| 哈伯太空望遠鏡 | |
 發現號太空梭在STS-82維修任務中拍攝的哈伯太空望遠鏡 | |
| NASA/ESA | |
| 光學、紫外線、近紅外線 | |
| 1990-037B | |
| 低地球軌道 | |
| 橢圓 | |
| 589 公里，366 英里 | |
| 96-97 分鐘 | |
| 7,500 公尺/秒 (16,800 英里/時) | |
| 8.169公尺/秒2 | |
| 1990年4月24日 | |
| 20年零9個月零13日 | |
| 大約 2013–2021年 | |
| 11,000 公斤 (24,250 磅) | |
| RC 反射鏡 | |
| 2.4 公尺 (94 英吋) | |
| 約4.3 平方公尺 (46 平方英呎) | |
| 57.6 m (189 ft) | |
| 紅外相機/光譜儀 | |
| 光學巡天相機 | |
| 廣角相機（光學） | |
| 光學光譜儀/相機（失敗） | |
| 三個精細導星感測器 | |
| http://www.nasa.gov/hubble http://hubble.nasa.gov http://hubblesite.org http://www.spacetelescope.org | |
哈伯太空望遠鏡（Hubble Space Telescope，縮寫為HST），是以天文學家愛德溫·哈伯（Edwin Powell Hubble）為名，在地球軌道的望遠鏡。哈伯望遠鏡接收地面控制中心（美國馬里蘭州的霍普金斯大學內）的指令並將各種觀測數據通過無線電傳輸回地球。由於它位於地球大氣層之上，因此獲得了地基望遠鏡所沒有的好處——影像不受大氣湍流的擾動、視相度絕佳，且無大氣散射造成的背景光，還能觀測會被臭氧層吸收的紫外線。於1990年發射之後，已經成為天文史上最重要的儀器。它成功彌補了地面觀測的不足，幫助天文學家解決了許多天文學上的基本問題，使得人類對天文物理有更多的認識。此外，哈伯的超深空視場則是天文學家目前能獲得的最深入、也是最敏銳的太空光學影像。
從它於1946年的原始構想開始，直到發射為止，建造太空望遠鏡的計畫不斷的被延遲和受到預算問題的困擾。在它發射之後，立即發現主鏡有球面像差，嚴重的降低瞭望遠鏡的觀測能力。幸好在1993年的維修任務之後，望遠鏡恢復了計劃中的品質，並且成為天文學研究和推展公共關係最重要的工具。哈伯太空望遠鏡和康普頓γ射線天文台、錢德拉X光天文台、史匹哲太空望遠鏡都是美國宇航局大型軌道天文台計劃的一部分[1] 。哈伯太空望遠鏡由NASA和ESA合作共同管理。
哈伯的未來依靠後續的維修任務是否成功，維持穩定的幾個陀螺儀已經損壞，目前（2007年），連備用的也已經耗盡，而且另一架用於指向的望遠鏡功能也在衰減中。陀螺儀必須要以人工進行維修，在2007年1月30日，主要的先進巡天照相機（ACS）也停止工作，在執行人工維修之前，只有超紫外線的頻道能夠使用。另一方面，如果沒有再提昇來增加軌道高度，阻力會迫使望遠鏡在2010年重返大氣層。自從2003年太空梭哥倫比亞不幸事件之後，由於國際太空站和哈伯不在相同的高度上，使得太空人在緊急狀況下缺乏安全的避難場所，因而NASA認為以載人太空任務去維修哈伯望遠鏡是不合情理的危險任務。NASA在從新檢討之後，執行長麥克格里芬在2006年10月31日決定以亞特蘭大進行最後一次的哈伯維修任務，任務的時間安排在2008年9月11日， [2] 基於安全上的考量，屆時將會讓發現號在LC-39B發射台上待命，以便在緊急情況時能提供救援。計畫中的維修將能讓哈伯太空望遠鏡持續工作至2013年。如果成功了，後繼的詹姆斯·韋伯太空望遠鏡（JWST）應該已經發射升空，可以銜接得上任務了。韋伯太空望遠鏡在許多研究計畫上的功能都遠超過哈伯，但將只觀測紅外線，因此在光譜的可見光和紫外線領域內無法取代哈伯的功能。
