人類站在地球上抬頭看天空，可以看見月亮、星星，甚至用望遠鏡觀察遙遠的行星與星系。不過，為了看得更清楚，科學家還把望遠鏡送到太空。很多人可能會以為，這是因為太空望遠鏡離星星比較近，其實不是。對距離我們幾百萬、幾十億光年的天體來說，望遠鏡多飛幾百公里或幾百萬公里，幾乎沒有差別。真正重要的原因，是太空中沒有地球大氣層的干擾。
望遠鏡看宇宙的方法，和我們的眼睛有點像。星星、星系和其他天體會發出光，這些光穿過遙遠的宇宙，最後來到地球。望遠鏡利用大型鏡面把微弱的光集中起來，再交給儀器分析。鏡面越大，能收集到的光通常越多，也就越有機會發現非常暗、非常遠的天體。這有點像下雨時拿杯子和大水桶接雨水，大水桶一次能接到更多。
不過，天文學家說的「光」不只是人類眼睛看得到的光。宇宙中的電磁波還包括紅外線、紫外線、X射線、伽瑪射線和無線電波等。不同的星球、恆星、黑洞和星系，會發出不同種類的電磁波，因此科學家也會製造不同功能的望遠鏡。哈伯太空望遠鏡主要觀察可見光、紫外線和部分紅外線，詹姆斯・韋伯太空望遠鏡則特別擅長觀察紅外線。
紅外線對研究遙遠宇宙很重要，原因和宇宙膨脹有關。當遙遠星系發出的光在宇宙中旅行非常久，光的波長會被拉長，原本接近可見光的光線，可能漸漸變成紅外線，這種現象叫做「紅移」。因此，如果科學家想研究宇宙非常早期形成的星系，就需要很強的紅外線望遠鏡。詹姆斯・韋伯太空望遠鏡的主要任務之一，就是尋找這些非常古老的光。
這也代表，天文學家看得越遠，往往等於看得越久以前。假設一個星系的光花了100億年才飛到地球，那麼我們現在看到的，其實就是那個星系100億年前的樣子。從這個角度來看，望遠鏡就像一台特殊的「宇宙時光機」。它不能真的把人送回過去，卻可以讓我們看見過去留下來的光。
既然地球上也可以蓋望遠鏡，為什麼還要花大錢送到太空？最大的問題就是地球的大氣層。大氣層保護人類和其他生命，但對天文觀測來說，有時卻像一塊會晃動的玻璃。星光穿過不同溫度和密度的空氣時，會不斷改變方向，所以我們用肉眼看星星時，常覺得星星一閃一閃。對天文學家來說，這種現象會讓影像變得模糊。
大氣層還會吸收很多來自宇宙的電磁波。部分可見光和無線電波可以到達地面，因此科學家可以在地球上建造大型光學望遠鏡和電波望遠鏡。但是大量紫外線、X射線和伽瑪射線會被大氣擋住。這對生命來說是好事，因為高能量的輻射可能傷害生物；但對天文學家來說，如果想研究這些訊號，就只能把觀測儀器送到大氣層外。
紅外線望遠鏡也常需要放到太空，因為地球、大氣，甚至望遠鏡自己，只要有溫度，就會放出紅外線。這就像想在非常吵的地方聽見一個很小的聲音，旁邊的雜音越少越好。因此，詹姆斯・韋伯太空望遠鏡被送到距離地球約150萬公里的太陽—地球L2附近，並使用巨大的遮陽板擋住太陽、地球和月球的熱，讓望遠鏡保持低溫。
把望遠鏡送上太空的想法，其實已經有很長的歷史。望遠鏡在17世紀初出現後，科學家逐漸發現大氣層會影響觀測。到了20世紀，火箭技術成熟，人們才真正有能力把觀測儀器送上高空。1946年，美國天文學家萊曼・史匹哲（Lyman Spitzer Jr.）就提出，把大型天文望遠鏡放到地球大氣層外，將能獲得更清楚的影像，也能觀察地面看不到的電磁波。當時人類甚至還沒有發射第一顆人造衛星。
1940年代，科學家已經開始利用火箭把紫外線偵測儀器送上高空觀察太陽。1957年蘇聯發射史普尼克一號，人造衛星時代正式開始，之後越來越多天文觀測儀器進入太空。到了1990年，美國國家航空暨太空總署和歐洲太空總署合作的哈伯太空望遠鏡升空，成為歷史上最有名的太空望遠鏡之一。
哈伯剛升空時其實遇過一場大麻煩。它的主鏡製造時出現非常小的誤差，結果拍出的影像不夠清楚。1993年，太空人搭乘太空梭前往維修，幫哈伯裝上可以修正影像的設備，就像替它戴上一副特製眼鏡。維修成功後，哈伯開始拍下大量清楚又壯觀的宇宙照片，也幫助科學家研究宇宙年齡、星系演化和許多遙遠天體。
2021年發射的詹姆斯・韋伯太空望遠鏡，則把太空觀測能力推向另一個階段。它的主鏡直徑約6.5公尺，比哈伯約2.4公尺的主鏡大得多，可以收集更多微弱的光。因為鏡子太大，火箭裡根本放不下完整展開的望遠鏡，所以韋伯的主鏡由18片六角形鏡片組成，發射時先折疊起來，進入太空後再慢慢展開。它巨大的遮陽板也是用相同方式收起來再展開，整個過程就像把一座可以折疊的天文台送進太空。
不過，太空望遠鏡並沒有取代地面望遠鏡。太空望遠鏡最大的缺點，就是造價昂貴，而且一旦距離地球太遠，發生故障時很難維修。地面望遠鏡則可以蓋得非常大，也能讓工程師持續更換和升級設備。現代地面望遠鏡還能使用「自適應光學」技術，快速修正大氣造成的影像扭曲，讓觀測效果越來越好。
因此，現代天文學並不是太空望遠鏡和地面望遠鏡互相競爭，而是彼此合作。適合穿過大氣層的訊號，可以用地面望遠鏡觀察；容易被大氣阻擋或干擾的訊號，則交給太空望遠鏡。
如果把宇宙想成一間巨大又昏暗的房間，那麼地球大氣層就像一扇厚厚的玻璃窗。有些光可以穿進來，有些會被擋住，有些進來以後變得模糊。地面望遠鏡就像隔著玻璃窗看宇宙，而太空望遠鏡則像走到窗戶外面，直接觀察外面的景象。
所以，人類把望遠鏡送上太空，真正目的並不是要「靠近星星」，而是要避開大氣層，收集那些從宇宙旅行了數百萬年，甚至上百億年，才終於抵達我們身邊的微弱光線。
看更多：你知道有設在海底的望遠鏡嗎？那是用來觀察什麼的？為何要蓋在海裡？微中子是什麼？
（完）
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範例問題：
- 為什麼科學家要花很多錢把望遠鏡送到太空，而不是全部留在地球上？你覺得這樣做值得嗎？為什麼？
- 文章說「看得越遠，往往也代表看得越久以前」。如果你可以用太空望遠鏡看見宇宙過去的某個時刻，你最想看到什麼？為什麼？
- 地面望遠鏡和太空望遠鏡各有優點與缺點。如果你是一位天文學家，你會怎麼決定某項研究該使用哪一種望遠鏡？
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