哈勃望远镜团队纪念与庆祝第4次维修任务（SM4）成功完成15周年

2009 年 5 月，美国国家航空航天局哈勃太空望远镜的最后一次维修任务（称为 SM4）标志着航天飞机访问该望远镜的结束，并导致了重大升级和维修。这些改进使哈勃望远镜的科学能力超越了它以前的水平，为数以千计的研究论文做出了贡献，并使其成为美国国家航空航天局科学任务的基石。

迈克尔-古德（站在航天飞机远程操纵系统的一端）在第 4 次维修任务中对美国宇航局的哈勃太空望远镜进行翻新和升级。图片来源：美国国家航空航天局

15 年前，人类的双手最后一次触摸美国宇航局的哈勃太空望远镜。2009 年 5 月，当宇航员在望远镜的最后一次维修任务中执行收尾工作时，他们知道自己已经成功完成了有史以来最具挑战性和雄心勃勃的一系列太空行走之一。但他们当时并不知道自己真正产生了怎样的影响。

"我曾对哈勃的寿命寄予厚望，希望它能至少再持续五年，甚至更长一点，与韦伯重叠，"宇航员、美国宇航局科学任务局前副局长约翰-格伦斯菲尔德（John Grunsfeld）说，他曾参加过三次哈勃维修任务，并担任过 SM4 的首席任务专家。他说，"哈勃已经走过了 15 个年头，而且还在继续强大。哈勃产生的科学成果是惊人的"。

在 1990 年发射三十多年后的今天，哈勃继续向地球发回令人惊叹的图像，并进行开创性的科学研究。过去 15 年的大部分功劳要归功于维修任务 4（SM4），这是维修和升级望远镜的第五次任务。

重要的使命

第4次维修任务于2009年5月11日发射，历时12天，与以往任何一次任务都不同，其风险比第一次维修望远镜有缺陷的视网膜的任务还要高。随着 2004 年航天飞机宣布退役，这将是最后一次航天飞机哈勃任务。除了安装两台新仪器、更换和升级关键部件外，宇航员还将对望远镜进行设计时从未设想过的维修。

宇航员迈克尔-古德（Michael Good）和迈克-马西米诺（Mike Massimino）在 SM4 期间更换哈勃的一个速率传感器单元，该单元包含两个陀螺仪。资料来源：美国国家航空航天局

对于 SM4 号宇航员、此次任务中航天飞机机械臂的主要操作员梅根-麦克阿瑟（Megan McArthur）来说，此次任务的重要性在任务开始之前就已经深入人心。他们本以为只是一次普通的见面会，就能拉开哈勃训练的序幕，没想到却走进了一个挤满了人的礼堂。

"她回忆说："除了出现，我们还没有做任何事情。"我看着我的一位船员，那一刻我们都热泪盈眶，因为这有力地提醒了我这是多么重要，对于全世界使用这架望远镜揭开宇宙奥秘的工程师和科学家这个庞大的群体来说是多么有意义。

当七名宇航员乘坐亚特兰蒂斯号航天飞机飞向哈勃时，第二架航天飞机奋进号在发射台上等待，以备需要救援时使用。2003 年哥伦比亚号航天飞机失事后，出于安全考虑，第 4 次维修任务被取消。公众对该任务的支持激增，两年后，该任务重新恢复，并计划于2008年执行，但在望远镜关键的科学仪器指令和数据处理器发生故障后，任务又被推迟了一年。由于时间充裕，工程师们得以在任务中增加一个替换设备。到 SM4 发射时，两台仪器--高级巡天照相机（ACS）和空间望远镜成像摄谱仪（STIS）--也出现了故障。

哈勃的设计和建造是为了在太空中进行维修，其模块化、即插即用式的组件可以很容易地更换。在执行 SM4 之前，宇航员已经对其进行过四次访问。(维修任务 3 分成了两次任务（3A和3B），以便迅速对哈勃进行紧急维修）。但在 SM4 期间，宇航员首次在轨道上打开了两个仪器进行手术。他们使用专门为这项任务设计的工具，打开了 ACS 和 STIS，更换了部件，重新接通了电源，恢复了仪器的全部功能。

