哈勃太空望远镜拍到宇宙喷泉延伸10万光年
在运筹帷幄了几十年之后，哈勃空间望远镜作为美国宇航局大型天文台中的第一个终于在1990年发射上天，开始决胜千里之外。在修复了主镜存在的结构问题之后，哈勃空间望远镜彻底地改变了天文学的许多领域，并且为大众奉献了一幅又一幅摄人心魄的宇宙画面。在过去19年间，哈勃太空望远镜已经获得29000颗天体的880000多份观察资料，并拍摄了超过570000张图片。
宇航员为哈勃空间望远镜安装新的仪器设备，使得“哈勃”始终在天文学中领跑。版权：NASA。
在过去的一个世纪里，天文学家根据近处恒星的距离推算出的遥远天体距离建立起了一个详尽的距离“阶梯”体系。距离阶梯的第一级是那些距离我们最近的恒星，由于地球绕太阳的轨道运动我们可以探测到它们在天空中的位置变化。这一被称为“视差”的效应由于只涉及到最基本的几何原理，因此它的结果十分可靠。这一方法的唯一局限是我们测量天体位置变化的精度。随着精度的提高，视差测量可以推广到更遥远的距离。
空间成像的高分辨率。左侧为位于夏威夷莫纳克亚的日本8米昴星望远镜所拍摄的模糊星系照片，右侧为哈勃空间望远镜所拍摄的同一星系。版权：NASA。
尽管恒星经常被认为是永恒不变的，但事实上它们是在不断演化的。新一代的恒星形成于气体星云，而老年恒星则通过行星状星云和超新星爆发最终演化成了白矮星、中子星和黑洞。这些恒星形成和演化的过程对于了解宇宙中的许多特征是非常关键的，这其中包括了星系演化、化学元素的散播以及气体的分布。
恒星的一生。图a：猎户星云是恒星诞生的地方。插图显示了一颗被尘埃盘包裹住的年轻恒星，而尘埃盘中则可能正在孕育行星。图b：大麦哲伦云中的蓝色年轻恒星以及形成这些恒星所遗留下的气体。图c：麒麟座V838和它的“光学回声”。图d：一颗垂死的恒星正在通过行星状星云抛射它的外部包层并且在中心留下一颗白矮星。图e：一个包含有许多老年恒星的球状星团，其中最暗弱的是白矮星。版权：NASA。
在恒星中的氢耗尽之后，其中心的主要能源也会枯竭，于是恒星就会经历剧烈的演化。在这一演化中，恒星会急剧膨胀并且抛射出大量的物质，然后要么爆发要么慢慢地变暗，并且留下一个致密的残骸（白矮星、中子星或者黑洞）。
远近不同的星系。图a：星系之间大相径庭的特性。图b：哈勃超深空区照片中的不规则星系。版权：NASA。
有多种办法可以测量宇宙的年龄。最保险的办法就是测量我们今天已知的最年老恒星，它们给宇宙的年龄设定了一个最可靠的下界。为了确定一群恒星的年龄，最理想的办法是找一个同时形成的星团。由于质量越大的恒星演化得越快——质量最大的恒星很快就演化成了超新星、中等质量的恒星（就像太阳）则会演化成行星状星云并且留下一颗暗弱的白矮星、低质量恒星的寿命则会和宇宙的年龄一样长，因此星团中的恒星会处于不同的演化阶段。而星团的年龄则可以从星团中还剩下的恒星的质量来得出。
在过去19年间，哈勃太空望远镜已经获得了以下重大发现——
首次证实暗物质的存在
天文学家基于哈勃天文望远镜的观测数据研究土星与星系群碰撞时，找到了暗物质存在的有力证据。他们对星系群1E0657-56进行了观测，该星系群也被称为“子弹星系群”，他们发现两组星系在重力拉伸作用下暗物质和正常宇宙物质被分离开了，这项研究首次证实了暗物质的存在，这种无形物质是无法通过望远镜进行探测的。暗物质构成了宇宙的主要质量，并构成了宇宙的底层结构。暗物质能与宇宙正常物质（比如气体和灰尘）发生重力交互作用，促进宇宙正常物质形成恒星和星系。
探测到冥王星的卫星
