如果要问人们知道的一个望远镜的名字，他们最可能说出的就是“哈勃”！

    1990年4月24日，哈勃太空望远镜（Hubble Space Telescope）从美国佛罗里达州卡纳维拉尔角发射，搭乘“发现”号航天飞机进入近地轨道。迄今为止，它已经在太空工作了25年。在一个勇于探索的新时代，面对紧张的经费，哈勃创造了太空望远镜的巨大成功。

    哈勃望远镜由美国国家航空航天局（NASA）在欧洲空间局（ESA）的协助下建造。作为第一个重要的光学太空观察站，它带来了天体物理学的革命，把令人激动的科学发现带到了千家万户。

    哈勃每一个半小时绕地球一周，至今绕行地球已超过13万周，拍摄了超过100万张太空照片，从太空尘云，到遥远的星系。超过12800篇科学文章使用过哈勃的发现，引用次数超过55万次，哈勃成为迄今为止成效最高的科学仪器之一。

    一开始，哈勃项目几近面临巨大的失败，但它最终扭转了形势，创造了科学奇迹。它成功的秘密是什么？它的长寿，首创的开放数据，先进的档案管理，关注公共需求，献身研究的各机构团队，宇航员、科学家和工程师，还有优秀的辅助基础设施等，这一切都是关键因素。

    细节决定成功

    哈勃的最伟大之处不在于它大量的证明性发现，那只是证实了其他观察得到的结果，而在于它发现了一些新的细节，使天体物理学家不得不修改关于宇宙的理论。

    哈勃望远镜的动力源于它高高坐落在地球大气层之上，高度约560公里，因此不受气辉（大气层中化学反应发出的微弱光）和大气湍流的影响。哈勃有着锐利的目光，能探测到微弱的目标，虽然按目前标准来看，它2.4米直径的镜面是太小了，现在的镜面一般是8米—10米。它分辨出目标物只需0.07角秒，在可见光范围的精度超过任何地面望远镜的10倍。

    它能看到从紫外线到近红外的波长，包括被大气层吸收和屏蔽的波段。它看到紫外线的能力是其前任和当今望远镜的100倍。

    哈勃最初的计划瞄向3个主要问题：检测宇宙膨胀有多快、星系是如何演化的、探测星系间弥散的气云的结构。哈勃是成功的，它向人们展示了前所未见的太空景观。

    最伟大的成绩

    哈勃望远镜的初期工作之一，是减少宇宙膨胀率“哈勃常数”的不确定性。从1994年到2011年，这一不确定性从2降到了只有百分之几，让科学家确定了宇宙年龄是138亿岁。通过观察那些扩张到更遥远处的星系，天体物理学家建立了根据脉冲星的亮度变化周期推导距离的方法。

    在1998年，哈勃望远镜证实了宇宙膨胀在加速，好像是有一种神秘的“暗能量”在推动它。这一发现是通过监测超新星取得的，而这是地面望远镜力所不及的。从此理解暗能量的性质成了物理学家面对的最大挑战。

    哈勃望远镜还生成了一个跨越整个宇宙时间的恒星形成过程图谱。从1995年到2014年，在一系列的观察中，它对整个天空按一个个小区进行了密集观察，比以往任何仪器探测得都深入，收集的图像被整理成“哈勃深空领域”图集。哈勃还发现，许多星系在大爆炸之后5亿年就已经存在了，这挑战了人们以往的观念。天文学家仍在努力研究为何在大约100亿年前，新恒星的出生速度达到峰值。

    利用高分辨率的优势，哈勃观察了恒星和星系中心气体的运动，证明了几乎所有星系中心都有一个超大质量黑洞（质量为太阳的几百万到几十亿倍），黑洞质量大小与围绕它的恒星隆起成比例，这表明星系和黑洞是一起进化的。

    哈勃还首次探测到一些太阳系外巨行星大气的化学成分。据2001年公布的元素特征光谱显示有钠，在2008年发现了水分子和甲烷。将来有一天，更大的望远镜可能在系外岩石行星的大气中识别出生命过程的标记，如氧气和叶绿素。

    成功的诸多秘密

    科学的力量并非哈勃成功的唯一原因。宇航员先后于1993年、1997年、1999年、2002年和2009年，乘航天飞机对望远镜进行了5次维修改造，使它多次恢复了精力，再次投入到工作中。他们引入了矫正光学，用固态存储器替代了机械式磁带记录，升级了太阳能电池阵列，并安装了摄像机和光谱仪。没有这些改造，哈勃不可能工作到今天。

