自1990年發射升空至今，哈伯太空望遠鏡捕捉到無以數計的壯麗影像，包括太陽系與系外行星、遙遠的衛星、大量的小行星、行蹤飄忽的彗星、爆炸的恆星、高聳的星雲，以及碰撞中的星系。不過，由於NASA已不再對哈伯望遠鏡進行實體維修，這架「時光機」很可能會在不久的未來停止運作，因此，使用哈伯進行觀測研究的天文學家、也是頂尖太空攝影專家吉姆．貝爾教授寫下了這本終極版的哈伯專書，向哈伯望遠鏡服役30週年誌慶，並回顧它為天文知識帶來的眾多進展。書中包含五大重點：
■以大尺寸高解析畫面呈現歷來最經典的哈伯天體照片
■詳細解說這些拍攝成果在天文學上的意義
■哈伯帶來的重大發現與後續研究
■使哈伯的建造、維護與升級得以實現的工程技術
■哈伯的下一步，以及繼哈伯之後的太空望遠鏡計畫

太陽發出的光要八分半鐘才會抵達地球，因此我們看到的太陽是它八分半鐘之前的樣子。同理，往太空愈深處望去，看到的就是愈久以前的太空。哈伯太空望遠鏡能看見太空非常久以前的樣子，包括數百萬、甚至數十億年前的恆星、星雲和星系。
　　
哈伯揭露的宇宙起源和演變歷程，遠超過其他太空望遠鏡。要是沒有哈伯，我們就不可能準確地知道大爆炸發生在將近138億年前，或者大質量黑洞在宇宙中很普遍，或者需要更多證據支持暗物質的存在。2020年4月，這架當代最重要的望遠鏡已經滿30歲，並進入可用年限的最後階段。哈伯先前已歷經五次太空維護任務，為本書撰寫序言的太空人約翰．格倫斯菲爾德參與了其中三次，今後哈伯將不再接受實體維護，但在停止運作之後，哈伯的遺產仍會長久傳承下去。
　　
本書作者吉姆．貝爾教授是使用哈伯望遠鏡的天文學家，也是頂尖太空攝影專家，他在這本精采的專書中細數哈伯的所有成就，我們會了解哈伯如何拓展人類對宇宙的認識，以及我們在宇宙中的位置。

譯者簡介
徐麗婷

政大應用物理所兼任助理教授，北市天文館期刊《臺北星空》的特約作者。於德國慕尼黑大學取得物理博士學位，博士論文即是以哈伯太空望遠鏡的觀測結果作為主要的研究資料來源。曾於德國馬克斯．普朗克地外物理研究所、中研院天文物理研究所從事研究工作。目前專注於科普教學、寫作和翻譯。此外，平時並帶領科普讀書會，積極推廣天文科普知識，希望能以淺顯的語言文字讓大眾領會科學之美。

序言 ………………x
前言 ………………1
工程與歷史 ………10
科學 ……………….36
太陽系..................... 38
恆星 …………………72
星雲............................102
星系 …………………134
遙遠的宇宙..................166
超越哈伯......................188
備註和延伸閱讀......... 196
索引 …………………200
謝誌 …………………204
圖片來源 ……………205

哈伯太空望遠鏡上的相機可以拍出壯麗的彩色照片，但大部分時候它們不是「真實的顏色」（即我們用肉眼就可以看到的顏色），而是由光譜上我們肉眼不可見的顏色所組成的，再以肉眼可見的「假色」輸出。這裡所看到的例子，就是著名蟹狀星雲的戲劇性假色合成影像，它是在公元1054年由附近一顆大質量恆星爆炸後四散的遺骸（見第109頁）。這張照片是先把地面和太空望遠鏡所分別拍攝到的不同電磁波段影像（見右邊上方的單張照片），重新定義成給我們肉眼可見的紅色、綠色和藍色，再進行假色影像的合成。光譜上不同的波段分別透露出星雲中不同部位的訊息：電波影像（VLA）可以顯示出磁場分布圖；紅外線影像（史匹哲太空望遠鏡）可以穿透充滿塵埃的區域，描繪出埋藏在最深處的天體結構；可見光影像（哈伯）可以繪製出星雲中氫氣的分布圖；紫外線影像（Astro-1太空望遠鏡）描繪出較冷、能量較低的電子分布；而X射線影像（錢卓太空望遠鏡）則是顯示出從螃蟹中心快速旋轉的脈衝星中所噴出的熾熱電子。

走入歷史的哈伯儀器

哈伯到目前為止30年的生命中，包括COSTAR在內，使用了十幾種不同的儀器來達成驚人的科學成果。望遠鏡最初發射時配備了五種儀器：
1.一臺由NASA的噴射推進實驗室（Jet Propulsion Laboratory，簡稱JPL）所製造、具有廣角視野和更高解析度的廣角和行星相機（Wide Field and Planetary Camera，簡稱為WFPC，發音為「wiff-pic」）。
2.另一臺相機是由ESA所資助的暗天體相機（Faint Object Camera，簡稱為FOC），其設計是以極高的靈敏度來觀測最暗、最遠的天體。
3.一臺由NASA的戈達德太空飛行中心（Goddard Space Flight Center）製作的光譜儀，稱為戈達德高解析攝譜儀（Goddard High Resolution Spectrograph，簡稱GHRS）。
4.一臺由加州大學-聖地亞哥分校所製作的光譜儀，稱為暗天體攝譜儀（Faint Object Spectrograph，簡稱為FOS）。
5.一臺由威斯康辛大學所製造的高速光度計（High Speed Photometer，簡稱為HSP），其設計是用來研究在超新星爆炸和其他天文物理事件中快速改變的光度變化。
哈伯的這五臺儀器，經過五次的太空梭維護任務之後，最後全部都被更先進、功能更強大的版本所取代（見第25頁「哈伯維護任務」）。

