目前太空望遠鏡最遠可多遠？

Question

如題，最遠可多遠？並請告知是哪一架望遠鏡，順便介紹一下他的資料，謝謝嚕！

Answer 1

世界上能夠用來看得最遠的望遠鏡叫做哈伯望遠鏡，這個望遠鏡是歐洲太空總署與美國太空總署合作建造的，在一九四○年代他們就開始構想要建造一個能夠看很遠的天文望遠鏡，經過差不多五十年的設計和製造，在一九九○年四月終於把它送到距離地球六百公里遠的軌道上。不過這個望遠鏡開始正常發揮功能是在一九九三年以後，因為這個望遠鏡一開始有問題，經過太空人上去調整以後，才能把清楚的影像傳回地球。科學家估計，這一個望遠鏡最遠可以看到一百四十億光年以外的地方，所謂的光年是指光走一年的距離，大約有九兆四千六百億公里，一光年的距離已經叫我們沒辦法想像有多遠了，更別說一百四十億光年那麼遠的距離了。不過哈伯望遠鏡看見的並不是空間中的影像，應該說透過哈伯望遠鏡看到的是時間中的影像，這個意思就是說哈伯望遠鏡提供的影像是歷史中的影像，如果今天哈伯望遠鏡看到了一顆距離地球一百光年的星星，實際上是看見那顆星星一百年前的影像，因為那顆星星所發出來的光線要在太空中走一百年，才會被距離地球六百公里的哈伯望遠鏡接收到。 哈伯望遠鏡 (Hubble Space Telescope, HST)　新天文學概論期中報告資料搜集：盧金城 8817033網頁設計，報告撰寫：朱偉成 8817015顧問：梁世豪 8723124遙遠的星際是如此的浩瀚無邊，以致人類一直以探索宇宙奧秘著迷。然而時至今日，縱使人們對地球自轉以致公轉成為小學教材的同時，卻不能輕易舉出地球在轉動，有作者認為這是現在的學生"一路都受著教育和環境的制約，使得我們對周遭許多現象的理解，常來自他人的眼睛和想法，而自己只視其為理所當然。"；但我認為我們對天文學的認識太淺也是有關係，有時，我們總是會在晚上望著天空，沉醉在宇宙的神秘當中，不能自己，卻因為太遙遠、太神秘了，使得我們不能再向她了解多一點。然而，有些人天生卻為宇宙而傾倒，祈求在點點星光中，尋求出真理，使得我們可以對自己生存的環境多些了解。我想在介紹哈伯望遠鏡之前，先介紹近代最重要的天文學家──哈伯。據網頁的了解，知道了哈伯一生對天文方面有三種重要的貢獻："第一是藉著測定了到仙女座大星系（M31）的距離，證實了夜空裡許多小而暗的星雲其實是「別人的」銀河系，一下子把我們的宇宙擴展了億萬倍深遠；第二項是「星雲分類」，把夜空中形狀各異的「星雲」（其實是星系）找出規律，歸納為螺旋形（Spiral）、橢圓形（Elliptical），以及不規則（irregular）三種，大項之下再作細分，這一套分類法在今天仍為天文學家普遍採用；第三個貢獻就是發現了這些「星雲」按著一個規律，以極高的遠度離開我們而去。在此有一點需要指出來的，就是許多人以為哈伯是發現「星雲」高速奔離的第一人，其實不然。和哈伯同期稍早的維斯托．史萊佛（Vesto Slipher）早已經由光譜中觀測，得知許多「星雲」各以不同速度離我們而去。但史萊佛並沒有把「星雲」奔離的速度和其距離找出關係，加以量化。哈伯做到了這一點，證明了愈遠的「星雲」，奔離的速度愈快．這也就是著名的「哈伯定律」。"哈伯雖不是最早知道宇宙在膨張這一事實的學者，但卻發現了重要的「哈伯定律」(Hubble'sLaw)，哈勃定律的方程式是V = Hr，V是星球向外飛離的速度，r是星球離地球的距離，而H是哈勃常數(Hubble constant)。