在望遠鏡發明之前，人們只能用肉眼或依靠簡單的工具進行天文觀測，因而觀測視野受到很大的限制。1609年，義大利科學家伽利略用自制的可以放大30倍的望遠鏡，第一次看到了月球上奇特的環形山，發現了木星的4顆大衛星，觀察到了太陽黑子、金星的盈虧變化以及銀河中密佈的點點繁星等過去從未見到過的奇妙現象。從此，專門用於天文觀測的望遠鏡就很快發展起來。
像普通望遠鏡一樣，天文望遠鏡能把遠處的景物拉到觀測者的眼前。天文望遠鏡比一般望遠鏡不僅要大得多，而且也精良得多。現代的天文（光學）望遠鏡折反射望遠鏡
品種很多，根據設計原理，大致可以分為三大類：
第一類是折射望遠鏡。這種望遠鏡是使用最早的望遠鏡。它的前端是以一個或一組凸透鏡作為物鏡，後面是一個目鏡。光線從前面進來，從後端出去。這種單遠鏡焦距較長，最適宜於天體測量工作。第一架天文望遠鏡——伽利略望遠鏡就是折射式望遠鏡。現在世界上最大的折射望遠鏡，是美國葉凱士天文臺的口徑為102釐米的望遠鏡。
第二類是反射望遠鏡。由於早期的折射單遠鏡有許多缺陷，看到的景物往往變形，並且在景物周圍總有一圈五彩繽紛的色暈，影響觀測精度，為了克服這些缺陷，牛頓發明了反射式望遠鏡。這種望遠鏡利用反射原理，用凹面鏡作為物鏡，把來自天體的光線反射、聚集起來，不僅成像質量較高，而且還有鏡筒較短、工藝製作較易等優點。因此，現代大型天文望遠鏡大多屬這種型別。目前世界上最大的天文望遠鏡，要數高加索山上那臺口徑6米和美國帕洛瑪山天文臺的口徑5?08米的反射望遠鏡了。後者的鏡頭玻璃就有20噸重，利用它可以窺見21等的暗星。
第三類是折反射望遠鏡，它是由德國光學家施密特設計出來的。這種望遠鏡綜合了前兩類望遠鏡的優點，視野寬，光力強，像差小，因而最適合用來研究月球、行星、彗星、星雲等有視面的天體。
1990年4月24日，美國太空梭“發現”號從卡納維拉爾角順利升空，25日把目前世界上最複雜的太空望遠鏡送入離地球610千米高的圓形軌道（1967年10月10日美國曾發射了繞太陽運轉的空間觀察站）。這架太空望遠鏡是由美國國家航空航天局和歐洲空間局聯合研製的一臺大型太空天文望遠鏡，原來計劃於80年代中期升空服役，後來因為1986年1月28日“挑戰”號太空梭爆炸而推遲。
這架太空望遠鏡以美國天文學家埃德溫·皮·哈勃的名字命名，以紀念他在星系天文學、宇宙結構和膨脹理論方面創造性的工作和傑出貢獻。
“哈勃”太空望遠鏡
哈勃太空望遠鏡是有史以來最大、最先進的天基天文望遠鏡（一般天文望遠鏡多設在陸地天文臺，以陸地為基地，稱為地基天文望遠鏡），其外形呈圓柱狀，長13米，直徑4?5米，總重量為12噸，兩側各有一塊長12米的大面積太陽能電池板。從遠處看去，哈勃太空望遠鏡猶如一隻滯留太空的巨大天鷹。哈勃太空望遠鏡主要由光學望遠鏡裝置、保障系統和科學儀器三部分組成。
光學望遠鏡裝置是太空望遠鏡的心臟，主要包括直徑2?4米的主反射鏡，直徑0?3米的副反射鏡和支撐結構，主反射鏡和副反射鏡的精密度是決定太空望遠鏡效能的重要部件。
光由艙門進入太空望遠鏡後，首先射到主反射鏡，再反射到相距4?5米處的副反射鏡；而後，副反射鏡又把光從主反射鏡中心的一個孔中反射到科研儀器上記錄成像。
