基本介紹
簡介,定義,優點和缺點,第一架空間望遠鏡,在高處觀測太空的歷史,相關資料,詹姆斯·韋布空間望遠鏡,充氣式空間望遠鏡,已功成身退的太空天文台或望遠鏡,服役中的太空天文台或望遠鏡,計畫中的太空天文台或望遠鏡,各國空間望遠鏡,
簡介
大量的望遠鏡被發射到了軌道上，其中的大部分大大的增加了我們對於宇宙的認識。在地球表面進行天文學的研究會由於地球大氣層的電磁輻射的干擾和過濾而受到限制。所以需要把天文學的觀察儀器放置到太空中。在地球大氣層外圍繞地球旋轉的望遠鏡即不會受到眨眼效應(由於大氣中空氣的流動所造成的）也不會受到地球表面人工光源的光污染。
然而外太空天文學對於在光和無線電波頻率範圍外的研究更為重要，因為只有光和無線電頻率的電磁信號才不會被大氣層所隔斷。舉例來說，X射線天文學在地球表面是不可能的，而現在這門學科由於擁有X射線望遠鏡衛星的發射而在天文學中占據了重要的地位。同樣的紅外線和紫外線也被大量的阻斷了。
太空天文台可以被分成兩類：觀察整個宇宙的和對宇宙中某個部分觀察的
許多太空天文台已經幾乎完成了它們的任務，而另外一些則仍然在運作中。
定義
優點和缺點
由於避開了大氣的影響和不會因重力而產生畸變，因而可以大大提高觀測能力及分辨本領，甚至還可使一些光學望遠鏡兼作近紅外、近紫外觀測。但在製造上也有許多新的嚴格要求，如對鏡面加工精度要在0.01微米之內，各部件和機械結構要能承受發射時的振動、超重，但本身又要求儘量輕巧，以降低發射成本。
空間望遠鏡
空間望遠鏡第一架空間望遠鏡
第一架空間望遠鏡又稱哈勃望遠鏡，於1990年4月24日由美國發現號太空梭送上離地面600千米的軌道 。其整體呈圓柱型，長13米，直徑4米 ，前端是望遠鏡部分 ，後半是輔助器械，總重約11噸。該望遠鏡的有效口徑為2.4米 ，焦距57.6米 ，觀測波長從紫外的120納米到紅外的1200納米，造價15億美元 。原設計的解析度為0.005 ，為地面大望遠鏡的100倍 。但由於製造中的一個小疏忽 ，直至上天后才發現該儀器有較大的球差，以致嚴重影響了觀測的質量。1993年12月2～13日，美國奮進號太空梭載著7名太空人成功地為“哈勃”更換了11個部件，完成了修復工作，開創了人類在太空修復大型太空飛行器的歷史。修復成功的哈勃望遠鏡在10年內將不斷提供有關宇宙深處的信息 。1991 年4月美國又發射了第二架空間望遠鏡，這是一個觀測γ射線的裝置，總重17噸，功耗1.52瓦，信號傳輸率為17000比特/秒 ，上面載有4組探測器，角解析度為5′～10′。其壽命2年左右。
空間望遠鏡
空間望遠鏡在高處觀測太空的歷史
相關資料
21世紀之初，美國航空航天局(NASA)計畫實施一系列重大空間觀測項目。預期在前後十餘年時間之內，把4台大型天文觀測設備送入外層空間。此項宏偉規劃，是繼20世紀90年代哈勃太空望遠鏡取得輝煌成功之後，NASA跨世紀太空探測藍圖中承前啟後的又一次大手筆。
空間望遠鏡
空間望遠鏡這些耗資鉅億的大型空間天文台，使用最先進的技術手段"武裝到牙齒"，以實現前所未有的高靈敏度、高解析度、大視場及同時觀測多個天體的能力。從整體而言，它們探測宇宙的效能將全面超越其先驅者哈勃太空望遠鏡(HST)。它們的投入運行，必然極大地拓展人類認識宇宙的視野。