根據這個定理，我們可以計算宇宙膨脹了多久，"因為星球的光波強弱，和它離開地球的距離有直接關係，因此，科學家便可計算星球離開地球的距離，從而得知哈勃常數的數字，進一步更計算出宇宙的年齡。"而哈勃常數也可以稱為宇宙膨脹系數，"最近一組哈伯望遠鏡的研究人員，透過遙遠的星系裏的造父變星來決定星系的距離，並且統計出哈伯常數約為：每增加百萬秒差距的距離，膨脹秒速增加70公里(70km/sec/mpc)誤差10%，換算成宇宙年齡為120億年"哈伯是在威爾遜山的一百吋望遠鏡中做出他所有的重大發現出來，然而他自己也不能找出比較準確的哈伯系數，原因是因為他使用的望遠鏡是在地上的，我們知道只要一顆星星有足夠的光，即使它多遠，望遠鏡也可以看到它，反過來說，望遠鏡最重要的就是它可以看到多暗。通常我們都把星的亮度分等級，每一級光度相差為2.51倍，例如：太陽大約為- 26.5，月亮大約為 - 12.5，北極星大約為2.4，而我們肉眼可見的極限為6，比較"頂級"的5米地面望遠鏡可見的極限為24，哈伯望遠鏡可以看到的極限為29.5。"地球的大氣層，只能讓可見光、部份短 波紅外線，和長波無線電波通過，但這幾個 波段只是整個電磁光譜中的一小部份，絕大 部份自天外傳來的紫外線、X-射線和加瑪射線，在通過大氣層的時候，就被吸收殆盡。 長波紅外線也幾乎被大氣層中的水分子完全吸收。"就因為大氣層的原因，我們才可以在這個行星上愉快的生活，但同時大氣層也把我們的眼睛遮敝了，可見光及長波無線電波並不能令我們清楚地知道星體銀河的本質，加上大自然的晝夜、晴雨以致大氣質的擾動也會阻礙我們對星體的觀察；這也是為甚麼地面的望遠鏡已經如此先進的同時，還是要到離開地面去觀察的原因。美國太空總署在1975年購買了一部型的C141飛機，架起了一個空中的天文台，於1995年退役期間，讓天文學家可以在離地三萬九千英尺的高度觀察，因為百分之九十九的大氣水氣粒子都不會出現，所以可以有比較好的高精度觀察，只是也不能連續觀察，也受天空亂流的影響。也有一個比較簡單經濟的方法就是使用氦氣球，在地上的天文學家可以控制氦氣球以及氣球上的望遠鏡進行觀察，可是氣球不能運載重量大的儀器，而且安全度也很成問題，一旦氣球有問題，裏面的精密儀器未免也會出現問題。而在太空，我們可以進行對一顆星的連續觀察，這是在地球日夜交替的環境下所不能作的，而且也沒有冬夏雨雪的大自然因素。1946年第二次大戰剛結束的同時，天文研究也出現歷史性的日子，就是美國海軍實驗室發射了一枚德國的V2火箭，觀察到來自太陽的紫外線，揭開了太空天文學的新一頁。"探空火箭所攜帶的觀測儀器，先在實驗室裡組裝好，在通過嚴格的測試之後，就運到發射場和火箭結合，然後由機動發射架發射升空。當攜帶觀測儀器的那一節火箭接近軌道 最高點時，地面人員遙控儀器開始觀測，等到儀器下墜到一定的高度，降落傘打開，儀 器緩緩落地，就完成了一次探空火箭的觀測。"但是這也有一個缺點就是造價太貴卻只能觀察很短的時間，"對一枚射到三百公里高空的火箭而言，所能觀測的時間只有五分鐘；即使是加長型的火箭，射到了九百公里的更高處，能夠利用的觀測時間也不過十四分鐘左右。"隨著人造?星的發展，那些太空的天文台從七十年代開始，對近代天文學的發展出了很大的貢獻。"哈伯天文望遠鏡"是一個經歷十多年的構想，通過美歐天文學家將家十五年努力，以及十五億美金的花費，在1990年4月，由太空梭發現號攜帶升空，置入地球軌道，雖然如此，但哈伯望遠鏡卻不是如文字?述般那麼順利的。