引言
在大家小的时候，应该都曾仰望宇宙，着迷于无垠的深空，对一闪一闪的星星充满着遐想。星空也是跨越着时间、空间连接着过去、现在、未来的锚定。是数十万年前的人类祖先，于枝桠上的一瞥；是数百年前的星分翼轸，地接衡庐；也是未来踏遍的寰宇。
望远镜的故事
从人类的黎明到仅仅400年前，我们对宇宙的了解全部是通过肉眼观察得出的。自文明诞生以来，人类的视野和想象力就限制了他们对宇宙的理解。然后，伽利略在1610年将他的望远镜转向天空。整个世界正在觉醒。
伽利略月面手稿
我们知道了，土星有光环，木星有卫星，横跨天空中心的星云状斑块称为银河系，不是一片云，而是无数恒星的集合。在短短几年内，我们对自然世界的观念已然永远改变。并且在随后的几个世纪中，望远镜的体积和复杂性以及功率都在不断提高。望远镜增强了我们的视野并激发了我们的求知心，因为哥白尼，伽利略和开普勒在16世纪和17世纪的观测结果有力的结束了具有千年历史的地心说的观念，他们是科学革命的先驱。
伽利略自制望远镜
到18世纪，望远镜已成为研究宇宙不可或缺的工具，世界各地都在建造更大更好的望远镜。 常规观察和记录肉眼无法看到的行星，恒星和星云。 摄影，光谱学（将光分解成其组成部分的颜色）和光度法（测量天体的亮度）的进步提高了望远镜的多功能性，灵敏度和发现能力。它们被放置在远离城市灯光的地方，并尽可能地远离大气中的霾。
直到二十世纪初，人们已经发现了太阳系内所有行星，太阳系外许多恒星系被观测记录。此时大多数天文学家认为，可观测的宇宙由银河系，广阔空间中的恒星，尘埃和气体组成。大部分天文学家都认为宇宙不会膨胀出银河系。
哈勃的故事
1914年，哈勃在叶凯士天文台开始研究星云的本质，提出有一些星云是银河系的气团。他发现亮的银河星云的视直径同使星云发光的恒星亮度有关。并推测另一些星云，特别是具有螺旋结构的，可能是更遥远的天体系统。1919年，他用世界上最大的150厘米和254厘米望远镜照相观测旋涡星云。当时天文界正围绕“星云”是不是银河系的一部分这个问题展开了激烈的讨论。
1923～1924年，哈勃用威尔逊山天文台的254厘米反射望远镜拍摄了仙女座大星云和M33的照片，把它们的边缘部分分解为恒星，在分析一批造父变星的亮度以后断定，这些造父变星和它们所在的星云距离我们远达几十万光年，远超过当时银河系的直径尺度，因而一定位于银河系外，即它们确实是银河系外巨大的天体系统——河外星系。1924年在美国天文学会一次学术会议上，正式公布了这一发现。这项发现使天文学家们关于“宇宙岛”的争论胜负立即分出，所有天文学家都意识到，多年来关于旋涡星云是近距天体还是银河系之外的宇宙岛的争论就此结束，从而揭开了探索大宇宙的新的一页。 1926 年，他发表了对河外星系的形态分类法，后称哈勃分类。
哈勃与望远镜
哈勃研究了除我们自己的银河系外的许多其他星系，发现它们几乎都相互远离，这表明宇宙正在扩展。20世纪初，斯里弗对旋涡星云光谱作过多年研究，发现谱线红移现象。在斯里弗观测的基础上，哈勃与助手赫马森合作，对遥远星系的距离与红移进行了大量测量工作，发现远方星系的谱线均有红移，而且距离越远的星系，红移越大，于是得出重要的结论：星系看起来都在远离我们而去，且距离越远，远离的速度越高。
