在浩瀚无垠的宇宙面前，人类就像懵懂的孩童，始终怀揣着对未知的强烈好奇。宇宙深处，繁星闪烁、星系碰撞、黑洞吞噬，无数神秘现象接连上演。而天文望远镜，正是人类窥探宇宙奥秘的那扇关键窗口。
从最初荷兰学徒偶然发现透镜组合的神奇，到伽利略将望远镜指向天空，开启望远镜天文学的新纪元，再到如今詹姆斯·韦伯望远镜与哈勃空间望远镜等先进设备的问世，天文望远镜经历了漫长且辉煌的发展历程。它们不断突破技术极限，带我们领略宇宙深处的震撼画面。
詹姆斯·韦伯望远镜以其强大的红外探测能力，助我们追溯宇宙诞生之初的模样；哈勃空间望远镜则凭借独特的波长覆盖，在观测系外行星、捕捉瞬变现象等方面贡献卓越。让我们一同走进它们的世界，探索它们如何改写人类对宇宙的认知。
01、天文望远镜：人类探索宇宙的窗口
在人类对浩瀚宇宙的不懈探索中，天文望远镜无疑是最为关键的工具，它让我们突破了肉眼的局限，得以窥视宇宙深处的奥秘。其发展历程是一部充满创新与突破的历史，从最初的简单发明到如今的高科技精密仪器，每一步都凝聚着人类的智慧与努力。
（一）早期发明与探索
1608 年，荷兰眼镜商汉斯・利珀希的学徒偶然发现，将两块透镜叠在一起竟能清晰看到远处物体，这一意外发现为望远镜的诞生奠定了基石。次年，意大利科学家伽利略听闻此事后，迅速制作出自己的望远镜，并开创性地将其用于天文观测，就此拉开了望远镜天文学的序幕。
伽利略的望远镜利用光的折射原理制成，被称为折射镜。借助这台望远镜，他首次观测到月球表面的坑洼、太阳黑子以及木星的卫星等天体现象，开启了人类对宇宙的全新认知。
（二）反射望远镜的兴起
1668 年，英国科学家牛顿发明了反射式望远镜，采用球面主镜和 45 度小平面镜将焦点移出镜筒，巧妙解决了折射望远镜的色差问题。这一创新设计为望远镜的发展带来了重大变革。
1672 年，法国科学家卡赛格林设计出卡赛格林式反射镜，此类望远镜放大倍率大、图像清晰，成为现代天文望远镜的重要类型，极大推动了天文学研究的发展。
（三）望远镜技术的不断进步
18 - 19 世纪，光学技术的飞速发展使得消色差透镜得以发明，大型折射望远镜成为可能。与此同时，反射望远镜的制造技术也在持续提升，众多大口径反射望远镜相继问世，让人类能够观测到更遥远、更暗弱的天体。
20 世纪，望远镜的观测能力实现了质的飞跃，射电望远镜、红外望远镜等新型望远镜纷纷涌现。这些望远镜能够观测不同波段的天体辐射，极大拓展了天文学的研究领域，让人类对宇宙的认识更加全面和深入。
（四）现代天文望远镜的辉煌
哈勃空间望远镜作为人类第一台太空望远镜，在地球轨道上运行，成功避开了大气层的干扰，为我们带来了前所未有的清晰图像，其观测结果对现代天文学产生了深远影响。而凯克望远镜、甚大望远镜等大型地面望远镜，凭借巨大的口径和先进的观测技术，能捕捉到更遥远、更微弱天体的信息。
此外，詹姆斯・韦布空间望远镜、30 米望远镜、500 米口径球面射电望远镜等采用了更先进的技术和设计理念，进一步提升了人类的观测能力，让我们对宇宙的探索迈向了新的高度。
02、詹姆斯・韦伯望远镜：工业皇冠上的明珠
在现代天文望远镜中，詹姆斯・韦伯望远镜无疑是最为耀眼的存在，被誉为人类工业皇冠上的明珠。
（一）詹姆斯・韦伯望远镜概述
詹姆斯・韦伯望远镜（James Webb Space Telescope，简称 JWST）由美国国家航空航天局（NASA）主导研发，是一款先进的红外线太空望远镜。
它继承了哈勃望远镜的优秀基因，在技术上实现了重大突破，成为目前世界上最先进的太空望远镜之一，肩负着探索宇宙深处奥秘的重任。