保障系統是哈勃太空望遠鏡的主要裝置，包括有資訊傳輸、溫度監控、位置調解和電力供應等部分。資訊傳輸透過鏡上的無線電系統和地球同步通訊衛星完成。位置調解由鏡上的精密制導感測器感受望遠鏡的俯仰和偏航資訊，送給位置控制裝置實現，能保證望遠鏡的位置穩定在0?007弧秒內，使其方向飄移不超過0?007弧秒，以保障科學儀器的觀測工作。望遠鏡兩側有大面積矩形太陽能電池板，它把太陽能直接轉變成電能，供望遠鏡使用。科學儀器是哈勃太空望遠鏡一系列新成果的創造者，主要有五個。其中闇弱天體攝影機、闇弱天體分光攝譜儀、高解析度分光攝譜儀以及高速光度計四個儀器，其尺寸有一個電話間那樣大。均被安置在望遠鏡後部主反射鏡後面，在副反射鏡聚焦面附近，接收從副反射鏡反射來的光。第五個是廣角行星攝影機，它被安置在望遠鏡後部的圓周壁上。它們共同使用一個光學反射鏡系統。
闇弱天體攝影機是望遠鏡中最重要的科學儀器，顧名思義，它可以捕捉到一些不清晰、光線暗淡而微弱的遙遠天體，並把觀測到的情況記錄下來。它透過攝影機的光學轉換器把畫素點放大，提高其解析度。轉換器先把畫素的探測器視場角縮小，再用影象增強儀探測出來，後經放大送到終端熒光屏，形成一個相應的亮點；再用電影攝影機把熒屏上的掃描光點記錄下來，並儲存在電子計算機裡，最後構成影象。
闇弱天體分光攝譜儀主要用來測量闇弱天體的化學成分。它透過特殊的光柵和濾光片，可以製成光譜底片。
分析這些光譜底片，不僅可得到光源的化學成分資料，還能獲得光源的溫度、運動情況以及物理特性等資訊。
高解析度分光攝譜儀用於測量星際和星體周圍的紫外線輻射，以便研究爆炸星系的物理組成、星際中的氣體雲和星體物質的逸散等問題。
高速光度計是太空望遠鏡中最簡單的科學儀器。它可以測量從天體發來的極亮的光；還可以廣泛進行顯微水平的精密測量；能透過測量接收到目標天體發來的光的總和，而得出目標天體的距離。這個光度計將在精確測量銀河系及其他附近星系方面發揮更大作用。
廣角行星攝影機是由裝在一個儀器箱中的兩個獨立攝像機所組成，主要用於對行星進行觀測。由於其視野廣闊，所以能觀測到更大的宇宙空間，並能提供更精美的星體影象，所得到的行星影象，如同近距攝得的一樣清晰。由哈勃望遠鏡拍攝的太空哈勃太空望遠鏡的結構裝置，絕大部分由以美國洛克希德導彈與航天公司為首的多家廠商、大學和科研單位承包製造，而歐洲航天局承包了太陽能電池板和闇弱天體攝影機的研製工作。這架望遠鏡耗資15億美元，每年的維護費2億美元，可以在太空工作15年。
由哈勃太空望遠鏡拍攝的太空
哈勃太空望遠鏡實質上就是一顆大型天文衛星，猶如一座空間天文臺。由於它在地球大氣層外的宇宙中工作，從而消除了地面天文觀測的障礙；避開了大氣層對天體光譜的吸收和大氣層湍流對天體觀測的影響。這樣的環境優勢，使得哈勃太空望遠鏡的效能大大地提高了。
在美國哥達德太空中心，科學家們檢測了哈勃望遠鏡敏感的探測力，它的能力等於從華盛頓觀察到1?6萬千米外的悉尼的一隻螢火蟲。哈勃太空望遠鏡能夠探測出比地面望遠鏡可測光微弱數十倍的光線，相當於在地球上看清月球上2節手電筒的閃光。它的清晰度比目前地面望遠鏡高10倍。