1929年他通过对已测得距离的20多个星系的统计分析，更进一步发现星系退行的速率与星系距离的比值是一常数。两者间存在着线性关系。这一关系后被称为哈勃定律。这个被称为哈勃常数的速率就是星系的速度同距离的比值。这一结论意义深远，因为一直以来，天文学家都认为宇宙是静止的。若认为红移是星系视向运动的多普勒效应造成的，则红移-距离关系表明，距离越远的星系正以越来越快的速度远离我们。运用广义相对论，人们通常把哈勃定律解释为宇宙膨胀的必然结果。哈勃定律的发现有力地推动了现代宇宙学的发展。
哈勃望远镜的诞生
哈勃前后的天文学家都在巨大的圆顶形天文台中度过了漫长而寒冷的夜晚，将望远镜指向天空，渴望尽可能地瞥见太空。然而，他们都与太空之间有着一个巨大的障碍，即地球的大气层。它使可见光模糊，使恒星闪烁并使其难以看到微弱的恒星。它阻碍甚至完全吸收其他波长的光，使得科学家很难观察到红外，紫外线，伽马射线和X射线等波长范围的光。 （不过也正是大气层的这些特性保护了我们免受这些射线的有害影响。）
在各大洲，拥有着最大的望远镜的天文台被安置在山顶上，远离城市灯光。自适应光学器件（使用可变形反射镜将来自宇宙的模糊光重新聚焦）和其他图像处理技术已将大气的影响降至最低，但并没有完全消除。
1923年，德国科学家赫尔曼·奥伯特与罗伯特·戈达德和康斯坦丁·齐奥尔科夫斯基一起发表了《火箭进入行星空间》，其中提到了如何使望远镜被火箭推进到地球轨道。1946年，普林斯顿大学的天体物理学家莱曼·斯皮策发表了一篇文章，介绍了在地球大气层上方的太空望远镜的科学价值。
继1957年苏联人造卫星人造卫星发射之后，刚成立NASA成功将两个轨道天文台（OAO）送入了轨道。他们进行了许多紫外线观测，并为未来太空观测站的制造和发射提供了学习经验。
同时，科学家，政府和工业团体计划了OAO计划的下一步。斯皮策收集了其他天文学家对“大型轨道望远镜”的支持，并解决了批评家的担忧。 1969年，美国国家科学院批准了大型太空望远镜（LST）项目。
在1969年阿姆斯特朗在“登月”计划上实现“人类的巨大飞跃”之后，NASA太空项目的资金却开始减少，这使LST计划陷入了困境。 LST计划者必须在预算的约束下设计望远镜。他们考虑了许多措施，例如减小主镜的尺寸，减少科学仪器的数量或创建和执行测试的备件的数量。最终，主镜的尺寸从3米缩为2.4米。原先计划做为先期测试，放置在卫星上的1.5米空间望远镜也被取消了，对预算表示关切的欧洲空间局也成为共同合作的伙伴。欧洲空间局同意提供经费和一些望远镜上需要的仪器，像是做为动力来源的太阳能电池，回馈的是欧洲的天文学家可以使用不少于15%的望远镜观测时间。在1978年，美国国会拨付了36,000,000元美金，让大型空间望远镜开始设计，并计划在1983年发射升空。
设计图
由于低估了最新型望远镜的成本和工程要求而导致了许多延误，导致发射日期从1983年12月推迟到1986年下半年。NASA重新检查了接口，仪器和组件。光学望远镜组件的建造遇到了工程挑战。诸如广角/行星摄像机（WF / PC）之类的科学仪器经过重新设计，减轻了重量并减少了冗余。望远镜计划在轨道上执行维修任务，而不是将望远镜返回地球并在地面上进行翻新，这是一个创新的概念。在这种革新精神中，太空望远镜被更名为哈勃太空望远镜（HST）。到1985年，望远镜已组装完毕并准备发射。
但是，1986年灾难袭来，挑战者事故迫使NASA将航天飞机停飞了两年。 HST项目利用这段时间在望远镜上做进一步的工作。新的太阳能电池技术改进了太阳能电池板。船尾的护罩（装有科学仪器的望远镜末端）经过了修改，以使维修过程中的仪器更换更加容易。升级计算机和通讯系统，对太空望远镜进行了进一步的压力测试，以为升空和太空的恶劣条件做准备。
