被太空望远镜影像摄谱仪（STIS）取代。 高速光度计高速光度计能够快速的测量天体的光度变化和偏极性。它可以每10微秒在紫外线、可见光和近红外线的波段上测量一次光度，因此用于在可见光和紫外线波段上观测变星，xx度至少可以达到2%。 高速光度计因为主镜的光学问题，自升空以来一直未能成功使用。1993年12月，在{dy}次的哈勃维护任务中，它被用于矫正其他仪器的光学问题的太空望远镜光轴补偿校正光学（COSTAR）替换掉。 暗天体照相机暗天体照相机的观测波段在115至650纳米，它在2002年被先进巡天照相机（ACS）取代。 暗天体摄谱仪暗天体摄谱仪是观测波长在1150至8500埃的摄谱仪。在1997年第二次哈勃维护任务中被太空望远镜影像摄谱仪（STIS）取代。 {dy}次维护在1990年4月哈勃空间望远镜发射升空的数星期后，研究人员发现从哈勃空间望远镜传回来的图片有严重的问题，获得的的{zj0}图像品质也远低于当初的期望：点源的影像被扩散成超过一弧秒半径的圆。 通过对图样缺陷的分析显示，问题来源于主镜的形状被磨错了。虽然这个差异小于光的1/20波长， 镜面与需要的位置只差了微不足道的2微米，但这个差别造成了灾难性的球面像差。这样来自镜面边缘的反射光不能聚集在与中央的反射光相同的焦点上。 1993年进行对哈勃空间望远镜的{dy}次维修，研究人员设计一个有相同的球面像差，但功效相反的光学系统来抵消错误，相当于配上一副能改正球面像差的眼镜。用来改正球面像差的仪器称为空间望远镜光轴补偿校正光学（COSTAR）。为了给COSTAR在望远镜内提供位置，必须移除其中一件仪器，天文学家的选择是牺牲高速光度计。 除此之外，广域和行星照相机被第二代广域和行星照相机以及内部的光学更新系统取代。另外，太阳能板和驱动的电子设备、四个用于望远镜定位的陀螺仪、二个控制盘、二个磁力计和其他的电子组件也被更换。 第二次维护1997年2月，发现号在STS-82航次中执行了第二次维修任务。用 空间望远镜摄谱仪（STIS）和近红外线照相机和多目标分光仪（NICMOS）替换掉戈拉德高解析摄谱仪（GHRS）和暗天体摄谱仪（FOS）。修护绝热毯，再提升哈勃的轨道。 在维修中出现的意外缩短了仪器的使用年限。安装后吸热器的部分热扩散意料之外地进入光学挡板，这额外增加的热量导致仪器的寿命由原先期望的4.5年缩短为2年。 第三次维护第三次维护任务仍然由发现号在1999年12月的STS-103航次中执行。在这次维护中更换了全部的六台陀螺仪，也更换了一个精细导星传感器和计算机，安装一套组装好的电压/温度改善工具（VIK）以防止电池的过热，更换绝热的毯子。新的计算器是能在低温辐射下下运作的英特尔486，可以执行一些过去必须在地面处理的与太空船有关的计算工作。 第四次维护第四次维护任务由哥伦比亚号在2002年3月的STS-109航次执行，用先进巡天照相机（ACS）替换了暗天体照相机（FOC），更换了新的冷却系统和太阳能板。哈勃的配电系统也被更新了，这是哈勃空间望远镜升空之后，首度能xx的应用所获得的电力。 最近一次维护在原本安排在2008年8月维修任务中，太空人将更换新的电池和陀螺仪，更换精细导星传感器（FGS）并修理空间望远镜影像摄谱仪（STIS）。并在保留先进巡天照相机的同时，安装二架新的仪器：宇宙起源频谱仪和第三代广域照相机。然而NASA于2008年9月宣布哈勃空间望远镜上的数据处理系统出现严重故障，无法正常存储观测数据并传回地球，而且由于哈勃太空任务高度与国际太空站距离十分远，太空人在紧急情况下未能找到有效安全避难处，这使得维护哈勃望远镜变为一项极度危险的任务。 在美国东部时间2009年5月11日14点01分，美国“阿特兰蒂斯”号航天飞机从佛罗里达州肯尼迪航天中心发射升空。