望远镜的研究论文

望远镜的研究论文

哈勃空间望远镜（Hubble Space Telescope，缩写为HST），

是以天文学家哈勃为名，在轨道上环绕著地球的望远镜。他的位置在地球的大气层之上，因此获得了地基望远镜所没有的好处-影像不会受到大气湍流的扰动，视相度绝佳又没有大气散射造成的背景光，还能观测会被臭氧层吸收的紫外线。于1990年发射之后，已经成为天文史上最重要的仪器。他已经填补了地面观测的缺口，帮助天文学家解决了许多根本上的问题，对天文物理有更多的认识。哈勃的哈勃超深空视场是天文学家曾获得的最深入（最敏锐的）的光学影像。

从他于1946年的原始构想开始，直到发射为止，建造太空望远镜的计划不断的被延迟和受到预算问题的困扰。在他发射之后，立即发现主镜有球面像差，严重的降低了望远镜的观测能力。幸好在1993年的维修任务之后，望远镜恢复了计划中的品质，并且成为天文学研究和推展公共关系最重要的工具。哈勃空间望远镜和康普顿伽玛射线天文台、钱德拉X射线天文台、斯必泽空间望远镜都是美国宇航局大型轨道天文台计划的一部分 。哈勃空间望远镜由NASA和ESO合作共同管理。

哈勃的未来依靠后续的维修任务是否成功，维持稳定的几个陀螺仪已经损坏，目前（2007年），连备用的也已经耗尽，而且另一架用于指向的望远镜功能也在衰减中。陀螺仪必须要以人工进行维修，在2007年1月30日，主要的先进巡天照相机（ACS）也停止工作，在执行人工维修之前，只有超紫外线的频道能够使用。另一方面，如果没有再提升来增加轨道高度，阻力会迫使望远镜在2010年重返大气层。自从2003年航天飞机哥伦比亚不幸事件之后，由于国际太空站和哈勃不在相同的高度上，使得太空人在紧急状况下缺乏安全的避难场所，因而NASA认为以载人太空任务去维修哈柏望远镜是不合情理的危险任务。NASA在从新检讨之后，执行长麦克格里芬在2006年10月31日决定以亚特兰大进行最后一次的哈柏维修任务，任务的时间安排在2008年9月11日，基于安全上的考量，届时将会让发现号在LC-39B发射台上待命，以便在紧急情况时能提供救援。计划中的维修将能让哈勃空间望远镜持续工作至2013年。如果成功了，后继的詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）应该已经发射升空，可以衔接得上任务了。韦伯太空望远镜在许多研究计划上的功能都远超过哈柏，但将只观测红外线，因此在光谱的可见光和紫外线领域内无法取代哈柏的功能。

“哈勃”面临淘汰

“哈勃”太空望远镜已到“晚年”。它在太空的十几年中，经历4次大修，分别为1993年、1997年、1999年、2001年。尽管每次大修以后，“哈勃”都面貌一新，特别是2001年科学家利用哥伦比亚航天飞机对它进行的第四次大修，为它安装测绘照相机，更换太阳能电池板，更换已工作11年的电力控制装置，并激活处于“休眠”状态的近红外照相机和多目标分光计，然而，大修仍掩盖不住它的“老态”，因为“哈勃”从上太空起就处于“带病坚持工作” 状态。

美国航空航天局将于近期召集各方面专家和宇航员共同讨论，“何时以何种方式”让“NASA骄子”“哈勃”“寿终正寝”。尽管人们仍对它恋恋不舍，但“哈勃”所剩时日不多，也许在今年或稍晚一些时候就会被换下“一线”。

观念、设计和指标

1、企划和前置作业

哈勃空间望远镜的历史可以追溯至1946年天文学家 莱曼•斯必泽所提出的论文：《在地球之外的天文观测优势》。在文中，他指出在太空中的天文台有两项优于地面天文台的性能。首先，角分辨率（物体能被清楚分辨的最小分离角度）的极限将指受限于绕射，而不是由造成星光闪烁、动荡不安的大气所造成的视象度。在当时，以地面为基地的望远镜解析力只有0.5-1.0弧秒，相较下，只要口径2.5公尺的望远镜就能达到理论上绕射的极限值0.1弧秒。其次，在太空中的望远镜可以观测被大气层吸收殆尽的红外线和紫外线。

斯必泽以太空望远镜为事业，致力于太空望远镜的推展。在1962年，美国国家科学院在一份报告中推荐太空望远镜做为发展太空计划的一部分，在1965年，斯必泽被任命为一个科学委员会的主任委员，该委员会的目的就是建造一架太空望远镜。

在第二次世界大战时，科学家利用发展火箭技术的同时，曾经小规模的尝试过以太空为基地的天文学。在1946年，首度观察到了太阳的紫外线光谱。英国在1962年发射了太阳望远镜放置在轨道上，做为亚利安太空计划的一部分。1966年NASA进行了第一个轨道天文台（OAO）任务，但第一个OAO的电池在三天后就失效，中止了这项任务了。第二个OAO在1968至1972年对恒星和星系进行了紫外线的观测，比原先的计划多工作了一年的时间。