最终，在1990年4月24日，发现号航天飞机从地球升空。第二天，哈勃被送入轨道，准备展望广阔的太空，瞥见遥远的无垠深空。
意外
然而意外总是在不经意间来临。在望远镜发射数星期之后，传回来的图片显示在光学系统上有严重的问题。虽然，第一张图像看起来比地基望远镜的明锐，但望远镜显然没有达到最佳的聚焦状态，获得的最佳图像品质也远低于当初的期望。点源的影像被扩散成超过一弧秒半径的圆，而不是在设计准则中的标准：集中在直径0.1 弧秒之内，有同心圆的点弥漫函数图像。
维修前后图像对比
对图样缺陷的分析显示，问题的根源在主镜的形状被磨错了。镜面边缘太平了一些，与需要的位置差了约2.2微米，但这个差别造成的是灾难性的、严重的球面像差。来自镜面边缘的反射光，不能聚集在与中央的反射光相同的焦点上。
镜子的瑕疵造成的作用是在科学观察的核心观测上，核心像差的PSF要足够的明锐到足以进行高解析的分辨，但对明亮的天体和光谱分析是不受影响的。虽然，在外围损失大片的光因为不能汇聚在焦点上而造成晕像，严重的减损了望远镜观察暗天体或高反差影像的能力。
更换镜子是不切实际的，因此最好的解决方案是制造更换仪器，就像使用一副眼镜纠正近视一样。宇航员在1993年太空行走时，在哈勃望远镜上建造并安装了矫正光学器件和新仪器。矫正光学器件太空望远镜轴向替换（COSTAR）仪器被放置在哈勃望远镜上的五对矫正镜中抵消了缺陷的影响。
在1990年至1993年之间，使用计算机图像重建技术处理了一些哈勃图像，从而在一定程度上减轻了有缺陷的镜子的影响。
宇航员凯思琳·桑顿在哈勃望远镜上执行维修任务
今天的哈勃
哈勃望远镜原本的任务是用15年的时间探索宇宙最远的范围。现在哈勃望远镜已经超越了这个目标，它已运行并观测了宇宙近30年。在其运行期间，望远镜已进行了超过140万次观测，天文学家已使用这些数据发表了16,000多份相关科学刊物。
历经三十年哈勃已经有许多零件老化，但是现在已经没有了维修或者更换老化零件的计划。不过，一支由工程师和科学家组成的敬业团队正在不断努力，以使哈勃能尽可能长时间地运转。例如，哈勃的工程师已经找到了一种使望远镜可以在一个陀螺仪上观测宇宙的方法，使用航天器上的其他类型的传感器来弥补失效的陀螺仪。旨在延长哈勃望远镜寿命的创新技术和其他技术将使望远镜在未来数年内仍可以不断探索。
增进了人类对宇宙大小和年龄的了解，证明某些宇宙星系中央存在超高质量的黑洞以及多数星系的中心都可能存在黑洞。在可见光谱范围内，对宇宙进行了最深入的研究，观察了数千个星系，探测到了宇宙诞生早期的“原始星系”，使天文学家有可能跟踪研究宇宙发展的历史。清楚展现了银河系中类星体这种最明亮的天体存在的环境。更清晰地阐述了恒星形成的不同过程。对宇宙诞生早期恒星形成过程中重元素的组成进行了研究，这些元素是行星和生命存在的必要条件。展示了死亡恒星周围气体壳的复杂组成。对猎户星云中年轻恒星周围的许多尘埃碟进行了探测，说明地球所在的银河系还有可能形成其他行星系统。对千载难逢的慧木相撞进行了详细观测。对火星等太阳系行星上 的气候民政部进行了研究。发现木星卫星木卫二和木卫三的大气层中存在氧气。
哈勃服役的第三十年，希望在下一个十年还能见到你。
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