目錄[隱藏] |
概念、設計和目標
規劃設計和準備工作
哈伯太空望遠鏡的歷史可以追溯至1946年天文學家萊曼·史匹哲（Lyman Spitzer, Jr.）所提出的論文：《在地球之外的天文觀測優勢》。在文中，他指出在太空中的天文台有兩項優於地面天文台的性能。首先，角解析度（物體能被清楚分辨的最小分離角度）的極限將只受限於繞射，而不是由造成星光閃爍、動盪不安的大氣所造成的視象度。在當時，以地面為基地的望遠鏡解析力只有0.5-1.0弧秒，相較下，只要口徑2.5公尺的望遠鏡就能達到理論上繞射的極限值0.1弧秒。其次，在太空中的望遠鏡可以觀測被大氣層吸收殆盡的紅外線和紫外線。
史匹哲以太空望遠鏡為事業，致力於太空望遠鏡的推展。在1962年，美國國家科學院在一份報告中推薦太空望遠鏡做為發展太空計畫的一部分，在1965年，史匹哲被任命為一個科學委員會的主任委員，該委員會的目的就是建造一架太空望遠鏡。
在第二次世界大戰時，科學家利用發展火箭技術的同時，曾經小規模的嘗試過以太空為基地的天文學。在1946年，首度觀察到了太陽的紫外線光譜。英國在1962年發射了太陽望遠鏡放置在軌道上，做為亞利安太空計畫的一部分。1966年NASA進行了第一個軌道天文台（OAO）任務，但第一個OAO的電池在三天後就失效，中止了這項任務了。第二個OAO在1968至1972年對恆星和星系進行了紫外線的觀測，比原先的計劃多工作了一年的時間。
軌道天文台任務展示了以太空為基地的天文台在天文學上扮演的重要角色，因此在1968年NASA確定了在太空中建造直徑3公尺反射望遠鏡的計畫，當時暫時的名稱是大型軌道望遠鏡或大型太空望遠鏡（LST），預計在1979年發射。這個計畫強調須要有人進入太空進行維護，才能確保這個所費不貸的計劃能夠延續夠長的工作時間；並且同步發展可以重複使用的太空梭技術，才能使前項計畫成為可行的計畫。[3]
資金需求
軌道天文台計畫的成功，鼓舞了越來越強的公眾與論支持大型太空望遠鏡應該是天文學領域內重要的目標。在1970年NASA設立了兩個委員會，一個規劃太空望遠鏡的工程，另一個研究太空望遠鏡任務的科學目標。在這之後，NASA下一個需要排除的障礙就是資金的問題，因為這比任何一個地面上的天文台所耗費的資金都要龐大許多倍。美國的國會對太空望遠鏡的預算需求提出了許多的質疑，為了與裁軍所需要的預算對抗，當時就詳細的列出瞭望遠鏡的硬體需求以及後續發展所需要的儀器。在1974年，在裁減政府開支的鼓動下，傑拉爾德·福特剔除了所有進行太空望遠鏡的預算。
為回應此，天文學家協調了全國性的遊說努力。許多天文學家親自前往拜會眾議員和參議員，並且進行了大規模的信件和文字宣傳。國家科學院出版的報告也強調太空望遠鏡的重要性，最後參議院決議恢復原先被國會刪除的一半預算。
資金的縮減導致目標項目的減少，鏡片的口徑也由3公尺縮為2.4公尺，以降低成本和更有效與緊密的配置望遠鏡的硬體。原先計畫做為先期測試，放置在衛星上的1.5公尺太空望遠鏡也被取消了，對預算表示關切的歐洲太空總署也成為共同合作的夥伴。歐洲太空總署同意提供經費和一些望遠鏡上需要的儀器，像是做為動力來源的太陽能電池，回饋的是歐洲的天文學家可以使用不少於15%的望遠鏡觀測時間。在1978年，美國國會撥付了36,000,000元美金，讓大型太空望遠鏡開始設計，並計畫在1983年發射升空。在1980年初，望遠鏡被命為哈伯，以紀念在20世紀初期發現宇宙膨脹的天文學家艾德溫·哈伯。
設計與製造