轨道天文台任务展示了以太空为基地的天文台在天文学上扮演的重要角色，因此在1968年NASA确定了在太空中建造直径3公尺反射望远镜的计划，当时暂时的名称是大型轨道望远镜或大型太空望远镜（LST），预计在1979年发射。这个计划强调须要有人进入太空进行维护，才能确保这个所费不贷的计划能够延续够长的工作时间；并且同步发展可以重复使用的航天飞机技术，才能使前项计划成为可行的计划。

2、对资金的需求

轨道天文台计划的成功，鼓舞了越来越强的公众与论支持大型太空望远镜应该是天文学领域内重要的目标。在1970年NASA设立了两个委员会，一个规划太空望远镜的工程，另一个研究太空望远镜任务的科学目标。在这之后，NASA下一个需要排除的障碍就是资金的问题，因为这比任何一个地面上的天文台所耗费的资金都要庞大许多倍。美国的国会对太空望远镜的预算需求提出了许多的质疑，为了与裁军所需要的预算对抗，当时就详细的列出了望远镜的硬件需求以及后续发展所需要的仪器。在1974年，在裁减政府开支的鼓动下，杰拉尔德福特剔除了所有进行太空望远镜的预算。

为响应此，天文学家协调了全国性的游说努力。许多天文学家亲自前往拜会众议员和参议员，并且进行了大规模的信件和文字宣传。国家科学院出版的报告也强调太空望远镜的重要性，最后参议院决议恢复原先被国会删除的一半预算。

资金的缩减导致目标项目的减少，镜子的口径也由3公尺缩为2.4公尺，以降低成本和更有效与紧密的配置望远镜的硬件。原先计划做为先期测试，放置在卫星上的1.5公尺太空望远镜也被取消了，对预算表示关切的欧洲太空总署也成为共同合作的伙伴。欧洲太空总署同意提供经费和一些望远镜上需要的仪器，像是做为动力来源的太阳能电池，回馈的视欧洲的天文学家可以使用不少于15%的望远镜观测时间。在1978年，美国国会拨付了36,000,000C元美金，让大型太空望远镜开始设计，并计划在1983年发射升空。在1980年初，望远镜被命为哈柏，以纪念在20世纪初期发现宇宙膨胀的天文学家艾德温•哈柏。

3、结构和工程

太空望远镜的计划一经批准，计划就被分割成许多子计划分送各机关执行。 马歇尔太空飞行中心（MSFC）负责设计、发展和建造望远镜，金石太空飞行中心（GSFC）负责科学仪器的整体控制和地面的任务控制中心。马歇尔太空飞行中心委托珀金埃尔默设计和制造太空望远镜的光学组件，还有精密定位传感器（FGS），洛克希德被委托建造安装望远镜的宇宙飞船。

4、光学望远镜的组合（OTA）

望远镜的镜子和光学系统是最关键的部分，因此在设计上有很严格的规范。一般的望远镜，镜子在抛光之后的准确性大约是可见光波长的十分之一，但是因为太空望远镜观测的范围是从紫外线到近红外线，所以需要比以前的望远镜更高十倍的解析力，它的镜子在抛光后的准确性达到可见光波长的廿分之一，也就是大约30 奈米。

珀金埃尔默刻意使用极端复杂的计算机控制抛光机研磨镜子，但却在最尖端的技术上出了问题；柯达被委托使用传统的抛光技术制做一个备用的镜子（柯达的这面镜子现在永久保存在史密松宁学会)。1979年，珀金埃尔默开始磨制镜片，使用的是超低膨胀玻璃，为了将镜子的重量降至最低，采用蜂窝格子，只有表面和底面各一吋是厚实的玻璃。

镜子的抛光从1979年开始持续到1981年5月，抛光的进度已经落后并且超过了预算，这时NASA的报告才开始对珀金埃尔默的管理结构质疑。为了节约经费，NASA停止支持镜片的制作，并且将发射日期延后至1984年10月。镜片在1981年底全部完成，并且镀上了75 nm厚的铝增强反射，和25 nm厚的镁氟保护层。

因为在光学望远镜组合上的预算持续膨胀，进度也落后的情况下，对珀金埃尔默能否胜任后续工作的质疑继续存在。为了回应被描述成"未定案和善变的日报表"， NASA将发射的日期再延至1985年的4月。但是，珀金埃尔默的进度持续的每季增加一个月的速率恶化中，时间上的延迟也达到每个工作天都在持续落后中。NASA被迫延后发射日期，先延至1986年3月，然后又延至1986年9月。这时整个计划的总花费已经高达美金11亿7500万。

