簡報室
周家祥 / 文
認識哈伯太空望遠鏡
|
簡報室 |
周家祥 / 文 |
天文望遠鏡在太空有什麼好？
地面望遠鏡建造方便，成本低，以目前技術要造出超大口徑的望遠鏡早已不是問題；而現在運轉中的太空望遠鏡，最大口徑也不過是地面望遠鏡的數分之一，發射、維護及控制的成本昂貴得嚇死人，為什麼太空望遠鏡集中了大眾及學界那麼多的目光？
有人說那是各航太總署維持高額預算經費的手段之一，真的就只是這樣嗎？
其實，由哈伯運轉以來不斷展現出的精美影像，以及在天文學上獲得的一些重大發現，即使是一般大眾也會多少體認出它在當代天文學上的重要性。究竟太空望遠鏡的優勢在哪裡？或者說，地面望遠鏡究竟在哪一方面輸給了太空望遠鏡？
要怪就怪在地面望遠鏡頂上的那片大氣！
首先，大氣會吸收不少來自宇宙的電磁波段，除了可見光及一部分的無線電波之外，其它像是大部分的紅外線、紫外線、Ｘ射線及γ射線幾乎都到不了地面，不是被大氣反射就是被吸收了。這些波段的電磁波有不少對地球生命來說是致命的，大氣就像是生命的天然防護罩一般；不過對天文學來說，我們從遙遠星體中能獲得的訊息實在是少得可憐，幾乎全由星體發出的電磁波來解讀，因此這僅有的訊息若是短少任何一部分都將是極大的損失。以哈伯來說，它的紅外線及紫外線影像觀測就是地面難以辦到的事。
還有更重要的理由。我們知道望遠鏡的口徑愈大，影像的解析度就會愈好，也就是說能分辨得出愈細小的物體；但是地面望遠鏡有個致命的限制，就是大氣擾動會使影像晃動，當望遠鏡的解析度大到某一個程度之後，大氣擾動會使影像無法再更細緻下去，再大的口徑只能增加望遠鏡的集光力，解析度卻無法再提升。雖然現今的地面光學望遠鏡利用「調適光學」(Adaptive Optics, AO) 技術已可有效突破此一限制，不過在太空中的望遠鏡根本不需面對此限制，所以哈伯以其2.4公尺的口徑，解析度可達地面最大傳統光學望遠鏡的十倍之多，而日後若在太空有更大口徑的望遠鏡，其解析度還可以更佳。
當然，對於可見光觀測來說，白天一片亮的天空是無法觀測的，陰雨天也不行，在太空則是隨時可觀測，這也是大氣造成的。此外，人類活動造成的干擾也隨著文明進展愈來愈嚴重，「光害」是比較為人所知的可見光波段干擾，其實無線電波波段的干擾也很嚴重。
以下列出電磁波各波段在地面觀測的限制：
極長波：大氣中收不到，只能到太空觀測；
無線電波：地面可觀測，不易受大氣干擾，但有可能會受人類活動干擾；
紅外線：要在乾燥無水氣也無雲的大氣中才能有效觀測，那至少要在高山頂上；
可見光：只有天黑晴朗時可觀測，但是有可能會受光害干擾，還有解析度的限制；
紫外線、Ｘ射線及γ射線：要在極高的高空才能觀測，那是火箭才到得了的高度；
瞧！太空望遠鏡的優越性是不是很明顯了呢！