太空望遠鏡的計畫一經批准，計畫就被分割成許多子計畫分送各機關執行。 馬歇爾太空飛行中心（MSFC）負責設計、發展和建造望遠鏡，金石太空飛行中心（GSFC）負責科學儀器的整體控制和地面的任務控制中心。馬歇爾太空飛行中心委託珀金埃爾默設計和製造太空望遠鏡的光學組件，還有精密定位感測器（FGS），洛克希德被委託建造安裝望遠鏡的太空船。[4]
光學望遠鏡的組合安裝（OTA）
望遠鏡的鏡子和光學系統是最關鍵的部分，因此在設計上有很嚴格的規範。一般的望遠鏡，鏡子在拋光之後的準確性大約是可見光波長的十分之一，但是因為太空望遠鏡觀測的範圍是從紫外線到近紅外線，所以需要比以前的望遠鏡更高十倍的解析力，它的鏡子在拋光後的準確性達到可見光波長的廿分之一，也就是大約30 奈米。
珀金埃爾默刻意使用極端複雜的電腦控制拋光機研磨鏡子，但卻在最尖端的技術上出了問題；柯達被委託使用傳統的拋光技術製做一個備用的鏡子（柯達的這面鏡子現在永久保存在史密松寧學會）。[5])。1979年，珀金埃爾默開始磨製鏡片，使用的是超低膨脹玻璃，為了將鏡子的重量降至最低，採用蜂窩格子，只有表面和底面各一吋是厚實的玻璃。
鏡子的拋光從1979年開始持續到1981年5月，拋光的進度已經落後並且超過了預算，這時NASA的報告才開始對珀金埃爾默的管理結構質疑。為了節約經費，NASA停止支援鏡片的製作，並且將發射日期延後至1984年10月。鏡片在1981年底全部完成，並且鍍上了75 nm厚的鋁增強反射，和25 nm厚的鎂氟保護層。
因為在光學望遠鏡組合上的預算持續膨脹，進度也落後的情況下，對珀金埃爾默能否勝任後續工作的質疑繼續存在。為了回應被描述成"未定案和善變的日報表"， NASA將發射的日期再延至1985年的4月。但是，珀金埃爾默的進度持續的每季增加一個月的速率惡化中，時間上的延遲也達到每個工作天都在持續落後中。NASA被迫延後發射日期，先延至1986年3月，然後又延至1986年9月。這時整個計劃的總花費已經高達美金11億7500萬。[4]
太空平臺系統
安置望遠鏡和儀器的太空船是主要工程上的另一個挑戰。它必須能勝任與抵擋在陽光與地球的陰影之間頻繁進出所造成的溫度變化，還要極端的穩定並能長間的將望遠鏡精確的對準目標。以多層絕緣材料製成的遮蔽物能使望遠鏡內部的溫度保持穩定，並且以輕質的鋁殼包圍住望遠鏡和儀器的支架。在外殼之內，石墨環氧的框架將校準好的工作儀器牢固的固定住。
有一段時間用於安置儀器和望遠鏡的太空船在建造上比光學望遠鏡的組合來得順利，但洛克希德仍然經歷了預算不足和進度的落後，在1985年的夏天之前，太空船的進度落後了個月，而預算超出了30%。馬歇爾太空飛行中心的報告認為洛克希德在太空船的建造上沒有採取主動，而且過度依賴NASA的指導。[4]
地面支持
在1983年，太空望遠鏡科學協會（STScI）在經歷NASA與科學界之間的權力爭奪後成立。太空望遠鏡科學協會隸屬於美國大學天文研究聯盟 （AURA），這是由32個美國大學和7個國際會員組成的單位，總部坐落在馬里蘭州巴爾地摩的約翰·霍普金斯大學校園內。
太空望遠鏡科學協會負責太空望遠鏡的操作和將數據交付給天文學家。美國國家航空暨太空總署(NASA)想將之做為內部的組織，但是科學家依據科學界的做法將之規劃創立成研究單位，由NASA位在馬里蘭州綠堤，太空望遠鏡科學協會南方48公里，的哥達德太空飛行中心和承包廠商提供工程上的支援。哈伯望遠鏡每天24小時不間斷的運作，由四個工作團隊輪流負責操作。
太空望遠鏡歐洲協調機構於1984年設立在德國鄰近慕尼黑的Garching bei München，為歐洲的天文學家提供相似的支援。
挑戰者號爆炸事故
