2009 年5 月，美國國家航空暨太空總署哈伯太空望遠鏡的最後一次維修任務（稱為SM4）標誌著太空梭訪問該望遠鏡的結束，並導致了重大升級和維修。這些改進使哈伯望遠鏡的科學能力超越了它以前的水平，為數以千計的研究論文做出了貢獻，並使其成為美國國家航空暨太空總署科學任務的基石。

麥可古德（站在太空梭遠端操縱系統的一端）在第4 次維修任務中對美國太空總署的哈伯太空望遠鏡進行翻新和升級。圖片來源：美國國家航空暨太空總署

15 年前，人類的雙手最後一次觸摸美國太空總署的哈伯太空望遠鏡。 2009 年5 月，當太空人在望遠鏡的最後一次維修任務中執行收尾工作時，他們知道自己已經成功完成了有史以來最具挑戰性和雄心勃勃的一系列太空行走之一。但他們當時並不知道自己真正產生了怎樣的影響。

“我曾對哈伯的壽命寄予厚望，希望它能至少再持續五年，甚至更長一點，與韋伯重疊，”宇航員、美國宇航局科學任務局前副局長約翰-格倫斯菲爾德（John Grunsfeld）說，他曾參加過三次哈伯維修任務，並擔任SM4 的首席任務專家。他說，”哈伯已經走過了15 個年頭，而且還在繼續強大。哈伯產生的科學成果是驚人的”。

在1990 年發射三十多年後的今天，哈伯繼續向地球發回令人驚嘆的影像，並進行開創性的科學研究。過去15 年的大部分功勞要歸功於維修任務4（SM4），這是維修和升級望遠鏡的第五次任務。

重要的使命

第4次維修任務於2009年5月11日發射，歷時12天，與以往任何一次任務都不同，其風險比第一次維修望遠鏡有缺陷的視網膜的任務還要高。隨著2004 年太空梭宣布退役，這將是最後一次太空梭哈伯任務。除了安裝兩台新儀器、更換和升級關鍵部件外，太空人還將對望遠鏡進行設計時從未設想過的維修。

太空人邁克爾-古德（Michael Good）和邁克-馬西米諾（Mike Massimino）在SM4 期間更換哈伯的一個速率感測器單元，該單元包含兩個陀螺儀。資料來源：美國國家航空暨太空總署

對於SM4 號太空人、這項任務中太空梭機械手臂的主要操作員梅根-麥克阿瑟（Megan McArthur）來說，這項任務的重要性在任務開始之前就已經深入人心。他們以為只是普通的見面會，就能拉開哈伯訓練的序幕，沒想到卻走進了一個擠滿了人的禮堂。

“她回憶說：”除了出現，我們還沒有做任何事。 “我看著我的一位船員，那一刻我們都熱淚盈眶，因為這有力地提醒了我這是多麼重要，對於全世界使用這架望遠鏡揭開宇宙奧秘的工程師和科學家這個龐大的群體來說多麼有意義。

當七名太空人搭乘亞特蘭提斯號太空梭飛向哈伯時，第二架太空梭奮進號在發射台上等待，以備需要救援時使用。 2003 年哥倫比亞號太空梭失事後，出於安全考慮，第4 次維修任務取消。公眾對該任務的支持激增，兩年後，該任務重新恢復，併計劃於2008年執行，但在望遠鏡關鍵的科學儀器指令和數據處理器發生故障後，任務又被推遲了一年。由於時間充裕，工程師得以在任務中增加一個替換設備。到SM4 發射時，兩台儀器–高級巡天照相機（ACS）和太空望遠鏡成像攝譜儀（STIS）–也出現了故障。

哈伯的設計和建造是為了在太空中進行維修，其模組化、即插即用式的組件可以輕鬆更換。在執行SM4 之前，太空人已經對其進行過四次訪問。 (維修任務3 分成了兩次任務（3A和3B），以便迅速對哈伯進行緊急維修）。但在SM4 期間，太空人首次在軌道上打開了兩個儀器進行手術。他們使用專門為這項任務設計的工具，打開了ACS 和STIS，更換了零件，重新接通了電源，並恢復了儀器的全部功能。