哈伯的貢獻

說哈伯太空望遠鏡徹底改革了現代天文科學一點也不誇張。哈伯讓研究人員能夠非常精確地計算宇宙的膨脹率，藉此透露了大霹靂極有可能發生在 137.99 億年前（正負誤差僅約2000 萬年！）。哈伯收集了相關研究以來最暗、最遙遠天體的光，提供了人們瞭解星系起源與演化所需要的關鍵數據，這些數據可以追溯到宇宙早期生成的第一個星系。在哈伯30年的歷史中，還有其他大量的科學發現和高品質的產出：第一張系外行星圍繞著另一顆恆星的可見光圖像；第一個也是目前為止能夠最準確地證實暗物質存在的測量結果；捕捉到恆星誕生和死亡其細緻又壯麗的圖像；發現超大質量黑洞在宇宙中是很常見的現象；驚訝地發現在撞擊事件中所釋放出來的巨大能量，例如1994年舒梅克-李維九號彗星與木星的碰撞（見第40和41頁）；發現和分析新的太陽系衛星、行星環、小行星和彗星，以及其他不勝枚舉的例子。...

序言
約翰．格倫斯菲爾德（John M. Grunsfeld）博士
天文物理學家／太空人，外號「哈伯修理工」

幾千年來，人類一直仰望夜空，希望從星星的排列，以及月亮、行星與偶爾出現的彗星曲折的移動路徑中找到意義。現代文明並未改變我們對宇宙奧祕的熱愛，我們對宇宙本質的好奇心更是不減反增。我們知道宇宙誕生於138億年前的「大霹靂」，並不斷地膨脹成今日透過望遠鏡所見到的星系分布，有了望遠鏡，我們的視野得以擴展到遠遠超出祖先所能看到的範圍。所以我們知道宇宙中散布著黑洞、在夜空中看得見的恆星幾乎都有行星環繞。這些知識要歸功於天文學家，他們投入一生研究地面與太空望遠鏡取得的數據；同時也要歸功於那些以無比巧思建造天文臺的工程師和技術人員。哈伯太空望遠鏡就是這樣一座位於太空的天文臺，它在天文發現史上占有獨特的地位。哈伯望遠鏡所獲得新發現的廣度和深度，使得它可能是人類有史以來建造過最重要的科學儀器。我們慶祝1990年哈伯發射30週年之際，同時也在慶祝人類追求知識這趟不可思議的發現之旅。

哈伯太空望遠鏡的觀測結果有助於為古老的問題提供解答，例如：我們從哪裡來？物質、恆星、行星、星系，以及組成我們的化學元素是從哪裡來的？我們將會去哪裡？我們太陽系的未來軌跡是什麼？太陽的未來和我們宇宙中星系的命運是什麼？黑洞存在嗎？（是的！）鄰近的恆星周圍有行星嗎？（是的！）

然而，所有的這些科學議題在某方面與哈伯最重要的成就相比，都顯得黯然失色：哈伯相機所拍攝的影像中，向我們展示的宇宙比我們想像的更豐富、更美麗。這本書中所呈現的這些如今已為人熟知的圖片，啟發了世界各地的人，振奮了我們的精神，也激發了我們的好奇心。

哈伯太空望遠鏡儘管帶來了許多奇蹟和讚嘆，但這輝煌的30年其實過得並不安穩。1990年，哈伯才剛由發現號太空梭送上太空就停擺了，而且幾乎沒人預期它會成功。因為這座指標性望遠鏡的2.4公尺主鏡（見第4頁）有一個製作上的小缺陷，導致第一次拍出來的影像模糊不清，天文學家擔心這項任務可能會近乎完全失敗。投入這架望遠鏡的金額高達數十億美元，公眾和美國國會對於哈伯竟然在光學系統上出問題感到困惑和憤怒。更糟糕的是，哈伯成為深夜電視節目上的笑柄和社論漫畫家的素材。但是，對所有人來說幸運的是，這不是故事的結束，而是一段奇妙旅程的開始，我們不僅拯救了望遠鏡，還將它的視野擴展到最初建造時無法想像的境界。

當時在NASA領導階層的支持下，傑出的哈伯設計師想到了望遠鏡的一項獨特優勢：利用太空梭將望遠鏡送入地球軌道的載運方式，能夠在後續的任務中由太空人為望遠鏡提供維修服務。於是這開啟了公認最著名的太空梭任務之一——修理和維護哈伯太空望遠鏡。1993年由奮進號太空梭執行的第一次維護任務，攜帶了新的儀器和校正光學組件，以「消除」主鏡的錯誤設計（見第4頁和第5頁）。

不誇張地說，NASA的未來、和往後的載人太空計劃都可能因此而存廢不明。值得慶幸的是，儘管面臨許多技術和人力的挑戰，我們仍然非常成功地完成了這個任務。從1993至2009年期間，總共執行了五次哈伯任務，每一次都挑戰了所有相關的工程師、科學家、技術人員、管理人員和太空人的聰明才智和毅力。我有幸參與了五次中的三次飛行任務，以太空漫步來升級和維修望遠鏡。

1997年，我被指派執行我個人的第三次太空飛行任務，...