)太空望远镜
太空望远镜
斯皮策太空望远镜发现星云太空望远镜从地球上发射，安放与在大气层之外“朦胧”的太空。凭借其惊人的视野与敏锐的“洞察力”，宇宙的奥秘正不断被揭开。
太空望远镜一直是天文学家的梦想。因为通过地面望远镜观测太空总会受到大气层的影响，因而在太空设立望远镜意味着把人类的眼睛放到了太空，盲点将降到最小。地球的大气层对许多波段的天文观测影响甚大，天文学家便设想若能将望远镜移到太空中，便可以不受大气层的干扰得到更精确的天文资料。
自从1990年这个以美国天文学家埃德温·哈勃命名的望远镜进入太空以来，它已经成为最多产的天文望远镜之一。这要归功于它的环境优势：在距离地面数百公里的轨道上，它不会受到大气层的干扰。大气层在保护人类的同时，也过滤掉了大量珍贵的来自宇宙的信息。地面上的光学天文望远镜因此望尘莫及。哈勃望远镜的重大发现包括拍摄到了遥远星系的“引力透镜”和新的恒星诞生的“摇篮”等等。天文学家越来越热衷于把望远镜送入太空，从而获得更多在地面上无法获得的信息。
除此之外，还有其他一些太空技术转为民用。在美国实施“水星”载人飞行计划的时期，地面的人们对宇航员在太空中的生理状态知之甚少。在后来为阿波罗登月计划做准备的“双子座”载人飞行计划中，使用了新的生理监视系统，人们可以在地面上监视宇航员的心跳和呼吸等生理状态。如今，这类系统已经被广泛用于病人特别是重症病人的监护。
太空望远镜原理科学家提议建造的一架太空望远镜将利用带图案的金属片来聚光，而不需镜子或透镜。而且，此望远镜将具有令人惊讶的犀利视力，能发现其它恒星周围的地球大的行星。
天文望远镜通常是用弯曲的镜子来聚光，但向太空发射时对镜子的大小就有限制，因为发射大型的物体到太空会增加成本，况且发射火箭的威力也是有限的。而这种新型望远镜采用了完全不同的方式来聚光，不需较大的主镜或透镜，而只需采用一面较小的次要镜子或透镜。
此技术诀窍是充分利用了自然光波，能导致光线围绕着物体的边缘发生弯曲。这种现象就叫“衍射”，这就是为何你能听到来自大楼角落的声音的原因。这意味着只需让光线通过不透明金属片上雕刻的某种样式的孔洞，就能让光线聚集成一个图像。其实，这类图案形的金属片早就用来聚集激光束，但一直没有应用到天文学领域。
科学家称此金属片为菲涅尔区金属板，这一命名是源于法国物理学家菲涅尔于19世纪研究了衍射现象。
由法国图卢兹市一家天文台的天文学家劳伦·柯其林领导的科研小组表示，强大的“菲涅尔成像仪”只需预先将一片金属板加工成菲涅尔模式，固定在牢固的框架上，再发射到太空就大功告成。配备有摄像机和其它科学仪器的太空船将坐定在其聚集点上，和“菲涅尔成像仪”保持一定距离，并记录其观察结果。
太空望远镜了解宇宙太空作为天文研究地盘的太空望远镜，大部份皆为欧美国家所发射(只有少许例外地由日本发射)。在地球大气外装设观测设施有两大好处，首先，影像可更为清晰，否则大气的阻隔会使影像变得模糊（情形就像身处充满蒸气的浴室之中）；其次，可以侦察到那些从恒星和星系而来，却被大气层阻挡着的辐射，例如紫外线、X射线和伽玛射线。虽然我们有赖大气层保护免受太阳紫外线和X射线的灼伤，但是这也意味着如果我们留在地面上，便会错失大量来自宇宙的信息。
科学家们可以通过它第一次探测太阳系外行星的大气层，并得知它们所围绕的恒星的年龄，以此进一步推断宇宙的年龄。寻找生命迹象 ，一架宽30米的菲涅尔成像仪将具有足够大的威力，能看到距离地球30光年范围内的地球大的行星，并能测量此行星的光谱，以寻找生命迹象，如大气中的氧气。菲涅尔成像仪还能测量遥远宇宙中非常年轻的星系的特性，拍摄我们太阳系中任何天体的详细图像。
太空望远镜内部构造人类为了摆脱厚厚的大气层对天文观测的影响，一方面设法选择海拔高、观测条件好的地方建立天文台，另一方面设法把天文望远镜搬上天空。著名的“柯伊伯机载天文台”，就是在c141飞机上安装望远镜，飞行高度在万米以上，曾用于观测天王星掩星。自从1957年第一颗人造卫星上天以后，各国先后发射了数以百计的人造卫星及宇宙飞行器用于天文观测。像美国的“天空实验室”就拍摄了17.5万多幅太阳图像，还观测了科胡特克彗星。著名的哈勃空间望远镜，是目前最先进的空间望远镜。人们把它的诞生看成伽利略望远镜一样，是天文学走向空间时代的一个里程碑。