5、宇宙飞船的系统

安置望远镜和仪器的宇宙飞船是主要工程上的另一个挑战。它必须能胜任与抵挡在阳光与地球的阴影之间频繁进出所造成的温度变化，还要极端的稳定并能长间的将望远镜精确的对准目标。以多层绝缘材料制成的遮蔽物能使望远镜内部的温度保持稳定，并且以轻质的铝壳包围住望远镜和仪器的支架。在外壳之内，石墨环氧的框架将校准好的工作仪器牢固的固定住。

有一段时间用于安置仪器和望远镜的宇宙飞船在建造上比光学望远镜的组合来得顺利，但洛克希德仍然经历了预算不足和进度的落后，在1985年的夏天之前，宇宙飞船的进度落后了个月，而预算超出了30%。马歇尔太空飞行中心的报告认为洛克希德在宇宙飞船的建造上没有采取主动，而且过度依赖NASA的指导。

6、地面的支持

在1983年，太空望远镜科学协会（STScI）在经历NASA与科学界之间的权力争夺后成立。太空望远镜科学协会隶属于美国大学天文研究联盟 （AURA），这是由32个美国大学和7个国际会员组成的单位，总部坐落在马里兰州巴尔地摩的约翰•霍普金斯大学校园内。

太空望远镜科学协会负责太空望远镜的操作和将数据交付给天文学家。美国国家航空暨太空总署(NASA)想将之做为内部的组织，但是科学家依据科学界的做法将之规划创立成研究单位，由NASA位在马里兰州绿堤，太空望远镜科学协会南方48公里，的哥达德太空飞行中心和承包厂商提供工程上的支持。哈伯望远镜每天24小时不间断的运作，由四个工作团队轮流负责操作。

太空望远镜欧洲协调机构于1984年设立在德国邻近慕尼黑的Garching bei München，为欧洲的天文学家提供相似的支持。

7、挑战者号的事故

早在1986年，就已经计划在当年10月份发射哈勃空间望远镜。但是挑战者号的事故使美国的太空计划停滞不前，航天飞机的暂停升空，迫使哈勃空间望远镜的发射延迟了数年。望远镜和所有的附件都必须分门别类的储藏在无尘室内，直到能够排出发射的日期，这也使得已经超支的总成本更为高涨。

最后，随着航天飞机在1988年再度开始升空，望远镜也预定在1990年发射。在发射前的最后准备，用氮气喷射镜面以除去可能累积的灰尘，并且对所有的系统进行广泛的测试。终于，在1990年4月24日由发现号航天飞机，于STS-31航次将望远镜成功的送入计划中的轨道。

从它原始的总预算，大约4亿美金，到现在的花费超过25亿美金，哈柏的成本依然在不断的累积与增高。美国政府估计的开销将高达45至60亿美金，欧洲所挹注的资金也高达6亿欧元（1999年的估计）。

8、仪器

在发射时，哈勃空间望远镜携带的仪器如下：

·广域和行星照相机（WF/PC）
·戈达德高解析摄谱仪（GHRS）
·高速光度计（HSP）)
·暗天体照相机（FOC）
·暗天体摄谱仪（FOS）

WF/PC原先计划是光学观测使用的高分辨率照相机。由NASA的喷射推进实验室制造，附有一套由48片光学滤镜组成，可以筛选特殊的波段进行天体物理学的观察。整套仪器使用8片CCD，做出了两架照相机，每一架使用4片CCD。"广域照相机"（WFC）因为视野较广，在解像力上有所损失，而"行星照相机"（PC）以比WFC长的焦距成像，所以有较高的放大率。

GHRS是被设计在紫外线波段使用的摄谱仪，由哥达德太空中心制造，可以达到90,000的光谱分辨率，同时也为FOC和FOS选择适宜观测的目标。FOC和FOS都是哈勃空间望远镜上分辨率最高的仪器。这三个仪器都舍弃了CCD，使用数字光子计数器做为检测装置。FOC是由欧洲太空总署制造， FOS 则由Martin Marietta公司制造。

最后一件仪器是由威斯康辛麦迪逊大学设计制造的HSP，它用于在可见光和紫外光的波段上观测变星，和其它被筛选出的天体在亮度上的变化。它的光度计每秒钟可以侦测100,000次，精确度至少可以达到2%。

哈勃空间望远镜的导引系统也可以做为科学仪器，它的三个精细导星传感器（FGS）在观测期间主要用于保持望远镜指向的准确性， 但也能用于进行非常准确的天体测量，测量的精确度达到 0.0003弧秒。

镜片的瑕疵

在望远镜发射数星期之后，传回来的图片显示在光学系统上有严重的问题。虽然，第一张图像看起来比地基望远镜的明锐，但望远镜显然没有达到最佳的聚焦状态，获得的最佳途像质量也远低于当初的期望。点源的影像被扩散成超过一弧秒半径的圆，而不是在设计准则中的标准：集中在直径0.1 弧秒之内，有同心圆的点弥漫函数图像。