美國宇航局的愛德華·韋勒說，一個地面望遠鏡能看清一顆10億光年的恆星，而哈勃太空望遠鏡能看到100億光年的恆星，可讓科學家們看清宇宙間還未成熟的恆星，因為它們的年齡也在100億到200億年之間。更令人吃驚的發現是，由於這個望遠鏡能看到從億萬千米遠天體上發光時的情況，因此它能讓科學家們知道光在到達地球前是什麼樣子。例如光從太陽到地球約需8分鐘，有了哈勃太空望遠鏡，科學家們就會知道光剛從太陽發射的情況。
科學家認為，這是自400年前伽利略用自制的望遠鏡觀察天體以來，天文學上又一令人驚奇的望遠裝置，它將揭開人類探索宇宙的新篇章，使人類認識一系列鮮為人知的奧秘。科學家希望它將幫助回答宇宙的形成和演變，地球以外是否有智慧生物等一系列科學難題。
為了確保太空望遠鏡在空間正常而有效地工作，必須有地面和空中的多方配合。為此而組成了包括太空梭、太空望遠鏡、跟蹤和資料中繼衛星以及地球站在內的大系統，所有這些方面缺一不可。
太空梭是太空望遠鏡的唯一運載工具，它主要承擔望遠鏡的發射入軌、在軌更換儀器裝置與檢修以及回收等任務。跟蹤和資料中繼衛星是位居地球靜止軌道的通訊衛星，由美國的“挑戰”號航天飛機發射入軌，它在太空望遠鏡系統中承擔著資訊的中轉傳輸任務，即把望遠鏡觀測得到的資料轉發給地面，並把地球站對望遠鏡的跟蹤和遙控資訊轉發給太空望遠鏡。太空望遠鏡系統所需的兩顆跟蹤和資料中繼衛星已由美國的太空梭於20世紀80年代中、後期發射入軌，分別定位在西經41度和170度赤道上空。這兩顆衛星與一個地球測控站組網，能使哈勃太空望遠鏡在其執行的85％時間與地面保持聯絡。
美國宇航局哥達德太空飛行中心內的太空望遠鏡操作控制中心，控制著哈勃太空望遠鏡環繞地球執行、觀測準備和探索宇宙的具體工作。首先要開啟望遠鏡的太陽能電池板，以便為鏡上各系統正常工作提供必要的能源。倘若太陽能電池遙控展開失敗，則可由太空梭上的宇航員去用手動搖桿將其開啟；如果望遠鏡由於某種原因不能使用，還可把它重新放回太空梭貨艙，帶回地面檢修。如果望遠鏡的各部分工作正常，整個太空望遠鏡系統就可開始聯網運轉，太空望遠鏡可將其觀測到的大量資訊，源源不斷地透過一個跟蹤和資料中繼衛星適時傳輸給地球站。
5月20日，哈勃太空望遠鏡首次睜開它的電子眼觀察宇宙，拍攝了具有歷史意義的第一張太空照片。
在當天的格林尼治時間15時12分，哈勃太空望遠鏡執行到新幾內亞查亞普拉上空時，廣角行星攝像機啟動1秒鐘，拍攝了首張黑白照片。隨後攝像機快門再次啟動，曝光30秒，拍攝了第二張照片；第一張照片拍攝的是銀河系中的NG3532星團，它距離地球約1260光年，是一個很難區別的星群；第二張拍攝的是太陽，這兩張照片先是儲存在磁帶上，兩個多小時後轉發到地面。
哈勃太空望遠鏡的第一批影象經過計算機處理，比原來預料的清晰度高2～3倍；雖然顯示有幾十個太陽的第二張照片，影象稍微拉長了，但在沒有完成望遠鏡光學系統調焦的情況下，得到這樣的照片，其質量比原來預料的還要好。
哈勃太空望遠鏡的軌執行週期為97分鐘，即每隔97分鐘繞地球執行一圈，一天之內日出日沒達15次，進出地球陰影區15次。
知識點
地球靜止軌道
地球靜止軌道又叫地球靜止同步軌道、地球同步轉移軌道，是指衛星或人造衛星垂直於地球赤道上方的正圓形地球同步軌道。由於在這個軌道上進行地球環繞運動的衛星或人造衛星始終位於地球表面的同一位置，所以地表上的觀察者在任意時刻始終可以在天空的同一個位置觀察到它們，並會發現它們在天空中靜止不動。