构其构造极为复杂，主要由主反射镜、次反射镜、光学系统、探测器等部分组成。主反射镜是 JWST 的核心部件，直径达 6.5 米，比哈勃望远镜的反射镜大近 3 倍，这使得它能够收集更多光线，观测到更遥远的天体。此外，JWST 还采用了先进的红外线探测技术，为其在红外波段进行高精度观测提供了保障。
功能：主要功能是观测宇宙中的红外线辐射。通过探测遥远星系的光线，它能够帮助科学家深入了解宇宙的演化过程，研究星系的形成和演化、行星大气层等重要科学问题。同时，JWST 还能对太阳系内的天体进行高精度观测，为人类探索宇宙提供更多有价值的信息，让我们对宇宙的认识更加全面和深入。
（二）詹姆斯・韦伯望远镜的应用
宇宙演化研究：JWST 能够捕捉到宇宙中遥远星系的光线，通过对这些光线数据的分析，科学家可以推断出宇宙的年龄、星系的形成和演化等重要信息，为我们揭示宇宙的起源和发展历程，让人类对宇宙的演化有了更清晰的认识。
行星科学研究：凭借高精度观测能力，JWST 能够对太阳系内的行星进行细致观测。这有助于科学家深入研究行星大气层、表面特征等重要信息，为人类未来的太空探索提供宝贵的数据支持，为探索宇宙生命的可能性提供线索。
天文学研究：它的强大观测能力还能帮助科学家研究宇宙中的各种天体现象，如恒星形成、黑洞等。通过对这些天体现象的研究，科学家可以更深入地了解宇宙的本质和规律，推动天文学的发展。
作为人类探索宇宙的重要工具，詹姆斯・韦伯望远镜在多个方面发挥着至关重要的作用。它让人类能够更深入地了解宇宙的演化过程和各种天体现象，为我们提供了大量有价值的信息，拓宽了人类对宇宙的认知边界。同时，JWST 的高精度观测能力为科学家研究行星大气层、表面特征等提供了关键数据，为人类未来的太空探索奠定了坚实基础。
此外，它的成功发射和应用展示了人类在太空科技领域的卓越成就，为人类的科技进步和发展注入了强大动力，激励着更多人投身于宇宙探索的事业中。
03、哈勃空间望远镜：在韦布时代的坚守与贡献
哈勃空间望远镜自 1990 年发射升空以来，已在太空中辛勤工作了 30 余年，取得了无数辉煌成果。然而，随着詹姆斯・韦伯望远镜的出现，哈勃在韦布时代的地位和作用备受关注。
（一）哈勃的现状与挑战
近年来，由于数据处理器、陀螺仪和太阳能电池板的指向问题，这台老化的望远镜已多次暂停工作。每当进入安全模式，望远镜就不得不离线一段时间，有时长达数周，导致观测被迫重新排期，一些原定的观测项目也无法执行。
尽管面临诸多挑战，但哈勃的运行和管理人员认为，它至少还有十年的有效寿命。若美国航天局批准提高其轨道的任务，其工作寿命还有可能进一步延长。
（二）哈勃独特的科学能力
无与伦比的波长覆盖：哈勃望远镜拥有从紫外到可见光再到近红外的广泛波长覆盖能力，尤其是其独特的紫外观测能力，是其他现有和计划中的望远镜无法比拟的。地球大气在很大程度上阻挡了紫外线到达地面，只有空间望远镜才能有效地观测到紫外辐射。而很多天文现象的温度和化学诊断信息都在紫外波段，这使得哈勃在相关研究中具有不可替代的作用。
系外行星研究的主力：在测定地外行星的凌星吸收光谱并区分其化学成分方面，哈勃空间望远镜是先驱。它能够在行星从其恒星前方穿过（凌星）时进行高精度的光谱观测，通过减去恒星的数据，得到行星大气在光谱上留下的化学 “指纹”，从而确定行星大气的成分和性质。从紫外到可见光的精度和准确度，现役的任何其他望远镜都难以企及。