    其他方面的因素还有迅速开放的数据、高效易得的档案、承担风险项目、稳定的资金和牢固的合作系统。

    为支持鼓励创造性的想法，在经主管慎重考虑后，可以给大型的、时间紧迫的或非传统的提议留出10%的观察时间。如“哈勃深空领域”图集一开始由NASA专家罗伯特·威廉姆提出倡议并负责，随后分别由哈勃的科学操作主管、太空望远镜科学研究所负责。其他天文台，包括夏威夷和智利的双子天文台、亚利桑那州的大型双筒望远镜也采取了这种方法。

    在数据公布之前，研究人员用了一年的时间来分析哈勃的观测资料。特殊的数据库，如哈勃深空领域数据库立刻就能开放访问。哈勃并非第一个实行开放政策的太空天文台，但它激励了其他天文台跟随效仿，如发射于2004年的“雨燕伽玛射线爆发任务”的数据，也立刻就能访问了。

    从一开始，哈勃天文台的数据存档和传播就比其他天文台更严格，自动化程度也更高。在过去的10年，与使用专有数据相比，每年都有更多基于哈勃档案数据的论文发表，仅2014年就有302篇。欧洲南方天文台在1993年也采用了哈勃档案管理的做法。

    所有哈勃望远镜的观测加上NASA的科研资金，保证了数据得以分析，结果能迅速公布。自1990年以来，哈勃已接受了超过4600个提案和总额5亿美元的拨款。

    该项目还赞助了新一代的顶尖研究人员。自1990年以来，美国大学中已有352位哈勃成员——博士后研究员接受资助，为哈勃有关的科学项目独立工作3年。1993年以来，约500篇博士论文使用过哈勃数据。

    公众的望远镜

    哈勃太空望远镜改变了科学普及和教育的状况。几乎从一开始，就成立了公共服务部太空望远镜科学研究所（STScI）办公室，负责新闻发布、在线联系和对学校、科学中心及天文馆的科普教育。STScI的内部办公室位于马里兰州巴尔的摩市约翰·霍普金斯大学校园内，这确保了专业天文学者能参与进来。此外，还有界面友好的哈勃网站（Hubblesite.org），每年都有几十亿次的点击率。

    哈勃的教育人员率先推出了给各个学校网络传播资料项目。目前单是在美国，每年收到这些资料的有超过600万学生和50万教育工作者。他们还在全世界的科学中心举行有关于星系、系外行星和黑洞的多媒体报告。

    英国艺术评论家乔纳森·琼斯将哈勃的照片称为“我们这个时代最绚丽的艺术作品”。它已经渗透到大众文化中。有一个专门团队来确保这些照片的视觉质量。从巴尔的摩到威尼斯的艺术展览中，都包含了哈勃太空望远镜拍摄的太空照片图像，这些照片图像也成为书籍、音乐专辑的封面，如珍珠酱摇滚乐队的专辑《双声道》，也为当代古典音乐（如作曲家保拉·普雷斯蒂尼的《哈勃大合唱》）和舞蹈表演带来了灵感。

    今后该怎么办

    天文学中最引人入胜的问题是，在太阳系以外有没有其他生命存在？在银河系的“宜居带”中充满着数以亿计的类地行星，它们有岩石表面和液态水。

    下一步已经布局好了。将在2017年发射的凌日系外行星调查卫星（TESS），有望在太阳系附近的低质量恒星“宜居带”发现一些比地球稍重些的类地行星，这些行星的轨道周期较短，它们的主恒星也较微弱，使其更容易被探测到。这之后，詹姆斯·韦伯（JWST）将在2018年发射；广域红外调查望远镜—天体物理学聚焦望远镜设备（WFIRST/AFTA）计划于2024年发射，在这些行星的大气中寻找水和其他分子。

    银河系中的生命是普遍还是罕见？要对此做出有意义的、统计上的限定，需要一个更强大的望远镜，镜面直径至少要12米，分辨率是哈勃的25倍，这样才能拍摄一颗恒星附近的行星，探测到它的大气中是否有氧气和其他生物特征。WFIRST/AFTA应该能探测到一颗比其主恒星微弱10亿倍的行星，如果要拍摄像太阳那样的恒星旁边的一颗类地行星，要求能探测10亿倍的对比亮度。此外，这样一台望远镜也会带来大量其他的发现。

    这是人类历史上第一次近距离面对“我们孤独吗？”这个问题。在今后25年的科学日程上，寻找生命将成为人们热切关注的话题。