1918年，哈勃
哈勃以具有直径2.5米反射镜的胡克望远镜探索遥远的星系，精确地指出银河中看似微弱的星云，其实是位在距离我们有几百万光年的其它星系中。他的研究有助于天文学家了解宇宙的浩瀚。
1947年，加州巴洛马山的海尔望远镜
架设在美国加州巴洛马山，具有直径5米反射镜的海尔望远镜，可以实现对可见宇宙的较外边缘的观测。天文学家利用它对遥远的星系，如仙女座星系，做非常仔细的观测，他们测量出仙女座星系距离地球二十万亿公里，是先前所知距离的两倍。
1960年代起，计算机辅助观测
当今的天文学家将计算机应用于望远镜所有的设计、架构与操作的各个阶段，促使新一代效能更佳的望远镜来临，结果产生了许多不同的模式，适用于多种不同的任务。
1977年，多面反射镜组成单一影像
凭借计算机的辅助，许多来自反射镜的影像可结合成单一影像。1977年设于美国亚历桑那州霍普金斯山的第一座多面反射镜望远镜（MMT）首次运行。该望远镜一排6片，直径1.8米的反射镜，可聚集到相当于直径4.5米单片反射镜所聚集之光线。
1986年，电子藕合装置（CCD）进一步辅助观测
电子仪器与计算机的问世对天文学产生了深远的影响，强化的影像促使天文学许多不同新见解的产生。具有电子藕合装置的电子感应器可感测到最微弱的光学讯号，或侦测许多不同种类的辐射。经过计算机处理后，讯号被整理与加强，这些经由电子仪器观测到的讯号传递了清晰的信息。数字处理将极细微的差异放大，显现出原来被地球大气掩藏，以致肉眼看不到的东西。
康普顿伽马射线太空望远镜1990年，拼嵌式望远镜
拼嵌式望远镜具有成本低廉、修补时易移动的优点。美国夏威夷的凯克望远镜是由36片反射镜拼嵌成一座直径10米的望远镜。凯克望远镜所观测的物体亮度比海尔望远镜所能见到的强4倍。
1990年，哈勃太空望远镜
排除了地球的混浊大气层的视野干扰，哈勃太空望远镜正在距离地表600 公里处环绕地球运行和观测。哈勃太空望远镜是有史以来最具威力的望远镜，它让我们观看宇宙的视野起了革命性的改变。现代，计算机网际网络计算机网际网络通畅无阻，使终端个人使用者不受时间和空间的限制，就可结合全球（甚至外层空间中）的观测望远镜进行远方遥控观测。并可立刻结合先进计算机软件进行分析与数字处理。
斯皮策太空望远镜太空望远镜在太空中运行，例如：观测可见光波段的哈勃太空望远镜(Hubble)，观测红外波段的史匹哲太空望远镜(Spitzer)，观测X光波段的钱德拉太空望远镜(Chandra)，观察γ射线波段的康普顿太空望远镜(Compton)(已于2000年退役)等。
空间红外望远镜
2001年发射升空，其主镜口径84厘米，配备有灵敏度极高的红外探测元件。为彻底避开地球红外辐射的干扰，它将遨游于近百亿米之遥的深空轨道。当望远镜在外层空间、处于极低温的条件下进行观测时，红外波段的宇宙“面容”纤毫毕现，较之于地面观测将清晰百万倍。
空间干涉望远镜
于2005年3月被送入预定轨道。它实际上由7架30厘米口径的镜面组成，进入轨道空间后将释放排列成长达9米的望远镜阵。运用光学干涉技术，其最终的空间分辨率可优于哈勃望远镜近千倍。建造空间干涉望远镜，要求极高的技术水平，它的应用将使天文学家分辨遥远恒星的能力迈上一个新的台阶。
地外行星搜寻者
“地外行星搜寻者”是美国宇航局空间计划的“点睛”之笔，计划于2012年发射升空。它汇集了人类太空望远镜技术的精华，将在寻找太空生命方面崭露头角。“地外行星搜寻者”的设计思路与空间干涉望远镜相似，但在规模与性能上有重大突破。空间干涉望远镜的可收卷镜阵延伸9米上下，而“地外行星搜寻者”的镜面阵列延展可达百米。利用它空前的分辨率，人们将足以探明，在太阳系邻近数十光年之内，是否存在与地球条件相似的行星，并进一步为解开地外生命的“悬念”获取宝贵的线索。