对图样缺陷的分析显示，问题的根源在主镜的形状被磨错了。虽然，这个差异小于光的1/20波长，只是在边缘太平了一点。镜面与需要的位置只差了微不足道的2微米，但这个差别造成的是灾难性的、严重的球面像差。来自镜面边缘的反射光，不能聚集在与中央的反射光相同的焦点上。

镜子的瑕疵造成的作用是在科学观察的核心观测上，核心像差的PSF要足够的明锐到足以进行高解析的分辨，但对明亮的天体和光谱分析是不受影响的。虽然，在外围损失大片的光因为不能汇聚在焦点上而造成晕像，严重的减损了望远镜观察暗天体或高反差的影像的能力。这意味着几乎所有对宇宙学的研究计划都不能执行，因为她们都是非常暗弱的观测对象。美国国家航空暨太空总署和哈勃空间望远镜成为许多笑话的箭靶，并且被认为是大白象（花费大而无用的东西）。

1、问题的根源

从点源的图像往回追溯，天文学家确定镜面的圆锥常数是−1.0139，而不是原先期望的− 1.00229。通过分析珀金埃尔默的零校正器（精确测量抛光曲面的仪器）和分析在地面测试镜子的干涉图影像，也获得了相同的数值。

由喷射推进实验室主任，亚伦领导的委员会，确定了错误是如何发生的。亚伦委员会发现珀金埃尔默使用的零校正器在装配上发生了错误，它的向场透镜位置偏差了1.3 mm。

在抛光镜子的期间，珀金埃尔默使用另外二架零校正器，两者都（正确的）显示镜子有球面像差。这些测试都是会确实消除球面像差而设计的，不顾品管文件的指导，公司认为这二架零校正器的精确度不如主要的设备，而忽略了测试的结果。

委员会指出失败的主因是珀金埃尔默。由于进度表频繁更动造成的损耗和望远镜制造费用的超支，造成了在美国航空暨太空总署和光学公司之间的关系极度的紧张。美国航空暨太空总署发现珀金埃尔默并不认为镜子的制做在他们的业务中是关键性的困难工作，而美国航空暨太空总署也未能在抛光之前善尽本身的职责。再委员会沉痛的批评珀金埃尔默在管理上的不当与缺失的同时，美国航空暨太空总署也被非议未善尽品管的责任，与不该只依赖维一一架仪器的测试结果。

2、解决的设计

在望远镜的设计中原本就规画了维修的任务，所以天文学家立刻就开始寻找可以在1993年，预定进行第一次维修任务时解决问题的方案。以柯达为哈柏制作的备用镜，在轨道上进行更换是太昂贵和耗费时间，临时要将望远镜带回地面正修也不可能。取而代之的，镜片错误的形状已经被精确的测量出来，因此可以设计一个有相同的球面像差，但功效相反的光学系统来抵消错误。也就是在第一次的维修任务中为哈柏配上一副能改正球面像差的眼镜。

由于原本仪器的设计方式，必须要两套不同的校正仪器。广域和行星照相机的设计包括转动的镜片和直接进入两架照相机的8片独立CCD芯片的光线，可以用一个反球面像差的镜片完全的消除掉它们表面上的主要变形。修正镜被固定在替换的第二代广域和行星照相机内（由于进度和预算的压力，只修正4片CCD而不是8片）。但是，其它的仪器就缺乏任何可以安置的中间表面，因此必须要一个外加的修正装置。

3、COSTAR

设计用来改正球面像差的仪器称为"太空望远镜光轴补偿校正光学（COSTAR）"，基本上包含两个在光路上的镜子，其中一个将球面像差校正过来，光线被聚焦给暗天体照相机、暗天体光谱仪和高达德高解析摄谱仪。为了提供COSTAR在望远镜内所需要的位置，必须移除其中一件仪器，天文学家的选择是牺牲高速光度计。

在哈柏任务的前三年期间，在光学系统被修正到合适之前，望远镜依然执行了大量的观测。光谱的观测未受到球面像差的影响，但是许多暗弱天体的观测因为望远镜的表现不佳而被取消或延后。尽管受到了挫折，乐观的天文学家在这三年内熟练的运用影像处理技术，例如反折绩（影像重叠）得到许多科学上的进展。

维护任务和新仪器
1、第一次维护任务

在设计上，哈勃空间望远镜必须定期的进行维护，但是在镜子的问题明朗化之后，第一次的维护就变得非常重要，因为航天员必须全面性的进行望远镜光学系统安装和校正的工作。被选择执行任务的七位航天员，接受近百种被专门设计的工具使用的密集训练。由奋进号在1993年12月的STS-61航次中，于10天之中重新安装了几件仪器和其它的设备。