首先是美國政府因為石油危機而取消撥款，接下來就是技術及比預算超資四倍的問題，以及因為"挑戰者號"的爆炸以致延遲四年，即使在90年4月24日正式開始它的"太空生涯"卻未能開始真正的研究工作。哈伯望遠鏡直徑2.4公尺，雖然只算是地面上的中型望遠鏡，但一放到太空就立刻威力強大起來，比地上的望遠鏡還要優良，它有三層樓高，11.5噸重，12米長的太陽能吸收板，一定要用太空梭才能運送，同時也不能飛得太高，只能飛到570呎高的天空，這樣會長久下來會因大氣分子碰撞，減低速度，軌道降低，以致三五年便會墮落大氣層銷?，所以每三年左右就要派遣一隻太空船把它"拉高"，並且更換新儀器。雖然計劃好像已很完美的同時，人為的失誤還是出現了，就在太空總署收到的很多關於望遠鏡的壞消息中，知道直徑 2.4 米的主鏡有嚴重缺陷，不能準確地把光線聚焦，使星星的映象變成了模糊的圓盤，原來因為製造主鏡的光學公司使用的校正儀器本身有誤差，令到主鏡也跟著繼承了這個誤差，"實際上主鏡的誤差在一般人的眼中實在 是微不足道，由鏡面中心到邊緣，弧度不過偏差了兩微米，大約是一根頭髮的五十分之一。"就是這個誤差令到"原先的設計可以讓百分之七十的入射光聚焦在 0.1個角秒的範圍之內，但現在只剩百分之十五的光 線在這個範圍內，其餘散佈在四周，甚至連分析儀器的光圈都進不去。"三年又八個月之後，即1993年12月3日，「奮進號」太空梭的太空人在升空後的士天之內進行了五次的太空漫步，把可以修正望遠鏡"近視"的儀器「COSTAR」裝置在望遠鏡中，大幅度改進球面像差的問題；結果令人滿意。"它使人類在短短一生中了解到恆星數十億年生老病死的歷史，以至茫茫宇宙的過去與未來。通過太空望遠鏡，我們目睹星雲收縮成恆星過程中的各個階段，在獵戶座大星雲中，天文學家更首次清楚地攝得繞著新誕生恆星的氣體盤，相信這些氣體和塵埃會在吸積的過程下形成行星，就像今天九大行星繞太陽旋轉，更說不定當中有些行星能孕育出像人類一樣有智慧的生命。太空望遠鏡使人類間接地了解自身的來源。哈勃望遠鏡亦攝得很多形狀奇異獨特、色彩絢麗的「行星狀星雲」，它們都是恆星死亡時拋射出來的物質，在太空中展示其最後的光輝。在 87 年一顆巨型恆星在麥哲倫星系以一次稱為超新星的大爆炸結束一生，天文學家藉哈勃望遠鏡詳細地記錄了它爆發後噴出的氣體變化，從而準確地推算出麥哲倫星系的距離，為量度其他更遙遠星糸的距離奠下了基礎。哈勃望遠鏡強大的分解能力更把遠至數千萬光年外星系中的一些「造父變星」分辨出來。這些奇異天體的變光週期和它們本身發光多少有關，天文學家把這些星體的真實光度和望遠鏡所量得的視光度比較便可得出星系的距離。在一些名為射電星系的核心，天文學家找到了巨型黑洞存在的證據。許多星系核心附近高速旋轉的氣體暗示著它們的核心隱藏著一些質量高達數千萬以至數十億個太陽的巨型黑洞。在數十億至一百億光年以外，哈勃望遠鏡觀測到一些星系及類星體產生所謂「重力透鏡」的現象。根據廣義相對論，像星系般巨大的質量會使周圍的星光因引力而偏轉，形成多重影象。在這樣巨大的尺度下，哈勃望遠鏡又攝得不少形狀古怪的原始星系，它們都是宇宙初期誕生的嬰兒。" 除了這樣廣乏的說明哈伯望遠鏡給天文學的貢獻外，還有很多實質的例子：如1.                              距離最遠的超新星爆炸1997ff──"哈伯望遠鏡在1995年時首次對著大熊星座內一塊較無星光干擾的區域進行深空攝影，我們稱這塊被拍攝的區域為哈伯北天極度視野(northern Hubble Deep Field)，後來在1997年又作了第二次觀測，天文學家利用特殊軟體分析這兩張在1995年及1997年所拍的照片發現，有一個遠在100億光年外的星系比在1995時多出了一個亮點，這個亮點就是人類所發現最遠的超新星爆炸(SuperNova)，編號為1997ff，當超新星爆炸時其亮度高過整個星系所有的恆星亮度的總合。