首先將於2001年發射升空的是"空間紅外望遠鏡(SIRTF)"，其主鏡口徑84厘米，配備極高靈敏度的紅外探測元件。為徹底避開地球紅外輻射的干擾，它將巡遊於近千萬公里之遙的深空軌道。當望遠鏡在外層空間，處於極低溫的條件下進行觀測時，紅外波段的宇宙"面容"可謂纖毫畢現，比之於地面觀測何止清晰百萬倍！
計畫中的第二台儀器是"空間干涉望遠鏡(SIM)"。預計在2005年3月送入繞地軌道。它實際上是一個在空間釋放的由7架30厘米口徑鏡面排列而成長達9米的望遠鏡陣。運用光學干涉技術，其最終的空間解析度可比HST勝強近千倍。建造這台望遠鏡的技術要求極高，它的套用將使天文學家分辨遙遠恆星的能力邁上新的台階。
下一個登場的是"新世代望遠鏡(NGST)"，定於2007年上天。NGST也是專為紅外觀測而設計的，與SIRTF不同的是，它的口徑可達7.5米。其集光能力接近HST的9倍，但造價卻只及HST的四分之一。
對地外生命的不懈探索乃是NASA空間計畫的點睛之筆。"地外行星發現者(TPF)"集空間望遠鏡技術之精粹，欲為人類尋覓太空知音建立不世之功。TPF計畫在2010年到2012年之間發射上天。它的設計思路與SIF相仿，但在規模和性能上已不可同日而語。SIF的可收卷鏡陣延伸9米上下，而TPF的鏡面陣列則可達百米尺度。利用其空前的高解析度，人們足以探明，在太陽系鄰近數十光年之內，是否存在與地球條件相似的行星。
TPF的具體項目規劃尚在襁褓之中，然而無庸置疑，對解開人類在宇宙中的地位這一亘古之謎，TPF定將作出其歷史性的貢獻。
詹姆斯·韋布空間望遠鏡
每過十年，美國的天文學家就會對未來進行一次規劃，列出他們最想要的東西。這一做法使得美國天文學界在最核心的問題上形成了統一戰線，可以同仇敵愾、一致對外。在2000年天文學家們公布的清單上，下一代空間望遠鏡占據了顯赫的位置，它將接替哈勃空間望遠鏡（HST）挑起美國天文學的大梁，並且使得美國天文學繼續保持“領跑”的態勢。
這就是詹姆斯·韋布空間望遠鏡（JWST），它先進的光學系統、獨特的軌道以及有別於HST的工作波段將給我們帶來一個全新的宇宙。但同時它不斷上漲的成本，也在不斷地拖累美國航宇局（NASA）整個的空間科學計畫。這也使得它自誕生那一刻起就處在風口浪尖之上。
尖端技術放眼早期宇宙
甚至在HST發射前一年的1989年，美國空間望遠鏡研究所的天文學家就開始籌劃下一代空間望遠鏡了。按照目前的計畫它將在2014年發射。作為燞ST的接班人，JWST將扛起下一代空間望遠鏡的大旗。
不過HST主要觀測的是可見光和紫外波段，而JWST的優勢則在紅外波段。位於大氣層之上的JWST可以對波長從0.6微米（可見光譜紅端）到28微米（遠紅外的起始）的輻射一覽無遺。JWST6.5米的直徑也讓它變得十分靈敏，在紅外波段它擁有猶如HST在可見光波段的解析度，它還可以看到比HST犓?芸吹降淖畎等醯奶焯寤掛?瞪?0～100倍的天體。
為此JWST將採用一系列的尖端技術，例如由鈹製成的超輕型光學系統、超靈敏紅外探測器以及一個能讓中紅外探測器長期維持在7開的制冷機。進入紅外波段意味著望遠鏡必須要有較大的口徑，但是這也帶來了發射上的麻煩。JWST的反射鏡實在太大，目前現有的任何火箭都沒有辦法把它送上天。因此不得不“化整為零”，先將鏡面收起來待發射入軌之後再將鏡面打開。而為了在紅外波段進行觀測，JWST還必須遠離熱源。它會使用多層結構來保護望遠鏡免受陽光照射，同時還要遠離地球的影響。為此JWST將會被發射到距離地球達150萬千米的第二拉格朗日點附近，在那裡它能具有比HST更大的可視天區。但是一旦JWST牫雋巳魏撾侍猓?鞝艘T兜木嗬朧溝孟餚ノ?薜暮教煸幣倉荒芡?笮頌盡K?訨WST必須一開始就在每個細節上都表現完美才行。除了被動的降溫方式之外，JWST還會用制冷機來給自己降溫。這使得它不會像先前的空間紅外望遠鏡（例如斯皮策空間望遠鏡）那樣工作壽命受到製冷劑供應的制約。