2009 年5 月，一隊勇敢的太空人搭乘亞特蘭提斯號太空梭開始了一次大膽的旅程。他們的任務是什麼？為哈伯注入新的生命，確保它的發現遺產能夠延續多年。資料來源：美國國家航空暨太空總署戈達德太空飛行中心；主要製作人：保羅-莫里斯（Paul Morris）：保羅-莫里斯

維修工作非常有效，現在這兩台儀器無需維修的時間是第4 次維修任務前幾年的兩倍多。

太空人拆除了兩台較舊的科學儀器，並增加了寬視場照相機3（WFC3）和宇宙起源攝譜儀（COS）。前者是一台功能強大的相機，可以看到一些紫外線和紅外線波長以及可見光，後者則可以將宇宙天體的紫外線分解成各種顏色進行分析。

由於這肯定是哈伯的最後一次太空梭飛行任務，望遠鏡必須保持最佳狀態。除其他任務外，太空人還安裝了一台新的科學計算機和隔熱材料。他們將望遠鏡使用了19 年的電池和所有陀螺儀（陀螺儀決定哈伯轉動的速度和方向）換成了改進版。現在，其中三個陀螺儀的運行時間已經超過了之前安裝在哈伯望遠鏡上的任何陀螺儀，其中一個陀螺儀已經連續運行了15 年，完成了超過9 兆次的旋轉。

這項工作充滿挑戰和緊張。有一次，將寬視野和行星照相機2鎖定到位的螺栓無法轉動。還有一次，哈伯的一個扶手上的螺絲脫落，阻礙了進入STIS 的通道，導致工作停滯了幾個小時，最後迫使宇航員邁克爾-馬西米諾（Michael Massimino）選擇用身體將扶手扳開。

格倫斯費爾德說：”在我三次前往哈伯的旅程中，每次任務的難度和工作範圍都在增加。當我們在2009年完成了HST-SM4的最後一次太空行走時，我感覺自己站在了世界之巔–就像我們在環繞地球的軌道上一樣–我們達到並超越了所有的預期。富有成效的天文台”。

當太空人告別哈伯時，他們留下的是一台以最高性能運行的望遠鏡–這台望遠鏡將為人類了解宇宙的探索注入活力。

執行第4 次維修任務的機組人員在亞特蘭提斯號太空梭上合影。圖中前排（由左至右）為太空人飛行員格雷戈里-約翰遜（Gregory C. Johnson）、指令長斯科特-阿爾特曼（Scott Altman）和任務專家梅根-麥克阿瑟（Megan McArthur） 。後排（從左到右）為太空人邁克爾-古德、麥克-馬西米諾、約翰-格倫斯菲爾德和安德魯-福斯特爾，他們都是任務專家。資料來源：美國國家航空暨太空總署

第4 號維修任務提供的STIS 和ACS 的復活以及WFC3 和COS 的安裝，使哈伯成為超越其以往能力的動力來源。自哈伯發射以來，其數據已成為21,000 多篇科學論文的來源。其中6000多篇（約佔30%）僅來自於SM4上安裝的新儀器。

哈伯太空望遠鏡高級專案科學家珍妮佛-懷斯曼（Jennifer Wiseman）博士說：”毫無疑問，哈伯上的新儀器和維修過的儀器正在提高我們前所未有的科學生產力。我們能夠觀測從紫外線到可見光再到近紅外線的各種波長，這為我們提供了一個工具箱，使我們能夠以前所未有的強大方式開展新的科學研究。 。

在第四次維修任務期間安裝的哈伯寬視野照相機3拍攝到了這張維斯特倫德2星團的影像，其中包含了銀河系中一些最熱、最亮、質量最大的恆星。圖片來源：NASA、ESA、哈伯遺產小組（STScI/AURA）、A. Nota（ESA/STScI）和維斯特倫德2號科學小組