最重要的是以COSTAR修正光学组件取代了高速光度计，和广域和行星照相机由第二代广域和行星照相机与内部的光学更新系统取代。另外，太阳能板和驱动的电子设备、四个用于望远镜定位的陀螺仪、二个控制盘、二个磁力计和其它的电子组件也被更换。望远镜上携带的计算器也被更新升级，由于高层稀薄的大气仍有阻力，在三年内逐渐衰减的轨道也被提高了。

在1994年的1月13日，美国国家航空暨太空总署宣布任务获得完全的成功，并显示出许多新的图片。这次承担的任务非常复杂，共进行了五次航天飞机船舱外的活动，它的回响除了对美国国家航空暨太空总署给予极高的评价外，也带给天文学家一架可以充分胜任太空任务的望远镜。

后续的维修任务没有如此的戏剧化，但每一次都给哈勃空间望远镜带来了新的能力。

2、第二次维护任务

第二次维护任务由发现号在1997年2月的STS-82航次中执行，以太空望远镜影像摄谱仪（STIS）和近红外线照相机和多目标分光仪（NICMOS）替换掉戈达德高解析摄谱仪（GHRS）和暗天体摄谱仪（FOS）；以一台新的固态记录器替换工程与科学录音机，修护了绝热毯和再提升哈柏的轨道。近红外线照相机和多目标分光仪包含由固态氮做成的吸热器以减少来自仪器的热噪声，但在安装之后，部分来自吸热器的热扩散却意料之外的进入光学挡板，这额外增加的热量导致仪器的寿命由原先期望的4.5年缩短为2年。

3、第三次维护任务(3A)

在六台陀螺仪中的三台故障之后（第4台在任务之前几个星期故障，使望远镜不能胜任执行科学观察），第三次维护任务仍然由发现号在1999年12月的STS-103航次中执行。在这次维护中更换了全部的六台陀螺仪，也更换了一个精细导星传感器和计算器，安装一套组装好的电压/温度改善工具（VIK）以防止电池的过热，并且更换绝热的毯子。新的计算器是能在低温辐射下运作的英特尔486，可以执行一些过去必须在地面处理的与宇宙飞船有关的计算工作。

4、第四次维护任务(3B)

第四次维护任务由哥伦比亚号在2002年3月的STS-109航次中执行，以先进巡天照相机（ACS）替换了暗天体照相机（FOC），并且查看了冷却剂已经在1999年耗尽的近红外线照相机和多目标分光仪（NICMOS）。更换了新的冷却系统之后，虽然还不能达到原先设计时预期的低温，但已经冷到足以继续工作了。

在这次任务中再度更换了太阳能板。新的太阳能板是为铱卫星发展出来的，大小只有原来的三分之二，除了可以有效的减少稀薄大气层带来的阻力，还能多供应30%的动力。这多出来的动力使得哈勃空间望远镜上所有的仪器可以同时运作，并且因为较为柔软，还消除了老旧的太阳能板因为进出阳光照射区域会产生震动的问题。为了改正继电器迟滞的问题，哈柏的配电系统也被更新了。这是哈勃空间望远镜升空之后，首度能完全的应用所获得的电力。其中影响最大的两架仪器，先进巡天照相机和近红外线照相机和多目标分光仪，在2003至2004年间共同完成了哈柏超深空视场。

5、 最后的维护任务

最后一次的哈柏维修任务已经安排在2008年9月11日，航天员将更换新的电池和陀螺仪。更换精细导星传感器（FGS）并修理太空望远镜影像摄谱仪（STIS）。他们也将安装二架新的仪器：宇宙起源频谱仪和第三代广域照相机，但是可能不会重置或替换先进巡天照相机。

科学上的成就

哈柏帮助解决了一些长期困扰天文学家的问题，而且导出了新的整体理论来解释这些结果。哈柏的众多主要任务之一是要比以前更准确的的测量出造父变星的距离，这可以让我们更加准确的定出哈柏常数的数值范围，这样才能对宇宙的扩张速率和年龄有更正确的认知。在哈柏升空之前，哈柏常数在统计上的误差估计是50%，但在哈柏重新测量出室女座星系团和其它遥远星系团内的造父变星距离后，提供的测量值准确率可以在10%之内。这与哈柏发射之后以其它更可靠的技术测量出来的结果是一致的。

哈柏也被用来改善宇宙年龄的估计，宇宙的未来也是被质疑的问题之一。来自高红移超新星搜寻小组和超新星宇宙论计划的天文学家使用望远镜观察遥远距离外的超新星，发现宇宙的膨胀也许实际上是在加速中。这个加速已经被哈柏和其它地基望远镜的观测证实，但加速的原因目前还很难以理解。

由哈柏提供的高解析光谱和影像很明确的证实了盛行的黑洞存在于星系核中的学说。在60年代初期，黑洞将在某些星系的核心被发现还只是一种假说，在80年代才鉴定出一些星系核心可能是黑洞候选者的工作，哈柏的工作却使得星系的核心是黑洞成为一种普遍和共同的认知。哈柏的计划在未来将着重于星系核心黑洞质量和星系本质的紧密关联上，哈柏对星系中黑洞的研究将在星系的发展和中心黑洞的关连上产生深刻与长远的影响。