在紅外波段的觀測能力並不是可有可無的，它是必需的。如果你想深入早期宇宙，那么進入紅外波段是你唯一的選擇。理論認為，在大爆炸的光輝褪去之後，宇宙進入了一個長期的“黑暗時代”。最終，低溫物質聚集坍縮形成了第一代恆星，出現了第一縷光。這些最早的恆星正以極高的速度遠離我們，這會拉伸到達我們的光線，使得它的波長到達光譜的紅端。一般認為，第一代恆星在大爆炸之後小於10億年的時間裡便開始發光，所以它的紅移值可以達到20甚至更大——導致可見光進入紅外波段。這就是為什麼具有驚人視力的HST沒有在紅移大於7的地方發現這些天體的很大一部分原因。JWST會解決這個問題。年輕的恆星會發出紫外輻射，經過值為15的紅移之後就會進入波長為1.9微米的紅外波段，這正好位於JWST的最佳工作波段。
充氣式空間望遠鏡
NASA的科學家正在用充氣技術建一台望遠鏡，其大小接近哈勃的兩倍，但重量僅哈勃的六分之一左右。此外，在太空探測距離方面，這台長約25米的ARISE（Advanced Radio Interferometry between Space and Earth，太空與地球間的先進無線電干涉測量）望遠鏡也會令哈勃望塵莫及。據初步估計，ARISE的清晰度將是哈勃的3000倍。干涉測量是指用多條天線拍攝高清晰度照片的過程。為此，ARISE將用於拍攝黑洞、星際行星和其他天體。
雖然ARISE體積更大，但把它送入太空卻可能相當容易。ARISE望遠鏡的反射體（或天線）和鏡桿將用高級薄膜聚合物材料製造，這種材料可以摺疊並塞進小罐，然後將小罐置於主太空飛行器頂部。反射體自身會交織成一個網。裝反射體的罐子高約0.4米，直徑約1.8米。
ARISE太空飛行器可能會搭乘一個比現有太空飛行器更小的太空飛行器發射升空。當ARISE太空飛行器進入軌道後，網狀天線就釋放，但真正充氣的並不是這個部分。充氣的是三個鏡桿（鏡臂），它們將環繞網狀天線的充氣圈和太空飛行器連線起來。為了讓鏡桿和充氣圈充氣，太陽能會集中到太空飛行器上含液氫的熱交換器。熱量促使氣體形成，氣體隨即進入鏡桿和充氣圈。鏡桿一固定下來，天線也就固定了。整個充氣過程只需幾分鐘時間。
1996 年，奮進號太空梭（Space Shuttle Endeavor）配置了一個實驗性天線原型來測試這項新技術。這個14米的原型在幾小時後成功充氣，大大激發了人們深入研製充氣式太空飛行器的興趣。NASA表示，ARISE望遠鏡預計在2008年發射。
總有一天，用於研製ARISE望遠鏡的技術也能用於建造太陽帆，並推動太空飛行器以難以置信的速度衝出太陽系。與ARISE的鏡桿和充氣圈一樣，太陽帆會以相同的方式在太空中展開。反射器其實是用碳纖維製成的超薄鏡子，能吸收太陽能，並推動附屬太空飛行器的時速達到32.4萬公里。
已功成身退的太空天文台或望遠鏡
服役中的太空天文台或望遠鏡
計畫中的太空天文台或望遠鏡
各國空間望遠鏡
| 太空望遠鏡 | |
|---|---|
