太空望遠鏡

儘管太空望遠鏡造價昂貴，技術挑戰巨大，但它們對天文學的發展至關重要。未來，太空望遠鏡和地面望遠鏡將繼續攜手，拓展人類的視野，解答宇宙的謎題。

宇宙的面貌

對天文學家來說，地球的大氣層就像是一塊磨砂玻璃，讓我們無法看清宇宙的真時樣態。當你透過窗戶觀察遠處的景物時，如果窗戶上有一層霧氣或灰塵，景物就會變得模糊不清。同樣的，地球的大氣層也會干擾天文觀測。

大氣層中的氣流猶如一鍋沸騰的水，會導致星象不停地抖動、模糊。即使是最先進的地面望遠鏡，也無法完全克服大氣紊流的影響。此外，大氣層還會吸收和散射某些波長的光，尤其是紫外線、X 射線和伽馬射線等高能量的光。這就像是給望遠鏡戴上了一副有色眼鏡，讓我們無法看到宇宙的全貌。

儘管科學家們絞盡腦汁，開發出各種技術來對抗大氣層的干擾，試圖即時校正大氣紊流造成的像差，但這些技術的效果仍然有限。地面望遠鏡無論如何優化，終究無法排除大氣的影響。只有將望遠鏡送入太空，才能真正突破大氣層的桎梏。

大家要知道，大氣層對天文觀測的影響是全方位的。除了上述提到的效應，大氣層也會產生其他一些干擾。比如，大氣層中的水汽會吸收紅外線，這對紅外天文學的觀測非常不利。大氣層還會產生光污染，尤其是在城市附近，人造光源的散射會淹沒許多暗弱天體的光芒。此外，大氣層還會對電波天文學造成影響。電離層中的帶電粒子會折射和散射電波，干擾電波望遠鏡的觀測。所有這些因素都限制了地面望遠鏡的觀測能力。

太空望遠鏡的觀測

於是將望遠鏡送入太空，就如同讓它們獲得了新生。在太空中，沒有大氣層的阻礙，望遠鏡可以盡情發揮它們的潛力。首先，太空望遠鏡可以獲得更清晰的視野。沒有了大氣紊流的干擾，太空望遠鏡可以將宇宙的細節展現得淋漓盡致。哈伯太空望遠鏡拍攝的那些令人歎為觀止的圖像，如魔幻的蝴蝶星雲、壯麗的鷹狀星雲，都要歸功於太空環境的清澈透明。在太空中，望遠鏡的解析力可以達到理論極限，比地面望遠鏡高出數倍乃至數十倍。這使得我們可以看到前所未見的細節，如遙遠星系中的個別恆星，木星大氣層中的風暴結構等。

其次，太空望遠鏡可以觀測到地面望遠鏡無法企及的波段。紫外線、 X 射線和伽馬射線，這些高能量的電磁波在大氣層中無法穿透，但在太空中卻可以自由穿梭。這就如同給天文學家們打開了一扇新的大門，讓他們得以探索宇宙中一些最劇烈、最極端的現象，如黑洞的吸積過程、中子星的合併、伽馬射線暴的爆發等。沒有太空望遠鏡，我們對這些現象的認識將大大受限。

此外，太空望遠鏡還有許多其他優勢。它們可以不分晝夜、不受天氣影響地工作，大大延長了觀測時間。地面望遠鏡只能在夜晚晴朗的天氣下使用，而太空望遠鏡則可以 24 小時不停歇地掃描天空，極大地提高了觀測效率。太空望遠鏡還遠離地球，背景光干擾更少，可以看到更暗弱的天體。在地球上，城市的燈光、月光的反射都會干擾天文觀測，但在太空中，這些干擾因素都不復存在。太空望遠鏡還可以使用更先進的製冷技術，大大提升紅外線觀測的靈敏度。許多星體，如年輕的恆星、塵埃雲，主要輻射在紅外波段，只有在太空中，我們才能清楚地觀測到它們。

自 20 世紀 60 年代人類開始征服太空以來，一批又一批的太空望遠鏡被送上了天，它們每一個都書寫了天文學的新篇章。這些太空望遠鏡就像是一個個探險家，帶著我們踏上宇宙探索的旅程。

你也許聽說過哈伯太空望遠鏡，它堪稱是太空望遠鏡界的傳奇。自 1990 年發射以來，哈伯望遠鏡以它驚豔的解析力和靈敏度，捕捉到了無數令人歎為觀止的宇宙圖像。它就像是一位不倦的宇宙攝影師，為我們帶來了一張張宇宙的肖像。

除了哈伯，還有許多功勳卓著的太空望遠鏡。克卜勒望遠鏡專門用於尋找外星行星，它的發現也徹底改寫了我們對宇宙的認知。現在，我們知道銀河系中有成千上萬的行星系統，而這一切都要歸功於克卜勒望遠鏡，它的發現讓我們對宇宙中生命的可能性有了全新的認識。在 X 射線波段，牛頓望遠鏡和錢卓望遠鏡猶如一對 ” 雙胞胎 ” ，它們攜手探索宇宙中的黑洞、中子星、超新星殘骸等極端天體，揭示了宇宙高能現象的奧祕。這兩個望遠鏡就像是宇宙的 ” X 光機 ” ，讓我們得以窺見宇宙中一些最劇烈、最極端的現象。史匹哲望遠鏡則是紅外天文學的先鋒，它的目光穿透了宇宙塵埃的遮蔽，讓我們得以窺見恆星誕生的搖籃。史匹哲望遠鏡就像是一位神通廣大的 ” 火眼金睛 ” ，它能看透塵埃的障礙，發現那些在可見光下隱藏的奧祕。