……這一次超新星的發現更足以提供證據證明，整個宇宙存在一種神秘的力量讓星系彼此互相遠離，速度甚至比以前預測的還要快。"； 2.                              哈伯望遠鏡正在搜尋未曾見過最遠的星系──"透過美國太空總署(NASA)哈伯太空望遠鏡(Hubble Space Telescope)的Near Infrared Camera及Multi-Object Spectrometer (NICMOS)長時間曝光所拍到圖像，天文學家希望看到前所未見的領域。天文科學家相信這些星系裏，有些星系可能遠超過120億光年，這麼遠的距離，需要新一代且更好的望遠鏡來加以確認。這些物體很可能是星系形成過程的第一階段，這是第一次在這麼遠的距離下嘗試性的觀測，天文科學家必須等到新的紅外線攝影機裝到哈柏望遠鏡上之後才能找到更遠的距離，因為宇宙的擴張導致這些距離的光線因紅位移效應，己經到了紅外線的波長，而新一代高解析度的紅外線攝影機得等到西元2007年，才能發射裝在哈柏望遠鏡上。"； 3.                              哈柏望遠鏡所拍攝最遠之銀河群將透露宇宙的命運──"哈柏望遠鏡所拍攝最遠之銀河群，若經過地面的望遠鏡証實其質量及距離，則這個發現將解釋為何在大爆炸後，馬上就迅速地形成大質量及結構的銀河系，而且有助於了解未來宇宙的命運。" 它給天文學的貢獻實在是太多，在這裏我不再多加說明了，它的網頁有更加大量的研究及資料。除了開始時的重大失誤外，它也出現了幾個故障（包括Y2K問題），只是幾過美國太空總署的努力及修復，都很順利地修正了。到2000時，整個望遠鏡已是高達三十億美元，幸好雖然外表有些磨損，但內部卻跟新鏡一樣，"太空人John Grunsfeld認為哈伯望遠鏡未來可藉增添或更替觀測裝置而在十年內繼續居觀測的領導地位。Grunsfeld 的同組人員 Claude Nicollier 也同意這項說法。"作為的文章的結束，我想說一下的感想，有人認為人類對於外太空的熱衷比之身處的地球，有過之而無不及，用在太空的資源如果可以應用於環保工業，能源乾怙的問題上更為有益；我本身也有一段時間對這個論點表示贊同，畢竟每次火箭升空都要幾百萬美金，人力物力更不在話下，在熱帶雨林每天都在消失的同時，資源好像都拿去作一些不切實際的東西。然而，我後來明白到人類對太空的探索是有更深遠的意義，哥白尼、加利略、克卜勒等人在那時代已經關注到這方面的發展，"不知蘆山真面目，只因人在此山中"如果沒有他們所發表的很多學說，我們對月亮、太陽、太陽系以致銀河、宇宙等不會有所認識，如果我們一直以為地是方天是圓的話，我們現在的生活會怎樣？必定有很多物理定律以致整個生活習慣等等都不會完善。我們對地球如何來，以致地球的環境因為沒有其他行星的對比，都會變得乏善足陳。無論如何，對宇宙的研究是值得的。

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Answer 7

NASA你經俏哈柏了..唉....

2005-06-23 15:52:18 補充：
NASA已經放棄哈柏了...唉...
我一天到晚打錯字..唉....