| 現役中 | AGILE·AKARI·錢德拉X射線天文台·COROT·費米伽瑪射線空間望遠鏡·蓋亞任務·星系演化探測器·高能瞬態探測器2號·哈勃空間望遠鏡·星際邊界探測器·克卜勒任務·國際伽瑪射線天體物理實驗室·LEGRI·MOST·核光譜望遠鏡陣列·PAMELA·太陽和太陽風層探測器·RadioAstron·斯皮策空間望遠鏡·朱雀衛星·伽瑪射線暴快速探測器·亞毫米波段天文探測衛星·太陽過渡區與日冕探測器·太陽動力學天文台·廣角紅外線探測器·廣域紅外線巡天探測衛星·XMM-牛頓衛星·IRIS |
| 計畫中 | TAUVEX(2010)·Astrosat(2012)·Spectrum-X-Gamma(2013)·ASTRO-G(2013+)·太陽系外行星巡天衛星(2012)·詹姆斯·韋伯空間望遠鏡(2018+)·新世界任務(2013)·達爾文任務(2015)·SPICA(2017)·TESS(2017)·歐幾里得衛星(2020)·雷射干涉空間天線(2020)·XEUS(2018) |
| 提議中 | 暗能量空間望遠鏡·菲涅耳成像器·先進技術大口徑太空望遠鏡 |
| 已結束 | ABRAXIS·Advanced Satellite for Cosmology and Astrophysics1993～2000）·ALEXIS（1993～2005）·Aryabhata·Astro 2（1995）·Astron（1983～1989）·Astronomical Netherlands Satellite（1974～1976）·BeppoSAX（1996～2003）·Broad Band X-ray Telescope·Copernicus Observatory·Cos-B·EXOSAT（1983～1996）Ginga（1987~1991）·Granat(1989~1998)·Hakucho(1979~1985)·HALCA(1997～2005)·HETE·HEAO-1（1977～1979）·HEAO-3（1979～1981）·RELIKT-1（1983～1984）·SAS-B（1972～1973）·Tenma（1983～1985）·愛因斯坦衛星（高能天文台2號 HEAO-2）（1978～1982）·奧丁衛星·軌道天文台（OAO）-2（1968～1973）·軌道天文台-3（哥白尼）（1972～1981）·國際紫外線探測衛星（International Ultraviolet Explorer)（1978～1996）·紅外線太空天文台（Infrared Space Observatory）（1996～1998）·紅外線天文衛星（IRAS）（1983）·極紫外探測器（1992～2001）·康普頓伽瑪射線天文台（CGRO）（1991～2000）·倫琴衛星（ROSAT）（1990～1999）·羅西X射線計時探測器（1995～2012）·太空中途紅外實驗·烏呼魯衛星（Uhuru）（1970～1973）·陽光衛星（Yohkoh）（1991～2001）·依巴谷衛星（Hipparcos）（1989～1993）·宇宙背景探測者（COBE）（1989～1993）·遠紫外分光探測器（1999～2007）·威爾金森微波各向異性探測器（2001～2010）·赫雪爾太空望遠鏡（2009～2013）·普朗克衛星（2009～2013） |
| 被取消 | 愛丁頓任務·類地行星發現者·太空干涉測量任務·星座-X天文台 |
| 參見 | |
