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天文|我们已经达到了哈勃望远镜的极限

哈勃望远镜曾经能让人望进宇宙最深处 ， 它向我们展现了其他天文台不能看见的在宇宙中更暗淡 ， 更年轻 ， 进化程度更低 ， 更远的恒星、星系和星团 。 在发射哈勃望远镜29年之后 ， 它依然是我们用来探索宇宙最深处的最伟大的工具 。 没有任何工具比哈勃望远镜更适合用来探索研究任何能发出星光的地方
但是任何工具都有它的极限 ， 哈勃望远镜也是如此 。 镜片的大小和仪器的质量 ， 温度和波长范围以及任何天文观测都有的限制因素：时间 ， 都限制了它的观察极限 。 在过去的这些年中 ， 哈勃望远镜观察到了一些人类从未见过的伟大的影像 。 但是它再也无法观察到更震撼的事情了 ， 哈勃望远镜已经达到了它的绝对极限 ， 这就是它的故事 。
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哈勃望远镜是天体物理学中最伟大的旗舰天文台 ， 但是它比即将到来的詹姆斯韦伯更小 ， 更弱 。 在21世纪30年代计划的四项主要任务中 ， 卢瓦伊尔(右)是迄今为止最雄心勃勃的 。 通过探测宇宙中更微弱的物体、更高的分辨率和更宽的波长范围 ， 我们可以用前所未有的方式提高对宇宙的理解 。 (马特·芒廷/《光环》)
哈勃太空望远镜距离地面约540公里(336英里) ， 与地面望远镜相比有一个巨大的优势: 它不必与地球的大气层相抗衡 。 构成地球大气层的移动粒子提供了一种湍流介质 ， 它会扭曲任何入射光的路径 ， 同时有些分子还能阻止某些波长的光完全通过 。
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当时地面望远镜的实际分辨率小于0.5—1.0角秒 ， 一角秒是3600分之一度 ， 当哈勃望远镜的缺陷被修正之后 ， 它会立即将分辨率降低到理论衍射极限:0.05角秒 。 几乎在一瞬间 ， 我们对宇宙的观察比以往任何时候都更加清晰 。
这张合成的遥远宇宙区域图像使用了来自哈勃的光学和近红外数据 ， 以及来自斯必泽的远红外数据 。 斯皮策太空望远镜几乎和哈勃一样大:超过其直径的三分之一 ， 但它探测到的波长太长 ， 其分辨率远不如哈勃 。 主镜直径的波长决定了分辨率 。 (NASA/JPL-CALTECH/ESA)
清晰度 ， 或者说分辨率 ， 是发现遥远宇宙中存在的东西的最重要的因素之一 。 但还有三件事同样重要:
你有足够的能力收集光线来观察最模糊的物体 。
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望远镜的视野 ， 使你能观察到更多的物体 ， 以及你能探测到的波长范围 ， 因为被观察到的光的波长取决于物体到你的距离 。 哈勃可能在所有这些方面都很强大 ， 但它在这四个方面也有一定的限制 。
当你看到一个地区的天空中有与哈勃望远镜类似的工具 ， 你看到的不是远处物体发出的光 ， 而是光在传播过程中受到空间中的物质影响和空间膨胀的影响后的模样 。 尽管哈勃望远镜是最早带领我们探索太空的天文台 ， 但它仍旧有基本的限制 ， 这也是为什么它不能再探索更深处的原因 。 (NASA, ESA, AND Z. LEVAY, F. SUMMERS (STSCI))
任何望远镜的分辨率都是由能穿过主镜的光的波长决定的 。 哈勃望远镜的2.4米(7.9英尺)镜片使它能够获得0.05角秒的有限衍射分辨率 。 这是非常优秀的 ， 以至于只有在过去的几年里 ， 地球上最强大的望远镜才有能力与之相比较 ， 这些望远镜通常比地球上最大的望远镜大四倍以上 ， 还配备了最先进的自适应光学系统 。
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要提高哈勃的分辨率 ， 实际上只有两种选择:
使用更短的光波 ， 这样更多的光波可以穿过同样大小的镜片 ， 或者建造一个更大的望远镜 ， 同样也能使更多的波长适合你的镜片
哈勃望远镜的光学设计是用来观察紫外线、可见光和近红外光的 ， 其灵敏度在100纳米到1.8微米之间 。 即使在2009年的最后一次维修任务中安装了现有的仪器 ， 它也不能更优秀了 。
这张照片显示了在休斯敦的中性浮力实验室 ， 在美国宇航局工程师和安全潜水员的密切注视下 ， 执行任务的4名宇航员在哈勃的水下模型上练习 。 哈勃的最后一次维修任务是在10年前成功完成的;自那以后 ， 哈勃就没有对其设备或仪器进行过升级 ， 现在它的功能面临着基本的限制 。 (NASA)
光收集能力仅仅是指在更长的时间内收集更多的光 ， 而哈勃在这方面一直是令人赞叹的 。 没有大气的干扰 ， 也不用担心地球的自转 ， 哈勃可以简单地指向天空中一个有趣的点 ， 使用任何想要的颜色/波长滤镜 ， 然后进行观测 。 然后 ， 这些观测数据可以叠加或叠加在一起 ， 形成一张深度、长时间曝光的图像 。
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