休梅克-利瓦伊9号彗星在1994年撞击木星对天文学家是一件很意外的事，幸运的事发生在哈柏完成第一次维护修好光学系统之后的几个月。因此，哈柏所获的的影像是自从1979年航海家二号飞掠木星之后最为清晰的影像，并且很幸运的对估计数个世纪才会发生一次的彗星碰撞木星的动力学事件，提供了关键性的学习机会。它也被用来研究太阳系外围的天体，包括矮行星冥王星和厄里斯。

科学小论文--望远镜

　　望远镜是一种利用透镜或反射镜以及其他光学器件观测遥远物体的光学仪器。利用通过透镜的光线折射或光线被凹镜反射使之进入小孔并会聚成像，再经过一个放大目镜而被看到。又称“千里镜”。望远镜的第一个作用是放大远处物体的张角，使人眼能看清角距更小的细节。望远镜第二个作用是把物镜收集到的比瞳孔直径（最大8毫米）粗得多的光束，送入人眼，使观测者能看到原来看不到的暗弱物体。1608年，荷兰的一位眼镜商汉斯·利伯希偶然发现用两块镜片可以看清远处的景物，受此启发，他制造了人类历史上的第一架望远镜。经过近400多年的的发展，望远镜的功能越来越强大，观测的距离也越来越远。1609年意大利佛罗伦萨人伽利略·伽利雷发明了40倍双镜望远镜，这是第一部投入科学应用的实用望远镜。
　　

望向宇宙的眼睛——哈勃太空望远镜

哈勃太空望远镜最初构想于20世纪40年代，耶鲁大学天体物理学家－小莱曼·斯皮策发表了一篇关于空间天文学优势的论文，并介绍了大型太空望远镜的概念，写了望远镜在太空中的科学好处。他提议在地球轨道上设计、建造和发射一个“地球外观测站”。他的开创性想法最终花了几十年才得以实现。

1974年天体物理学家和工程师为大型太空望远镜举行了他们的第一次工作组会议。会议制定了空间望远镜的概念以及航天器的预算和技术要求。

1977年10月1日－美国国会于1977年早些时候批准的大型空间望远镜项目的资金开始生效，该项目正式开始实施。

1983年美国宇航局宣布了大型太空望远镜的正式名称：哈勃太空望远镜，纪念已故天文学家埃德温·哈勃的开创性研究。埃德温·哈勃计算出仙女座星系大约有90万光年远，是银河系中已知最远恒星距离的8倍多，让他得出结论，仙女座不是星云，而是一个星系，最重要的是，银河系只是我们宇宙中的星系之一。改变了我们对太空的看法。以及他作为天文学家的许多其他成就，美国宇航局于1983年以他的名字正式命名了太空望远镜。

1986年1月，挑战者号航天飞机的全体机组人员在发射后爆炸。使哈勃的发射受阻了四年多。这导致了1989年发布的“指南星表”和支持它的软件，彻底改变了天文学家锁定恒星位置从任何地面或空间天文台收集数据的方式，并最终实现了哈勃观测的自动化。

在构想了40多年后，1990年4月24日哈勃太空望远镜从位于佛罗里达州卡纳维拉尔角的肯尼迪航天中心发射到地球轨道。一天后，宇航员从发现号航天飞机的货舱引导这架43英尺12吨的望远镜进入离地球表面340英里的轨道上。哈勃每天运行15圈--大约每95分钟一圈。望远镜以每秒5英里(8公里)的速度移动，大约每小时17,000英里(每小时27,300公里)。

同年5月20日哈勃望远镜发布了这张“第一束光”图像，以说明与地面观测站相比，望远镜的分辨率有所提高。右边是哈勃太空望远镜的广域/行星相机拍摄的第一张照片的一部分。

在分析了哈勃太空望远镜的第一张图像后，科学家们意识到主镜有一个缺陷，称为球面像差。一项调查显示，在制造过程中，镜子的外部边缘被磨得太平，深度为4微米(大致相当于人类头发厚度的1/50)。这个缺陷分散了宇宙物体反射的光线，导致图像模糊。虽然哈勃望远镜没有返回预期的图像质量，但它仍然提供了地面望远镜不可能获得的结果。

在1970年代初，大型太空望远镜最初计划要求每5年返回地球，翻新，并重新发射，并在轨道上服务每2.5年。硬件寿命和可靠性要求是基于服务任务之间的2.5年间隔。直到70年代后期，与航天飞机返回地球有关的污染和结构负荷问题消除了该计划中的地面返回概念。美国宇航局决定，在轨维修的可能足以维持哈勃太空望远镜的15年设计寿命。于是采用了为期三年的在轨维修周期。