哈勃望远镜
哈勃望远镜是有史以来最大、最精确的天文望远镜。它上面的广角行星相机可拍摄到几十到上百个恒星照片，其清晰度是地面天文望远镜的10倍以上，其观测能力等于从华盛顿看到1.6万千米外悉尼的一只萤火虫。
哈勃望远镜所收集的图像和信息，经人造卫星和地面数据传输网络，最后到达美国的太空望远镜科学研究中心。利用这些极其珍贵的太空图像和宇宙资料，科学家们取得了一系列突破性的成就。沉寂多年的天文学领域，正发生着天翻地覆的变化。
费米伽马射线太空望远镜康普顿伽马射线太空望远镜
重15.4吨、长9.45米，造价6.7亿美元，是迄今进入太空最重的卫星之一。1991年4月5日，它随“阿特兰蒂斯号”航天飞机升空。在9年的太空旅行中，康普顿为人类探索宇宙写下了一本厚厚的功劳簿。2000年5月30日，这只人类在外层空间最犀利的“眼睛”开始回家的路程，并于6月4日在人工控制下坠入太平洋。
斯皮策太空望远镜
于2003年8月25日发射升空，是人类史上最大的红外线波段太空望远镜，取代了原来的IRAS望远镜，斯皮策前身名为SIRTF（Space Infrared Telescope Facility）。 它的观测波段为3微米到180微米波长，由于地球大气层会吸收部份的红外线，而且地球本身也会因黑体辐射而发出红外线，所以在地球表面无法获得红外波段的天文资料。
钱德拉X射线太空望远镜
美国哥伦比亚号航天飞机1999年7月23日升空，把钱德拉X射线太空望远镜(Chandra X-ray Observatory)送到了太空。这一空间天文望远镜将帮助天文学家搜寻宇宙中的黑洞和暗物质，从而更深入地了解宇宙的起源和演化过程。钱德拉望远镜是美国航宇局NASA“大天文台”系列空间天文观测卫星中的第三颗。该系列共由4颗卫星组成，其中康普顿(Compton)伽马射线观测台和哈勃太空望远镜(HST)已分别在1990和1991年发射升空，另一颗卫星称为太空红外望远镜设施(SIRTF)，也就是斯皮策太空望远镜，于2003年发射成功。
钱德拉X射线太空望远镜中国
中国科学院高能物理研究所的宇宙线和高能天体物理开放实验室自1993年开始，和南京大学共同研制这台轨道望远镜。望远镜有三组由中国自行设计和建造的探测器，探测范围涵盖软X射线至伽玛射线的辐射。望远镜每92分钟沿距离地面350公里左右的近地轨道围绕地球一周，所接收的数据会传送回位于北京附近的密云县地面接收站。三组探测器中获得最丰硕科学成果的，可算是由宇宙线和高能天体物理开放实验室所研制的X射线探测器。每当X射线暴的光子撞到探测器上，便会触发探测器收集数据。探测器在运作期间，共录得664次撞击，研究小组由此识别并记录了近百次太阳耀斑的变光曲线（当神舟二号在轨道上面向太阳时）和约30次伽玛射线爆发，大部分观测结果跟其它人造卫星所测得的类似。
耀斑是太阳大气层表面短暂的爆发现象。探测器于2001年4月2日录得有记录以来最强大的X射线耀斑。另一方面，伽玛射线爆发是发生在宇宙深处一种最强烈的爆炸，虽然至今而人们还未弄清它们的来源，但是这并没有令天文学家放弃推测，其中的一些猜想，包括比太阳质量大60倍的巨型恒星正在塌缩、两颗中子星合并，或是中子星变为奇异星。
中国首次在轨道进行的天文观测虽然带来许多令人鼓舞的结果，但仍有不少可以更进一步。例如，在余下的神舟号飞行任务中，并无搭载其它天文仪器的安排，要是如果中国首次载人太空任务中能带同一台望远镜就非常理想了！当然，下一步首先应是发射专门用作天文研究的卫星，目前有几个计划正处于策划阶段，包括建造一枚作硬X射线巡天观测的卫星（硬X射线调制望远镜，HXMT）和一枚「微型卫星」（重量不逾100公斤），来研究恒星和星系的长期变化（空间变源监视器，SVOM）。我们希望能在五至十年间庆祝中国发射首枚天文卫星吧。
加拿大
加拿大首台太空望远镜于2003年从俄罗斯的普列谢茨克航天基地上天。