在望遠鏡發明之前，人們只能用肉眼或依靠簡單的工具進行天文觀測，因而觀測視野受到很大的限制。1609年，義大利科學家伽利略用自制的可以放大30倍的望遠鏡，第一次看到了月球上奇特的環形山，發現了木星的4顆大衛星，觀察到了太陽黑子、金星的盈虧變化以及銀河中密佈的點點繁星等過去從未見到過的奇妙現象。從此，專門用於天文觀測的望遠鏡就很快發展起來。
像普通望遠鏡一樣，天文望遠鏡能把遠處的景物拉到觀測者的眼前。天文望遠鏡比一般望遠鏡不僅要大得多，而且也精良得多。現代的天文（光學）望遠鏡折反射望遠鏡
品種很多，根據設計原理，大致可以分為三大類：
第一類是折射望遠鏡。這種望遠鏡是使用最早的望遠鏡。它的前端是以一個或一組凸透鏡作為物鏡，後面是一個目鏡。光線從前面進來，從後端出去。這種單遠鏡焦距較長，最適宜於天體測量工作。第一架天文望遠鏡——伽利略望遠鏡就是折射式望遠鏡。現在世界上最大的折射望遠鏡，是美國葉凱士天文臺的口徑為102釐米的望遠鏡。
第二類是反射望遠鏡。由於早期的折射單遠鏡有許多缺陷，看到的景物往往變形，並且在景物周圍總有一圈五彩繽紛的色暈，影響觀測精度，為了克服這些缺陷，牛頓發明了反射式望遠鏡。這種望遠鏡利用反射原理，用凹面鏡作為物鏡，把來自天體的光線反射、聚集起來，不僅成像質量較高，而且還有鏡筒較短、工藝製作較易等優點。因此，現代大型天文望遠鏡大多屬這種型別。目前世界上最大的天文望遠鏡，要數高加索山上那臺口徑6米和美國帕洛瑪山天文臺的口徑5?08米的反射望遠鏡了。後者的鏡頭玻璃就有20噸重，利用它可以窺見21等的暗星。
第三類是折反射望遠鏡，它是由德國光學家施密特設計出來的。這種望遠鏡綜合了前兩類望遠鏡的優點，視野寬，光力強，像差小，因而最適合用來研究月球、行星、彗星、星雲等有視面的天體。
1990年4月24日，美國太空梭“發現”號從卡納維拉爾角順利升空，25日把目前世界上最複雜的太空望遠鏡送入離地球610千米高的圓形軌道（1967年10月10日美國曾發射了繞太陽運轉的空間觀察站）。這架太空望遠鏡是由美國國家航空航天局和歐洲空間局聯合研製的一臺大型太空天文望遠鏡，原來計劃於80年代中期升空服役，後來因為1986年1月28日“挑戰”號太空梭爆炸而推遲。
這架太空望遠鏡以美國天文學家埃德溫·皮·哈勃的名字命名，以紀念他在星系天文學、宇宙結構和膨脹理論方面創造性的工作和傑出貢獻。
“哈勃”太空望遠鏡
哈勃太空望遠鏡是有史以來最大、最先進的天基天文望遠鏡（一般天文望遠鏡多設在陸地天文臺，以陸地為基地，稱為地基天文望遠鏡），其外形呈圓柱狀，長13米，直徑4?5米，總重量為12噸，兩側各有一塊長12米的大面積太陽能電池板。從遠處看去，哈勃太空望遠鏡猶如一隻滯留太空的巨大天鷹。哈勃太空望遠鏡主要由光學望遠鏡裝置、保障系統和科學儀器三部分組成。
光學望遠鏡裝置是太空望遠鏡的心臟，主要包括直徑2?4米的主反射鏡，直徑0?3米的副反射鏡和支撐結構，主反射鏡和副反射鏡的精密度是決定太空望遠鏡效能的重要部件。
光由艙門進入太空望遠鏡後，首先射到主反射鏡，再反射到相距4?5米處的副反射鏡；而後，副反射鏡又把光從主反射鏡中心的一個孔中反射到科研儀器上記錄成像。
