寻找时间的起点

当宇航员下周最后一次访问哈勃太空望远镜时，一项特殊的升级将前所未有地照亮黑暗——它涉及取出让哈勃在过去十五年里看得清楚的矫正镜片。

宇宙起源光谱仪是一种冰箱大小的仪器，将取代哈勃望远镜原来的校正光学装置，它将帮助天文学家更多地了解宇宙的大尺度结构。科学家希望它能帮助解释恒星和星系是如何演化的；碳和铁等生命的基本成分是如何形成的；物质在宇宙中的分布情况；以及物质到底是什么。

太空行走的宇航员还将安装一台全新升级的相机，该相机将在未来五年内继续拍摄宇宙明信片。但有了 COS，哈勃的下一阶段将专注于看不见的科学，以帮助天文学家更好地了解照片无法捕捉到的暗物质。

科罗拉多大学天体物理学教授、COS 团队成员迈克尔·舒尔 (Michael Shull) 表示：“构成行星和生命的所有物质都是在恒星内部形成的，所以如果它们在星际空间，那么很可能是被恒星吹到那里的。这是最前沿的问题之一——不仅要知道物质有多少，还要知道物质是什么。”

光谱仪将光波分解成其组成颜色，就像雨滴将阳光分解成彩虹一样。任何发射或吸收光的物体都可以用光谱仪进行研究。通过检查光谱，科学家可以弄清楚他们看到的光是由什么组成的。我们既看不到也完全无法理解的冷暗物质的引力将普通物质拉入所谓的宇宙网，即被巨大空洞隔开的星际气体细丝。

COS 将使用类星体（一种遥远的恒星状物体）作为灯塔，通过该网络发送微弱的信号。一些类星体发出的光会被网络中的物质吸收，如果科学家能够确定哪些部分光被吸收，他们就能弄清楚吸收光的物体的结构。

“每当来自遥远物体的光穿过暗物质细丝时，我们就会发现缺失的普通物质——氢、氦、氧、所有重元素，然后我们就会弄清楚（被遮蔽的物质）是由什么构成的，”舒尔说。“通过仔细观察，我们将能够看到这些以前从未有人见过的细小细丝。”

他将这一过程与 CT 扫描进行了比较，CT 扫描将多张图像组合在一起，生成整个人体结构的图片。

“每个光谱都以不同的角度穿透宇宙网。如果你得到许多光谱，你就能拼凑出它的样子，”他说。“我们的搜索是寻找星际介质。它已经超越了‘缺失物质在哪里？’我们想弄清楚，它是由什么构成的，它是如何到达那里的？”

为了给 COS 腾出空间，宇航员将拆除 Costar，即“校正光学太空望远镜轴向替换装置”，它用于校正哈勃离焦主镜。它于 1993 年安装，是美国宇航局的一大成就，拆除它标志着哈勃望远镜进入新时代，其所有新仪器均配有校正光学装置。

巴尔的摩太空望远镜科学研究所的天文学家和外联科学家弗兰克·萨默斯表示，这次任务就像升级计算机的主板、内存和电源。

“你会感觉自己拥有了一台全新的计算机，尽管底盘、盒子和显示器都保持不变，”他说。“我们对哈勃望远镜也做了同样的事情。镜筒、镜子和基本部件保持不变，但我们更换了后端处理光线的电子设备。”

萨默斯说，对于望远镜来说，这是一个合适的进化，因为它首先是一种科学仪器。

“哈勃望远镜并不是太空中的傻瓜相机，”他说，“它的目的是从这些图像中提取科学信息……它的目的是看到人眼看不到的东西。”

COS 比其他光谱仪更能发挥这一优势，因为它的设计目的是为了更高效地处理光线。科学家们在安装之前还无法得知，但它的效率将比哈勃目前已停用的太空望远镜成像光谱仪高出 10 到 30 倍，Shull 说。

哈勃望远镜的观测时间被轨道分割，而 COS 的高效率将在一个轨道上完成过去需要 20 个轨道才能完成的工作。这让科学家感到高兴，尤其是当他们有 550 个轨道可以使用时，就像 Shull 那样。他们可以使用更少的轨道来观察相同的物体，或者他们可以观察更暗的物体。

舒尔说：“我们希望在更短的时间内获得真正优质的数据、高信号数据。”

宇航员还计划修复2004年停止工作的STIS。如果宇航员能够修好它，这两台光谱仪将提供全套​​太空棱镜。

舒尔与哈勃的渊源可以追溯到他的博士论文导师莱曼·斯皮策，斯皮策于 1946 年首次提出了太空望远镜的想法。舒尔表示，如果没有哈勃这样的天文台，研究宇宙起源是不可能的。

“这就是我们热爱哈勃望远镜的原因，”他说。“我认为未来五年它将非常令人兴奋。”