这台太空望远镜由加拿大不列颠哥伦比亚大学研制，直径只有一个装甜点的盘子那么大，是世界上最小的太空望远镜，但功能却非常强大。
宇航局人员说，这台望远镜能对宇宙中各种星体的亮度作出准确无比的测量。科学家们可以通过它第一次探测太阳系外行星的大气层，并得知它们所围绕的恒星的年龄，以此进一步推断宇宙的年龄。
XMM-牛顿X射线太空望远镜日本
该太空望远镜将由日本第三代太阳观测卫星“阳光B”搭载，于2006年夏天发射升空。新开发的太空望远镜是一种反射望远镜，镜头直径为50厘米，可用可视光观测太阳周围的电离气体形成的日冕。太空望远镜搭乘的太阳观测卫星“阳光B”将在离地球600公里的轨道上运行。这台新望远镜的开发费用为23亿日元。
日本国立天文台副教授末松芳法说：“这是日本国立天文台第一次开发太空望远镜。这台望远镜在地面进行的观测太阳试验中效果良好。
韩国
这一太空望远镜是韩国同美国国家航空航天局以及加利福尼亚伯克利大学从1998年开始共同研制的，发射后将在宇宙空间运行两年时间，并将在世界上首次绘制出远红外领域的"全天地图"，这一观测任务将由韩国和美国的研究人员共同承担。
韩国天文研究院方面表示，如果"全天地图"绘制成功，将对揭示21世纪天文宇宙科学领域内的难题之一银河系内部的高温气体结构、分布以及物理性质乃至对银河系产生和进化的研究起到重要的作用。
詹姆斯·韦伯太空望远镜詹姆斯·韦伯太空望远镜
James Webb Space Telescope，缩写JWST）是计划中的红外线观测用太空望远镜。作为将于2010年结束观测活动的哈勃太空望远镜的后续机，计划于2011年发射升空。但因哈勃太空望远镜的修补等延命措施的效果，故发射改期为2013年。系欧洲空间局（ESA）和美国宇航局（NASA）的共同运用计划，放置于太阳-地球的第二拉格朗日点。不像哈勃空间望远镜那样是围绕地球上空旋转，而是飘荡在从地球到太阳的背面的150万千米的空间。
詹姆斯韦伯太空望远镜的主要的任务是调查作为大爆炸理论的残余红外线证据（宇宙微波背景辐射），即观测今天可见宇宙的初期状态。为达成此目的，它配备了高敏度红外线传感器、光谱器等。 为便于观测，机体要能承受极限低温，也要避开太阳和地球的光等等。为此，詹姆斯韦伯太空望远镜附带了可折叠的遮光板，以屏蔽会成为干扰的光源。因其处于拉格朗日点，地球和太阳在望远镜的视界总处于一样的相对位置，不用频繁的修正位置也能让遮光板确实的发挥功效。
大型空间太空望远镜NGST
用来替代哈勃望远镜的下一代太空望远镜(NGST)的开发和部署是美国航空与航天局(NASA)为推进宇宙探索的一个挑战性项目。NGST上装配一个包括0.6～5μm多目标分光计的照相机/分光计系统。为从太空的不同区域有选择地将光线引导至分光计，采用可独立寻址的微电子机械反射镜阵列作为分光计的狭缝掩模。Goddard太空飞行中心的NASA小组设计了一套能够满足系统要求的集成微反射镜阵列(MMA/CMOS)驱动器芯片。样机的芯片构造和检测结果均符合预期要求。欲构建完全基于MEMS的狭缝掩模，设计要求4片大规模集成芯片以2×2镶嵌方式精确排列(至少为9cm×9cm)。另外，必须在低于40K温度条件下掩模才能发挥作用。上述要求对集成MEMS芯片的封装提出了严峻的挑战。
美国和墨西哥合作的太空望远镜
作为美国和墨西哥有史以来最大的科学合作项目，工人们正在墨西哥的一座火山顶上建造一台巨型太空望远镜，这台望远镜可帮助天文学家回顾宇宙130亿年的历史并探寻宇宙诞生时的奥秘。
这一望远镜拥有165英尺长的天线，总耗资近1.2亿美元。这座泛着白色微光的建筑看上去像一个巨大的卫星天线，坐落在海拔15，000英尺的Sierra Negra火山顶上。Sierra Negra座落于Puebla州的中央地带，为墨西哥6大火山之一，比美国大陆上的任何一座山峰都要高。
高耸入云的望远镜可以捕获毫米级的微波射线，这种射线在宇宙中旅行了近130亿年。天文学家可使用所获信息对大爆炸不久之后存在的宇宙进行深入的了解。