保障系統是哈勃太空望遠鏡的主要裝置，包括有資訊傳輸、溫度監控、位置調解和電力供應等部分。資訊傳輸透過鏡上的無線電系統和地球同步通訊衛星完成。位置調解由鏡上的精密制導感測器感受望遠鏡的俯仰和偏航資訊，送給位置控制裝置實現，能保證望遠鏡的位置穩定在0?007弧秒內，使其方向飄移不超過0?007弧秒，以保障科學儀器的觀測工作。望遠鏡兩側有大面積矩形太陽能電池板，它把太陽能直接轉變成電能，供望遠鏡使用。科學儀器是哈勃太空望遠鏡一系列新成果的創造者，主要有五個。其中闇弱天體攝影機、闇弱天體分光攝譜儀、高解析度分光攝譜儀以及高速光度計四個儀器，其尺寸有一個電話間那樣大。均被安置在望遠鏡後部主反射鏡後面，在副反射鏡聚焦面附近，接收從副反射鏡反射來的光。第五個是廣角行星攝影機，它被安置在望遠鏡後部的圓周壁上。它們共同使用一個光學反射鏡系統。
闇弱天體攝影機是望遠鏡中最重要的科學儀器，顧名思義，它可以捕捉到一些不清晰、光線暗淡而微弱的遙遠天體，並把觀測到的情況記錄下來。它透過攝影機的光學轉換器把畫素點放大，提高其解析度。轉換器先把畫素的探測器視場角縮小，再用影象增強儀探測出來，後經放大送到終端熒光屏，形成一個相應的亮點；再用電影攝影機把熒屏上的掃描光點記錄下來，並儲存在電子計算機裡，最後構成影象。
闇弱天體分光攝譜儀主要用來測量闇弱天體的化學成分。它透過特殊的光柵和濾光片，可以製成光譜底片。
分析這些光譜底片，不僅可得到光源的化學成分資料，還能獲得光源的溫度、運動情況以及物理特性等資訊。
高解析度分光攝譜儀用於測量星際和星體周圍的紫外線輻射，以便研究爆炸星系的物理組成、星際中的氣體雲和星體物質的逸散等問題。
高速光度計是太空望遠鏡中最簡單的科學儀器。它可以測量從天體發來的極亮的光；還可以廣泛進行顯微水平的精密測量；能透過測量接收到目標天體發來的光的總和，而得出目標天體的距離。這個光度計將在精確測量銀河系及其他附近星系方面發揮更大作用。
廣角行星攝影機是由裝在一個儀器箱中的兩個獨立攝像機所組成，主要用於對行星進行觀測。由於其視野廣闊，所以能觀測到更大的宇宙空間，並能提供更精美的星體影象，所得到的行星影象，如同近距攝得的一樣清晰。由哈勃望遠鏡拍攝的太空哈勃太空望遠鏡的結構裝置，絕大部分由以美國洛克希德導彈與航天公司為首的多家廠商、大學和科研單位承包製造，而歐洲航天局承包了太陽能電池板和闇弱天體攝影機的研製工作。這架望遠鏡耗資15億美元，每年的維護費2億美元，可以在太空工作15年。
由哈勃太空望遠鏡拍攝的太空
哈勃太空望遠鏡實質上就是一顆大型天文衛星，猶如一座空間天文臺。由於它在地球大氣層外的宇宙中工作，從而消除了地面天文觀測的障礙；避開了大氣層對天體光譜的吸收和大氣層湍流對天體觀測的影響。這樣的環境優勢，使得哈勃太空望遠鏡的效能大大地提高了。
在美國哥達德太空中心，科學家們檢測了哈勃望遠鏡敏感的探測力，它的能力等於從華盛頓觀察到1?6萬千米外的悉尼的一隻螢火蟲。哈勃太空望遠鏡能夠探測出比地面望遠鏡可測光微弱數十倍的光線，相當於在地球上看清月球上2節手電筒的閃光。它的清晰度比目前地面望遠鏡高10倍。