眾多新發現

自SM4 開始，哈伯在宇宙中繪製了自己的發現之路。它也與其他任務–如紅外線觀測的詹姆斯-韋伯太空望遠鏡–密切合作，捕捉宇宙的全貌。

“韋伯確實能夠看到哈伯無法捕捉到的紅外線波段的光，但韋伯無法看到哈伯能夠看到的可見光和紫外光，而我們需要所有這些波段的光來研究幾乎任何東西–無論是行星、系外行星、恆星系統、星系、星際介質還是宇宙學，」懷斯曼說。 “現在科學家提出的許多建議都涉及哈伯和韋伯，因為它們是解決天文物理學中一些最熱門主題的重要合作夥伴。

NGC 5468 是一個距離地球約1.3 億光年的星系，這張照片結合了哈伯和詹姆斯-韋伯太空望遠鏡的數據。這是哈伯發現的最遠的仙王座變星星系。它們是測量宇宙膨脹率的重要里程標。根據仙王座變星計算出的距離與該星系中的一顆Ia型超新星相互關聯。 Ia 型超新星的亮度非常高，它們被用來測量遠超過蛇夫座星系範圍的宇宙距離，從而將宇宙膨脹率的測量擴展到更深的空間。資料來源：NASA, ESA, CSA, STScI, Adam G. Riess (JHU, STScI)

隨著哈伯在軌道上運行第35年的到來，第4次維修任務的遺產在望遠鏡的科學成果中得到了展示。 “懷斯曼說：”哈伯現在的科學成果比以往任何時候都要多，它在美國宇航局的旗艦科學任務組合中發揮著至關重要的作用。 “美國國家航空暨太空總署希望解決三個重大的戰略性問題–我們是否是孤獨的、我們是如何來到這裡的以及宇宙是如何運作的–哈伯是解決這些問題的主要設施」。

哈伯多年來對木星的觀測顯示，這顆行星標誌性的大紅斑正在縮小，風速也正在加快。資料來源：美國國家航空暨太空總署/歐洲太空總署

這些科學發現和令人震驚的圖像是哈伯在全球範圍內廣為傳頌的主要原因，但它在太空中的持久存在也提醒著人們一些更深刻的東西。

麥克阿瑟回憶起SM4 結束後的那一刻，當哈伯從機械手臂上被釋放後，機組人員有時間觀察它。她說：『除了注視著它，我什麼也做不了，當時我的感覺是一種敬畏，或者說是對人類膽識的喜悅。我們有一些驚人的想法，比如，讓我們建造一個望遠鏡，把它放在環繞地球的軌道上，揭開宇宙的奧秘–這些都是非常宏偉的設想。肯動腦筋，只要我們願意共同努力，我們就能做到任何事。

哈伯發現了迄今為止發現的最遠的單顆恆星，它的光線經過了129 億年才到達地球。這張細節圖突顯了Earendel 星沿著時空漣漪（虛線）的位置，時空漣漪放大了這顆恆星，使得這顆恆星能夠在如此遙遠的距離上被探測到。同時標示的還有放大線兩側的鏡像星團。變形和放大是由位於哈伯和埃倫德爾之間的一個巨大星系團的質量造成的。星系團的質量如此之大，以至於扭曲了空間結構，透過該空間區域看就像透過放大鏡看一樣–沿著玻璃或透鏡的邊緣，另一側事物的外觀被扭曲和放大。資料來源：NASA、ESA、Brian Welch（JHU）、Dan Coe（STScI）、Alyssa Pagan（STScI）

15 年前，人類的雙手最後一次觸摸美國太空總署的哈伯太空望遠鏡。

2009 年5 月，當太空人在望遠鏡的最後一次維修任務中執行收尾工作時，他們知道自己已經成功完成了有史以來最具挑戰性和雄心勃勃的一系列太空行走之一。但他們當時並不知道自己真正產生了怎樣的影響。

編譯來源：ScitechDaily