所以自1990年开始运作，哈勃被设计成为一个长期的、以空间为基础的天文台。为了实现这一目标，并保护航天器免受仪器和设备故障的影响，美国航天局计划执行定期维修任务。以保持其平稳运行并延长其寿命。

服务任务(SM1)

在1993年12月2日至13日，在奋进号航天飞机上的7名宇航员对哈勃进行了第一次服务任务。在第一次服务任务中最主要的便是纠正了哈勃望远镜主镜视力模糊的缺陷。并安装了两个新的设备-广域和行星相机2，和修正光学空间望远镜轴向替换。都是为了补偿主镜的缺陷形状而设计的。并对望远镜做了其他的修理更换或替换了新的仪器。

这次成功的飞行任务不仅提高了哈勃望远镜的视力--在很短的时间内导致了一系列非凡的发现--而且它也验证了在轨服务的有效性。

服务任务(SM2)

1997年2月11日至21日发现号航天飞机的七名宇航员对哈勃太空望远镜进行了第二次服务任务。在第二次服务任务中，发现号航天飞机上的宇航员更换了两台关键的哈勃仪器。戈达德高分辨率光谱仪(GHRS)被近红外相机和多目标光谱仪(NICMOS)取代，使哈勃能够在红外波段观察宇宙，而微弱物体光谱仪(FOS)被空间望远镜成像光谱仪(STIS)所取代，用于拍摄天体的详细照片和寻找黑洞。将哈勃的波长范围扩大到近红外成像和光谱，扩大了哈勃的视野使我们能够探测宇宙中最遥远的区域。

服务任务(SM3A / SM3B)

本来哈勃的第三次维修任务最初被设想为维修任务。但当第四个陀螺仪失效时，美国航天局将任务分为两部分：服务任务3A(SM3A)于1999年12月飞行和服务任务3B(SM3B)于2002年3月飞行。

1999年11月13日，六个陀螺仪中的四个在哈勃上失效，（当时，哈勃需要三个陀螺仪来观测天体目标。）望远镜暂时关闭了对宇宙的观察。没有三个工作的陀螺仪，哈勃无法进行科学研究，因此进入了一种叫做安全模式的休眠状态。本质上，哈勃“睡着了”，而它却在等待帮助。在安全模式下，哈勃无法观测目标，但它的安全性得到了保护。这种保护模式允许地面控制望远镜，为了保护光学系统，控制器关闭了光圈门，并将航天器对准太阳，以确保哈勃的太阳能电池板能从太阳获得足够的能量。

于是在1999年12月19日至27日，7名宇航员乘坐发现号航天飞机对哈勃进行了第三次服务任务。其主要目标是恢复哈勃的工作秩序，并升级其系统。在两部分任务的第一阶段，最紧迫的任务是更换陀螺仪。机组人员成功地更换了所有的六台陀螺仪，并进行了几次重要的维修升级。他们安装了一台比它的前身快20倍的计算机和一台可以存储10倍数据的数字数据记录器。机组人员还增加了一个电子增强工具包，电池改进工具包，以及新的外层热保护。哈勃几乎如新的。在SM3A之后，哈勃再次成功地开始运行和观测。

2002年3月1日至12日在哥伦比亚号航天飞机上，七名宇航员开始了哈勃的第四次服务任务，即3B服务任务。服务团3A以前是在1999年作为哈勃的救援任务进行的，而服务3B任务的目的是更新哈勃。

此次宇航员的主要任务是安装一种新的科学仪器，叫做高级调查照相机(ACS)。这是自1997年以来第一台安装在哈勃望远镜上的新仪器，ACS以其广阔的视野、锐利的图像质量和更高的灵敏度，将哈勃的视野扩大了一倍，收集数据的速度比望远镜早期的测量仪器广域行星照相机2（WFPC 2）快10倍。

太空行走的宇航员们用更小、更硬的太阳能电池板取代了大型、灵活、有八年 历史 的太阳能电池板。还取代了过时的电力控制单元，后者将太阳能阵列和电池的电力分配给望远镜的其他部分。此次任务中自1990年发射以来，工作了近12年的哈勃太空望远镜第一次被地面控制完全关闭。

宇航员还为近红外相机和多目标光谱仪安装了一个新的冷却系统。在1999年耗尽了自1997年以来冷却它的230磅重的氮冰。新的低温冷却器延长了哈勃红外相机的寿命

服务任务(SM4)

2003年2月1日在经过15天的太空任务后，哥伦比亚号航天飞机在重返地球大气层后解体，机上七名宇航员全部遇难。于是原定于 2004年1月16日–哈勃的第五次也是最后一次维修任务(服务任务4)被正式取消。