美國宇航局的愛德華·韋勒說，一個地面望遠鏡能看清一顆10億光年的恆星，而哈勃太空望遠鏡能看到100億光年的恆星，可讓科學家們看清宇宙間還未成熟的恆星，因為它們的年齡也在100億到200億年之間。更令人吃驚的發現是，由於這個望遠鏡能看到從億萬千米遠天體上發光時的情況，因此它能讓科學家們知道光在到達地球前是什麼樣子。例如光從太陽到地球約需8分鐘，有了哈勃太空望遠鏡，科學家們就會知道光剛從太陽發射的情況。
科學家認為，這是自400年前伽利略用自制的望遠鏡觀察天體以來，天文學上又一令人驚奇的望遠裝置，它將揭開人類探索宇宙的新篇章，使人類認識一系列鮮為人知的奧秘。科學家希望它將幫助回答宇宙的形成和演變，地球以外是否有智慧生物等一系列科學難題。
為了確保太空望遠鏡在空間正常而有效地工作，必須有地面和空中的多方配合。為此而組成了包括太空梭、太空望遠鏡、跟蹤和資料中繼衛星以及地球站在內的大系統，所有這些方面缺一不可。
太空梭是太空望遠鏡的唯一運載工具，它主要承擔望遠鏡的發射入軌、在軌更換儀器裝置與檢修以及回收等任務。跟蹤和資料中繼衛星是位居地球靜止軌道的通訊衛星，由美國的“挑戰”號航天飛機發射入軌，它在太空望遠鏡系統中承擔著資訊的中轉傳輸任務，即把望遠鏡觀測得到的資料轉發給地面，並把地球站對望遠鏡的跟蹤和遙控資訊轉發給太空望遠鏡。太空望遠鏡系統所需的兩顆跟蹤和資料中繼衛星已由美國的太空梭於20世紀80年代中、後期發射入軌，分別定位在西經41度和170度赤道上空。這兩顆衛星與一個地球測控站組網，能使哈勃太空望遠鏡在其執行的85％時間與地面保持聯絡。
美國宇航局哥達德太空飛行中心內的太空望遠鏡操作控制中心，控制著哈勃太空望遠鏡環繞地球執行、觀測準備和探索宇宙的具體工作。首先要開啟望遠鏡的太陽能電池板，以便為鏡上各系統正常工作提供必要的能源。倘若太陽能電池遙控展開失敗，則可由太空梭上的宇航員去用手動搖桿將其開啟；如果望遠鏡由於某種原因不能使用，還可把它重新放回太空梭貨艙，帶回地面檢修。如果望遠鏡的各部分工作正常，整個太空望遠鏡系統就可開始聯網運轉，太空望遠鏡可將其觀測到的大量資訊，源源不斷地透過一個跟蹤和資料中繼衛星適時傳輸給地球站。
5月20日，哈勃太空望遠鏡首次睜開它的電子眼觀察宇宙，拍攝了具有歷史意義的第一張太空照片。
在當天的格林尼治時間15時12分，哈勃太空望遠鏡執行到新幾內亞查亞普拉上空時，廣角行星攝像機啟動1秒鐘，拍攝了首張黑白照片。隨後攝像機快門再次啟動，曝光30秒，拍攝了第二張照片；第一張照片拍攝的是銀河系中的NG3532星團，它距離地球約1260光年，是一個很難區別的星群；第二張拍攝的是太陽，這兩張照片先是儲存在磁帶上，兩個多小時後轉發到地面。
哈勃太空望遠鏡的第一批影象經過計算機處理，比原來預料的清晰度高2～3倍；雖然顯示有幾十個太陽的第二張照片，影象稍微拉長了，但在沒有完成望遠鏡光學系統調焦的情況下，得到這樣的照片，其質量比原來預料的還要好。
哈勃太空望遠鏡的軌執行週期為97分鐘，即每隔97分鐘繞地球執行一圈，一天之內日出日沒達15次，進出地球陰影區15次。
知識點
地球靜止軌道
地球靜止軌道又叫地球靜止同步軌道、地球同步轉移軌道，是指衛星或人造衛星垂直於地球赤道上方的正圓形地球同步軌道。由於在這個軌道上進行地球環繞運動的衛星或人造衛星始終位於地球表面的同一位置，所以地表上的觀察者在任意時刻始終可以在天空的同一個位置觀察到它們，並會發現它們在天空中靜止不動。