2009 年 5 月，一队勇敢的宇航员搭乘亚特兰蒂斯号航天飞机开始了一次大胆的旅行。他们的任务是什么？为哈勃注入新的生命，确保它的发现遗产能够延续多年。资料来源：美国国家航空航天局戈达德太空飞行中心；主要制作人：保罗-莫里斯（Paul Morris）：保罗-莫里斯

维修工作非常有效，现在这两台仪器无需维修的时间是第 4 次维修任务之前几年的两倍多。

宇航员拆除了两台较旧的科学仪器，并增加了宽视场照相机 3（WFC3）和宇宙起源摄谱仪（COS）。前者是一台功能强大的照相机，可以看到一些紫外线和红外线波长以及可见光，后者则可以将宇宙天体的紫外线分解成各种颜色进行分析。

由于这肯定是哈勃的最后一次航天飞机飞行任务，望远镜必须保持最佳状态。除其他任务外，宇航员还安装了一台新的科学计算机和隔热材料。他们将望远镜使用了 19 年的电池和所有陀螺仪（陀螺仪决定哈勃转动的速度和方向）换成了改进版。现在，其中三个陀螺仪的运行时间已经超过了之前安装在哈勃望远镜上的任何陀螺仪，其中一个陀螺仪已经连续运行了 15 年，完成了超过 9 万亿次的旋转。

这项工作充满挑战和紧张。有一次，将宽视场和行星照相机2锁定到位的螺栓无法转动。还有一次，哈勃的一个扶手上的螺丝脱落，阻碍了进入 STIS 的通道，导致工作停滞了几个小时，最后迫使宇航员迈克尔-马西米诺（Michael Massimino）选择用身体将扶手扳开。

格伦斯费尔德说："在我三次前往哈勃的旅程中，每次任务的难度和工作范围都在增加。当我们在2009年完成了HST-SM4的最后一次太空行走时，我感觉自己站在了世界之巅--就像我们在环绕地球的轨道上一样--我们达到并超过了所有的预期。正是因为整个团队的辛勤工作和才智，我们才拥有了今天这个正在运行并富有成效的天文台"。

当宇航员告别哈勃时，他们留下的是一台以最高性能运行的望远镜--这台望远镜将为人类了解宇宙的探索注入活力。

执行第 4 次维修任务的机组人员在亚特兰蒂斯号航天飞机上合影。图中前排（从左至右）为宇航员飞行员格雷戈里-约翰逊（Gregory C. Johnson）、指令长斯科特-阿尔特曼（Scott Altman）和任务专家梅根-麦克阿瑟（Megan McArthur）。后排（从左到右）为宇航员迈克尔-古德、迈克-马西米诺、约翰-格伦斯菲尔德和安德鲁-福斯特尔，他们都是任务专家。资料来源：美国国家航空航天局

第 4 号维修任务提供的 STIS 和 ACS 的复活以及 WFC3 和 COS 的安装，使哈勃成为一个超越其以往能力的动力源。自哈勃发射以来，其数据已成为 21000 多篇科学论文的来源。其中6000多篇（约占30%）仅来自于SM4上安装的新仪器。

哈勃太空望远镜高级项目科学家珍妮弗-怀斯曼（Jennifer Wiseman）博士说："毫无疑问，哈勃上的新仪器和维修过的仪器正在提高我们前所未有的科学生产力。我们能够观测从紫外线到可见光再到近红外的各种波长，这为我们提供了一个工具箱，使我们能够以前所未有的强大方式开展新的科学研究。科学界根据自 SM4 以来拍摄的哈勃数据进行的研究正在蓬勃发展。"

在第四次维修任务期间安装的哈勃宽视场照相机3拍摄到了这张维斯特伦德2星团的图像，其中包含了银河系中一些最热、最亮、质量最大的恒星。图片来源：NASA、ESA、哈勃遗产小组（STScI/AURA）、A. Nota（ESA/STScI）和维斯特伦德2号科学小组