來到 2021 年，隨著詹姆斯 · 韋伯太空望遠鏡的發射，太空望遠鏡又翻開了新的一頁。作為哈伯望遠鏡的接班人，韋伯望遠鏡擁有更大的鏡面、更先進的儀器，它將在紅外波段觀測宇宙的最深處，探尋第一代恆星和星系的起源。韋伯望遠鏡的發現，有望回答一些最基本、也最重大的宇宙學問題，如宇宙是如何起源的，生命是否普遍存在等。它代表了人類探索宇宙的新高度。

人類探索宇宙的代價

當然，將望遠鏡送入太空並非易事。太空望遠鏡的造價往往高得嚇人，動輒數十億美元，這足以讓任何一個天文臺或研究機構望而卻步。哈伯望遠鏡的總花費超過 100 億美元，而韋伯望遠鏡的成本更是飆升到 100 多億美元。相比之下，地面望遠鏡的造價簡直是小巫見大巫。像夏威夷的凱克天文臺，其造價也不過 10 億美元左右。為什麼太空望遠鏡如此昂貴？這要歸因於太空環境的特殊性。太空望遠鏡必須能夠在真空、輻射、極端溫度等惡劣環境下長期工作，這對材料、設計、製造都提出了極高的要求。太空望遠鏡上的每一個零件、每一條電路，都必須經過嚴格的測試和篩選，確保它們能夠在太空中正常運轉。同時，將望遠鏡送入太空也需要昂貴的火箭。這一切都極大地增加了太空望遠鏡的造價。

此外，太空望遠鏡一旦升空，維修和升級就變得非常困難，甚至是不可能。出了故障怎麼辦？通常只能依靠遠端遙控和軟體更新來應急。儘管哈伯望遠鏡曾多次接受太空人的「體檢」，但這在其他太空望遠鏡上幾乎是天方夜譚。軌道太高，太空人無法到達，或者成本太高，得不償失。大多數太空望遠鏡，一旦發射升空，就註定要在孤獨中度過餘生。這也意味著，太空望遠鏡在發射前必須經過更加嚴苛的測試，確保它們能夠長期自主工作。這無疑進一步增加了太空望遠鏡的研製難度和成本。

壽命有限也是太空望遠鏡的一大困擾。在太空的嚴酷環境下，各種輻射、極端溫度、微隕石撞擊都會對望遠鏡造成損傷。大多數太空望遠鏡的設計壽命不過 10 年左右，而哈伯望遠鏡能工作 30 多年，已經算是太空界的常青樹了。但即便如此，太空望遠鏡的壽命還是遠遠不及地面望遠鏡。有些歷史悠久的地面望遠鏡，如英國格林尼治天文臺的 28 吋望遠鏡，已經工作了 200 多年，見證了現代天文學的發展。相比之下，太空望遠鏡就顯得短命得多。這意味著，我們需要不斷發射新的太空望遠鏡來接替老兵，這無疑會增加天文研究的成本。

還有，太空望遠鏡的口徑也受到火箭運載能力的限制，目前最大的韋伯望遠鏡口徑也不過 6.5 米。相比之下，地面望遠鏡就沒有這樣的限制。目前在建的歐洲極大望遠鏡，其口徑將達到 39 米。更大口徑意味著更高的解析力和更強的光聚能力，可以看到更遠、更暗弱的天體。在某些研究領域，如系外行星的直接成像，大口徑地面望遠鏡可能會比太空望遠鏡更有優勢。

所以，儘管太空望遠鏡的表現非常亮眼，但它們並不能完全取代地面望遠鏡。從某種意義上說，地面望遠鏡和太空望遠鏡更像是一對好搭檔，互補互助，共同揭開宇宙的奧祕。未來，我們既需要更先進的太空望遠鏡，也需要更大、更強的地面望遠鏡。兩者相輔相成，缺一不可。

太空望遠鏡的代價不僅僅是金錢，還有時間和風險。從設計到發射，一個太空望遠鏡項目往往需要數十年的時間。在這漫長的歲月中，項目可能面臨著技術難題、預算超支、發射延遲等各種風險。哈伯望遠鏡從 1977 年開始研製，原計劃 1983 年發射，但由於種種原因，直到 1990 年才最終升空。韋伯望遠鏡的研製歷程更是跌宕起伏，從 2002 年立項到 2021 年發射，期間多次推遲，預算也從初始的 5 億美元飆升到 100 多億美元。這些都反映了太空望遠鏡項目的複雜性和不確定性。

儘管代價高昂，但人類從未停止過對太空望遠鏡的追求。因為我們知道，每一個太空望遠鏡，都是人類探索宇宙的一個新的里程碑。它們所帶來的科學發現和認知飛躍，是無法用金錢衡量的。這些科學發現，為我們在宇宙中的位置提供了全新的視角。它讓我們意識到，我們是宇宙演化的一部分，我們與宇宙休戚與共。這種認識，會永遠改變我們看待自己和世界的方式。這，或許就是太空望遠鏡最大的價值所在。