哈勃天文望远镜对我们太阳系的外围区域进行了勘测，进一步研究冥王星和其他冰冷的天体。它发现了环绕冥王星的两颗新卫星——Nix和Hydra，这两颗卫星的颜色与冥卫一相同。这三颗卫星具有相同的颜色暗示着它们可能同时诞生于数十亿年前某颗星体与冥王星的碰撞。
类星体明亮的光线
类星体令人难以捉摸并且非常神秘，自从1963年发现类星体之后，天文学家就一直致力于探测类星体是如何紧密地结合了光线和其他放射性物质。类星体位于宇宙外沿区域，能够产生大量的能量。类星体并不比太阳系大，但是其亮度却与拥有数千亿颗恒星的星系相当。
彗星碰撞木星
哈勃天文望远镜拍摄到数十颗彗星碰撞木星的情景，图片显示可观的爆炸发送强烈的蘑菇状热气体火球进入木星上空。此次碰撞木星的彗星群叫做“Shoemaker-Levy9”，它两年前就被木星分裂成许多小彗星，最终当小彗星落在木星表面上时，在木星行星云中留下了临时性的熏黑斑点。
加速宇宙
哈勃天文望远镜通过观测到遥远爆炸恒星释放出的光束，将有助于科学家发现暗能量。几年之后，哈勃天文望远镜的观测结果显示，宇宙暗能量在数十亿年里与重力展开着拔河竞争，暗能量起到了重力的反作用力，促进宇宙以更快的速度进行膨胀。
完整的星系形成过程
哈勃天文望远镜提供了星系随着时间的流逝如何形成现今所观测到的巨大星系，它拍摄到遥远宇宙星系一系列独特的观测照片，许多星系存在仅7亿年，这项观测提供了宇宙以可见光、紫外线和近红外线视角下的景象。
可见光视角下探测到第一颗地外行星
天文学家使用哈勃天文望远镜拍摄到可见光视角下的第一颗地外行星，并探测到该行星具有大气层。这颗行星的学名为“北落师门b”，是环绕明亮的北落师门恒星运行的一颗小行星，距离地球25光年，位于PiscisAustralis星座之中。一个直径为215亿英里的巨大残骸圆盘包围着这颗恒星，这颗行星就位于残骸圆盘内部。
超大质量黑洞“称重”
哈勃天文望远镜探测到星系的浓密中心区域，并强有力地证实超大质量黑洞位于星系中心位置。超大质量黑洞紧裹着数百万至数十亿颗太阳的质量。这里拥有许多重力，使其吞并任何周围物质。这种复杂的“吞并机制”并不能直接观测到，这是由于甚至光线也难逃重力的束缚。但是哈勃天文望远镜能够直接进行探测，它帮助天文学家通过测量黑洞周边物质旋转速度测量出几个超大质量黑洞的质量。
宇宙中最强烈的爆炸
科学家曾猜测地球大气层臭氧层中可燃烧强大的光线束和其他放射物质，但幸运的是像如此强烈的辐射不会发生在地球上，只存在较遥远的宇宙区域。如图所示，这种强烈的爆炸称为伽马射线爆，它可能是自宇宙大爆炸之后最强烈的爆炸事件。哈勃天文望远镜显示放射物质在遥远星系中短暂的闪光，这里的恒星形成概率非常高，该望远镜的观测结果证实强大的光线束源自超大质量恒星的崩溃。
行星诞生于恒星灰尘盘
天文学家通过哈勃天文望远镜证明了行星可形成于恒星周围的灰尘盘，它的观测结果显示之前已探测一颗行星位于恒星EpsilonEridani旁，并以地球视角的30度进行环绕，同样恒星的灰尘盘也有相同的倾斜角度。虽然天文学家长期推断行星形成于这样的灰尘盘，但这是经观测而证实的研究。
恒星绚丽地死亡
哈勃天文望远镜以壮观的绚丽色彩结束了自己的生命，它如同秋季树木呈现多彩的叶子。这颗类似太阳的恒星在生命的最后历程中，向太空喷射最外层的气态层，这一气态层开始燃烧，释放出红色、蓝色和绿色，它被称为“行星状星云”。
宇宙的年龄
哈勃天文望远镜的观测结果使宇航员能够通过两种方法精确地计算出宇宙的年龄，第一种方法是依赖测量宇宙膨胀的比率，结果显示宇宙的年龄大概是130亿年；第二种方法是通过测量叫做白矮星的年老昏暗恒星所释放出的光线，该方法证实宇宙存在至少120－130亿光年。