众多新发现

自 SM4 开始，哈勃在宇宙中绘制了自己的发现之路。它还与其他任务--如红外观测的詹姆斯-韦伯太空望远镜--密切合作，捕捉宇宙的全貌。

"韦伯确实能够看到哈勃无法捕捉到的红外波段的光，但韦伯无法看到哈勃能够看到的可见光和紫外光，而我们需要所有这些波段的光来研究几乎任何东西--无论是行星、系外行星、恒星系统、星系、星际介质还是宇宙学，"怀斯曼说。"现在科学家们提出的许多建议都涉及哈勃和韦伯，因为它们是解决天体物理学中一些最热门课题的重要合作伙伴。

NGC 5468 是一个距离地球约 1.3 亿光年的星系，这张照片结合了哈勃和詹姆斯-韦伯太空望远镜的数据。这是哈勃发现的最远的仙王座变星星系。它们是测量宇宙膨胀率的重要里程标。根据仙王座变星计算出的距离与该星系中的一颗Ia型超新星相互关联。Ia 型超新星的亮度非常高，它们被用来测量远超过蛇夫座星系范围的宇宙距离，从而将宇宙膨胀率的测量扩展到更深的空间。资料来源：NASA, ESA, CSA, STScI, Adam G. Riess (JHU, STScI)

随着哈勃在轨道上运行第35个年头的到来，第4次维修任务的遗产在望远镜的科学成果中得到了展示。"怀斯曼说："哈勃现在的科学成果比以往任何时候都要多，它在美国宇航局的旗舰科学任务组合中发挥着至关重要的作用。"美国国家航空航天局希望解决三个重大的战略性问题--我们是否是孤独的、我们是如何来到这里的以及宇宙是如何运转的--哈勃是解决这些问题的主要设施"。

哈勃多年来对木星的观测显示，这颗行星标志性的大红斑正在缩小，风速也在加快。资料来源：美国国家航空航天局/欧洲航天局

这些科学发现和令人震惊的图像是哈勃在全球范围内广为传颂的主要原因，但它在太空中的持久存在也提醒着人们一些更为深刻的东西。

麦克阿瑟回忆起 SM4 结束后的那一刻，当哈勃从机械臂上被释放后，机组人员有时间观察它。她说："除了注视着它，我什么也做不了，当时我的感觉是一种敬畏，或者说是对人类胆识的喜悦。我们有一些惊人的想法，比如，让我们建造一个望远镜，把它放在环绕地球的轨道上，揭开宇宙的奥秘--这些都是非常宏伟的设想。而现在，我正亲眼看着它，这个工程奇迹正是如此。这让我对人类充满信心，只要我们肯动脑筋，只要我们愿意共同努力，我们就能做到任何事情。"

哈勃发现了迄今为止发现的最远的单个恒星，它的光线经过了 129 亿年才到达地球。这幅细节图突出显示了 Earendel 星沿着时空涟漪（虚线）的位置，时空涟漪放大了这颗恒星，使得这颗恒星能够在如此遥远的距离上被探测到。同时标出的还有放大线两侧的镜像星团。变形和放大是由位于哈勃和埃伦德尔之间的一个巨大星系团的质量造成的。星系团的质量如此之大，以至于扭曲了空间结构，透过该空间区域看就像透过放大镜看一样--沿着玻璃或透镜的边缘，另一侧事物的外观被扭曲和放大。资料来源：NASA、ESA、Brian Welch（JHU）、Dan Coe（STScI）、Alyssa Pagan（STScI）

15 年前，人类的双手最后一次触摸美国宇航局的哈勃太空望远镜。

2009 年 5 月，当宇航员在望远镜的最后一次维修任务中执行收尾工作时，他们知道自己已经成功完成了有史以来最具挑战性和雄心勃勃的一系列太空行走之一。但他们当时并不知道自己真正产生了怎样的影响。

编译来源：ScitechDaily