早在1986年，就已經計劃在當年10月份發射哈伯太空望遠鏡。但是挑戰者號的事故使美國的太空計畫停滯不前，太空梭的暫停升空，迫使哈伯太空望遠鏡的發射延遲了數年。望遠鏡和所有的附件都必須分門別類的儲藏在無塵室內，直到能夠排出發射的日期，這也使得已經超支的總成本更為高漲。
最後，隨著太空梭在1988年再度開始升空，望遠鏡也預定在1990年發射。在發射前的最後準備，用氮氣噴射鏡面以除去可能累積的灰塵，並且對所有的系統進行廣泛的測試。終於，在1990年4月24日由發現號太空梭，於STS-31航次將望遠鏡成功的送入計畫中的軌道。
從它原始的總預算，大約4億美金，到現在的花費超過25億美金，哈伯的成本依然在不斷的累積與增高。美國政府估計的開銷將高達45至60億美金，歐洲所挹注的資金也高達6億歐元（1999年的估計）。[6]
儀器
在發射時，哈伯太空望遠鏡攜帶的儀器如下：
WF/PC原先計畫是光學觀測使用的高解析度照相機。由NASA的噴射推進實驗室製造，附有一套由48片光學濾鏡組成，可以篩選特殊的波段進行天體物理學的觀察。整套儀器使用8片CCD，做出了兩架照相機，每一架使用4片CCD。"廣域照相機"（WFC）因為視野較廣，在解像力上有所損失，而"行星照相機"（PC）以比WFC長的焦距成像，所以有較高的放大率。
GHRS是被設計在紫外線波段使用的攝譜儀，由哥達德太空中心製造，可以達到90,000的光譜解析度[7]，同時也為FOC和FOS選擇適宜觀測的目標。FOC和FOS都是哈伯太空望遠鏡上解析度最高的儀器。這三個儀器都捨棄了CCD，使用數位光子計數器做為檢測裝置。FOC是由歐洲太空總署製造， FOS 則由馬丁·瑪麗埃塔公司製造。
最後一件儀器是由威斯康辛麥迪遜大學設計製造的HSP，它用於在可見光和紫外光的波段上觀測變星，和其他被篩選出的天體在亮度上的變化。它的光度計每秒鐘可以偵測100,000次，精確度至少可以達到2%[8]。
哈伯太空望遠鏡的導引系統也可以做為科學儀器，它的三個精細導星感測器（FGS）在觀測期間主要用於保持望遠鏡指向的準確性， 但也能用於進行非常準確的天體測量，測量的精確度達到 0.0003弧秒[9]。
鏡片的瑕疵
在望遠鏡發射數星期之後，傳回來的圖片顯示在光學系統上有嚴重的問題。雖然，第一張圖像看起來比地基望遠鏡的明銳，但望遠鏡顯然沒有達到最佳的聚焦狀態，獲得的最佳圖像品質也遠低於當初的期望。點源的影像被擴散成超過一弧秒半徑的圓，而不是在設計準則中的標準：集中在直徑0.1 弧秒之內，有同心圓的點瀰漫函數圖像[10]。更詳細的資料可以參考[2]以mis-圖顯示的PSF圖表，和地基觀測比較的PSF圖表。
對圖樣缺陷的分析顯示，問題的根源在主鏡的形狀被磨錯了。雖然，這個差異小於光的1/20波長，只是在邊緣太平了一點。鏡面與需要的位置只差了微不足道的2微米，但這個差別造成的是災難性的、嚴重的球面像差。來自鏡面邊緣的反射光，不能聚集在與中央的反射光相同的焦點上。
鏡子的瑕疵造成的作用是在科學觀察的核心觀測上，核心像差的PSF要足夠的明銳到足以進行高解析的分辨，但對明亮的天體和光譜分析是不受影響的。雖然，在外圍損失大片的光因為不能匯聚在焦點上而造成暈像，嚴重的減損瞭望遠鏡觀察暗天體或高反差的影像的能力。這意味著幾乎所有對宇宙學的研究計畫都不能執行，因為她們都是非常暗弱的觀測對象。美國國家航空暨太空總署和哈伯太空望遠鏡成為許多笑話的箭靶，並且被認為是大白象（花費大而無用的東西）。
問題的根源
從點源的圖像往回追溯，天文學家確定鏡面的圓錐常數是−1.01324，而不是原先期望的− 1.00230。[11] 通過分析珀金埃爾默的
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