时域天文学的重要力量：哈勃望远镜的波长覆盖范围在观测快速时变现象时十分有力。在时域天文学领域，它可以对爆炸中的恒星、并合的恒星、引力波等现象进行观测。对于其他望远镜观测到的时域现象进行后随观测，也是哈勃的重要领域。例如，在 2017 年激光干涉引力波观测台探测到两颗中子星的并合事件时，哈勃空间望远镜的后随观测提供了紫外光随时间衰退的关键观测数据，为研究此类现象提供了重要依据。
（三）哈勃面临的潜在故障风险
陀螺仪题：哈勃望远镜的陀螺仪对其稳定观测至关重要。每个陀螺仪内都有一个高速转轮，可精确测量方向变化，帮助望远镜平稳转向。然而，在过去几年中，已有多个陀螺仪失灵。
尽管在 1999 年和 2009 年的维修任务中，宇航员替换了所有六个陀螺仪，且第二次维修时更新了部分陀螺仪的设计，但仍存在陀螺仪故障的风险。一个陀螺仪故障就曾多次触发望远镜进入安全模式，若再失去一个陀螺仪，望远镜的观测视野将大幅受限，只能观测到大约半个天空；若两个陀螺仪失效，望远镜的效率将下降 25%，一些观测计划将无法实施。
计算机故障：哈勃望远镜搭载的两台计算机负责科学仪器的指令和数据处理，其中一台作为备份。2021 年，其中一台计算机出现故障，操作团队不得不启用备用计算机。目前，对故障计算机的修复工作进展缓慢，评估和测试所需的更新需要较长时间，这给哈勃的稳定运行带来了一定风险。
轨道衰减问题：由于地球稀薄大气顶层对望远镜产生的阻力，哈勃空间望远镜的轨道不断衰减，随着时间推移离地球越来越近。目前其轨道高度约为 530 千米，一旦降到约 500 千米以下，不受控地重返地球大气的风险将增加。届时，要么主动推动其以可控方式重返大气层并烧毁，要么将其推进到更高轨道以保留望远镜。
（四）延长哈勃寿命的方案
轨道提升提案：2022 年 12 月，美国航天局向各公司发布征求意见书，征集于 2025 年前为哈勃空间望远镜提升轨道的建议。其中，Astroscale 和 Momentus 公司共同提出利用机械臂抓取望远镜并放置到更高轨道的提案，此方案无需人员参与，预计可为哈勃增加五到十年甚至更长的寿命
SpaceX 公司则提议使用载人龙飞船，由猎鹰 9 号助推器发射，该公司可能资助这项任务，并可能与旅游项目或其他付费客户相结合。若宇航员参与，或许还能进行一些维修工作，如更换失灵的陀螺仪，但任务存在风险，因为望远镜的设计并不包括承受龙飞船对接所产生的冲击和振动。
意义与权衡：对哈勃望远镜的使用者而言，任何能够延长其使用寿命的方案都备受期待。哈勃卓越的空间分辨率以及从紫外光学到近红外的灵敏度，对于定位和描述瞬态现象至关重要。然而，执行提升轨道等任务需要权衡风险和复杂性与哈勃日益老化系统的预期使用寿命之间的关系，判断这样做是否值得。
（五）哈勃在韦布时代的重要性
尽管詹姆斯・韦伯望远镜在某些方面具有优势，但哈勃空间望远镜在韦布时代依然不可或缺。它与韦布等望远镜相互补充，共同拓展了人类对宇宙的观测范围和研究深度。哈勃在紫外观测、系外行星研究以及时域天文学等领域的独特能力，使其能够为天文学研究提供不可替代的数据和视角。在未来至少十年内，哈勃仍将在人类探索宇宙的征程中发挥重要作用，与其他望远镜一起，为我们揭示更多宇宙的奥秘。
天文望远镜的发展历程见证了人类对宇宙探索的执着追求。詹姆斯・韦伯望远镜和哈勃空间望远镜作为现代天文望远镜的杰出代表，各自发挥着独特的作用。它们不仅让我们对宇宙有了更深入的了解，也激励着我们不断探索未知，追求更高的科技成就。在未来，随着科技的不断进步，我们有理由相信，将会有更多更先进的天文望远镜问世，为人类探索宇宙带来更多惊喜和突破。