美国已经在此项目上投入3800万美元，其中3100万美元来自国防部高级研究项目局，这是五角大楼的核心研究与开发机构。美国上院武装力量委员会于1995年首次划拨用于建造望远镜的经费。在当年的报告中，委员会如此陈述：“这一设计可大幅提高在太空中发现及识别目标的能力。”
美国望远镜项目科学家Peter Schloerb认为这意味着：由于这一望远镜实际上是一部巨大的带有传感器的天线，可以捕获微波信号。军方可以学习借用这一技术来建造供其自己使用的天线。Schloerb表示：“军方也许想用这些天线来进行太空监测，这是一个发现别人太空活动的好办法。”
墨西哥国家自治大学的一位天文学家Silvia Torres称，只要项目本身不用于特定的军事用途，她对此就没什么意见。她说：“科学技术和军事总是存在着密切的联系。重要的是获得资助，我们拥有很多富有天赋的年轻科学家以及安装望远镜的良好地点。”来自国防部的投资也曾帮助引发了各项民用技术的创新——比如英特网就是例子。对五角大楼参与墨西哥望远镜工程的担心并没有引发大规模的抗议行动。
韦伯太空望远镜艺术图任务：欲解宇宙之谜
宇宙是如何形成的？宇宙中有外星人吗？对于神秘的宇宙，人类至今存有许多疑问。美国科学家正在研制的新一代太空望远镜或许能够帮助人们找到问题的答案。
这架望远镜名为“詹姆斯·韦布”，以美国国家航空和航天局（NASA）一名前任局长的名字命名，预计将于2013年投入使用，接替哈勃望远镜。
作为同欧洲、加拿大航天局以及美国国防企业共同合作的成果，NASA希望这架望远镜能够帮助人们进一步了解宇宙，知道在“黑暗时代”———发光星体形成以前宇宙的状况，并查明其他星球是否有生物存在。韦布太空望远镜将由欧洲航天局负责用阿里亚娜5型火箭发射升空。
韦布太空望远镜工程始于1994年。大多数技术研究工作已经完成。韦布望远镜造价预计为45亿美元。扣除通货膨胀等因素，相当于当年哈勃望远镜造价的一半。但“韦布”的功能显然将比“哈勃”强大得多。
愿望：更大更好
天文学家一直希望能拥有更大、更好的望远镜和飞船，这样他们就能获得有关宇宙的最佳信息。
景象：越远越好
像哈勃、斯皮策和钱德拉这样的巨型望远镜能提供空前美丽的宇宙景象，但天文学家还是渴望有更加强大的望远镜进入地球轨道，拍摄太空美景。美国宇航局期望2013年发射詹姆士·韦伯太空望远镜(JWST)，许多科学家在思考其未来的观察会是什么。
德国马克斯·普朗克天文学学会的天文学家雷切尔·萨默维尔就是其中的一位科学家，她表示，如果没有额外的援助，天文学家很难解答宇宙中一些最神秘的谜团。“我们还需要更好地观察来使我们的宇宙模型更加完善。如果你只是纸上谈兵，即使今后15年你用上超级电脑来进行电信模拟，这也将无济于事。”
基于这种情况，美国决定让韦伯太空望远镜取代现在的哈勃，对宇宙进行更加深远的观察，包括太阳系外行星、难以捉摸的黑洞和遥远的星系臂膀。
[1] 北京科普之窗 http://www.bjkp.gov.cn/gkjqy/kjkx/kp1026~2.htm
[2] 长春理工大学 http://gd.cust.edu.cn/read.asp?id=129
[3] 空间 http://space.lamost.org/explore/chinese/st.htm
[4] 网易 http://discover.news.163.com/07/1126/22/3U8ROOAG000125LI.html
[5] 搜狐 http://news.sohu.com/22/62/news202426222.shtml
[6] 新浪 http://tech.sina.com.cn/d/2007-11-27/07591875417.shtml
[7] 新华网 http://news.xinhuanet.com/world/2003-09/18/content_1087825.htm