在此次太空之旅中，机上的７名宇航员通过５次太空行走对哈勃太空望远镜进行了{zh1}一次维护，为其更换了大量设备和辅助仪器，这些更新主要包括：用第三代广域照相机(WFC3)取代WFPC2；安装新的宇宙起源频谱仪（COS）、取回该处的COSTAR光学矫正系统；修复损坏的先进巡天照相机（ACS）；修复损坏的空间望远镜摄谱仪（STIS）；替换损坏的精细导星传感器（FGS）；更换科学仪器指令和数据处理系统（SIC&DH）；更换全部的电池模组；更换所有的6个陀螺仪和3组定位传感器（RSU）；更换对接环、安装全新的绝热毯（NBOL）、补充制冷剂等等。而这将会是哈勃空间望远镜{zh1}一次的维护任务，会将哈勃空间望远镜的寿命延长至2013年后。届时发射的詹姆斯·韦伯空间望远镜能接续哈勃空间望远镜的天文任务。 数据接收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{zh1}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。 数据处理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) software来选取所需要的数据。 宇宙年龄哈勃空间望远镜对造父变星的观测为哈勃常数的xx测量提供了保证。哈勃的精细导星传感器对造父变星进行了直接的视差测量，大大削减了用造父变星周光关系推算距离的不确定性。在哈勃空间望远镜之前，观测得到的哈勃常数有1-2倍的差异，但是在有了新的造父变星观测之后宇宙距离尺度的不确定性猛然下降到了大约只有10%，从而对宇宙的扩张速率和年龄有更正确的认知。 恒星形成哈勃空间望远镜还有助于研究诸如猎户星云之类的恒星形成区。通过哈勃空间望远镜对猎户星云的早期观测发现，其中聚集了许多被浓密气体和尘埃盘包裹的年轻恒星。尽管已经从理论上和甚大天线阵的观测中推测出来了这些盘的存在，但是直到哈勃所拍摄的高分辨率照片才{dy}次直接揭示出了这些盘的结构和物理性质。 恒星死亡哈勃的观测还在超新星爆发和γ射线暴之间建立起了联系。通过哈勃对γ射线暴余辉的观测，研究人员把这些暴发锁定在了河外星系中的大质量恒星形成区。由此哈勃望远镜也令人信服地证明了这些剧烈的爆发和大质量恒星死亡的直接联系。 黑洞哈勃空间望远镜最早的核心计划之一就是要建立起由黑洞驱动的类星体和星系之间的关系。之后，通过它们对周围恒星的引力作用，针对“哈勃”所获得的近距星系光谱的动力学模型证实了黑洞的存在。这些研究也导致了对十几个星系中央黑洞质量的可靠测量，揭示出了黑洞质量和星系核球质量之间极为紧密的联系。 宇宙学由于宇宙学的研究对象主要来自天文观测，而这也是{wy}能在宇宙演化和结构的基础上测量宇宙距离和年龄的办法。哈勃空间望远镜能够通过对造父变星距离的测量来测定哈勃常数，而这与宇宙在今天的膨胀速度有关。此外，通过对超新星的测定，可以帮助研究人员来限制超新星的亮度，从而进一步限制宇宙早期膨胀的属性，从而为暗能量模型提供一个强有力的限制。 韦伯空间望远镜詹姆斯·韦伯空间望远镜（JWST的）是红外空间观测站，研究人员计划用它取代哈勃望远镜，用以探索远超过目前仪器可观测到的宇宙中最远的对象。它由NASA带头，与欧洲航天局和加拿大航天局合作。曾用名为NGST。在2002年更名。预定的望远镜的发射计划不早于2014年6月，将由Ariane5号火箭发送。 欧洲航天局赫歇尔空间天文台2009年5月14日发送的欧洲航天局赫歇尔空间天文台，有一面镜子赫歇尔大大超过哈勃，但只有在远红外线观察。 先进的技术大口径太空望远镜先进的技术大口径太空望远镜 也已提上日程。如果该项目批准的话，它将有8至16米（320至640英寸）的光学空间望远镜。它是真正的哈勃望远镜继承人: 有能力观察和拍摄的光学，天体紫外线和红外线的波长，但更高的分辨率大大高于哈勃。 |
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