直到2006年10月31日美国宇航局宣布恢复对哈勃太空望远镜进行第五次维修任务的计划，这也是哈勃最具挑战性和最复杂的服务任务。

2009年5月11日至24日 – 乘坐亚特兰蒂斯号航天飞机上的宇航员，在为期13天的任务中完成了第五次也是对哈勃的最后一次维修任务。

宇航员在第四次服务任务期间在哈勃上安装了两个新仪器：广域摄像机3(WFC 3）和宇宙起源谱仪(COS)。这些仪器使天文台比发射时更强大100倍。WFC 3能看到三种不同的光：近紫外线、可见光和近红外光，相机的分辨率和视场比以前的仪器要大得多。Cos使哈勃望远镜的紫外线灵敏度至少提高了10倍，在观察极其微弱的物体时提高了70倍。

在SM4期间宇航员完成了望远镜创建者从未设想过的壮举及有史以来第一次在太空修复科学仪器(高级调查照相机(ACS)和空间望远镜成像光谱仪(STl)。两个都已停止工作。ACS在2007年停电后停止工作，而STI则在2004年停电后停止工作。为了进行修理，宇航员必须进入仪器内部，打开组件并重新供电。这项任务的成功完成，加上两项新仪器的增加，使哈勃充分补充了五种可供今后观测的仪器。

SM4的目标之一是加强和振兴望远镜的基本空间飞行系统。宇航员们用新的、改良过的电池替换了所有18年前的哈勃电池。宇航员安装了六个新的陀螺仪，用来指向望远镜，和一个精细制导传感器锁定恒星作为指向系统的一部分。他们还安装了一种新的设备--软捕获机制--允许机器人航天器某一天在望远镜生命周期结束时将自己附着在哈勃上，并引导其降落到地球或将其提升到更高的轨道。

2008年8月11日 – 哈勃完成了它的100000太空轨道，为了纪念哈勃太空望远镜在其 探索 和发现的第18个年头中完成了其100000个轨道，位于马里兰州巴尔的摩的太空望远镜科学研究所的科学家们瞄准哈勃拍摄了一个令人眼花缭乱的天体诞生和更新区域的快照。

这张具有代表性拍摄于2008年8月10日，哈勃的广角行星相机2。红色显示硫原子的发射，绿色来自发光的氢，蓝色来自燃烧的氧气。

在这个大约100光年宽的幻想状景观中，黑暗的尘埃塔在分子云表面的一堵发光的气体墙上方升起。右下角的海马柱长约20光年，大约是太阳和最近的恒星--半人马座阿尔法星之间距离的四倍。

2011年7月4日– 哈勃太空望远镜在其21年的太空 探索 和发现之旅中跨越了另一个里程碑。哈勃记录了在1000光年以外的一个系外行星大气层中寻找水的第一百万次科学观测。

“21年来，哈勃一直是最重要的空间科学观测站，给我们留下了深刻而美丽的图像，使我们能够在广泛的天文学科中进行开创性的科学研究，”美国宇航局局长查尔斯·博尔登说。他驾驶了把哈勃送入轨道的航天飞机任务。“哈勃望远镜在研究一颗遥远的行星时遇到了这一里程碑，这一事实极大地提醒了它的力量和遗产。”

2011年10月4日 – 哈勃科学小组成员亚当·里斯和其他天文学家因发现宇宙正在加速膨胀而获得了瑞典皇家科学院的诺贝尔物理学奖。证明宇宙的膨胀速度正在加速，这一现象被广泛地归因于一种神秘的、无法解释的“暗能量”充满了宇宙。

2011年12月6日 – 哈勃太空望远镜在其 探索 中又走过了一个里程碑：第一万份哈勃科学论文已经发表。这使哈勃成为 历史 上最多产的天文事业之一。

这些论文是基于哈勃望远镜的观测，几乎涵盖了天文学的每一个前沿。五篇最高参考的科学论文依次是：寻找用来表征暗能量的遥远超新星；精确测量宇宙的膨胀速度；星系质量与中心黑洞质量之间的明显联系；哈勃深场中的早期星系形成；低质量恒星和褐矮星的演化模型。

哈勃望远镜在轨期间向地球发射了数十万张图像，照亮了天文学的许多奥秘。在它的许多发现中，哈勃揭示了宇宙的年龄约为138亿年，比100亿到200亿年的旧范围精确得多。哈勃在发现暗能量方面发挥了关键作用，暗能量是导致宇宙膨胀加速的一种神秘力量。

哈勃太空望远镜自发射三十二年以来，已经对超过48,000个天文物体进行了140万次观测，并且继续“其在天文学前沿的作用”，从我们自己的太阳系到“高红移宇宙”。为我们研究宇宙的起源以及 探索 星系做出了不可磨灭的贡献。

在未来的时间里哈勃太空望远镜将会与他的接班人詹姆斯·韦伯空间望远镜共同合作。2021年12月25日詹姆斯·韦伯太空望远镜发射。并且STSCI（太空望远镜科学研究所）还将计划下一个太空望远镜 南希·格雷斯罗马太空望远镜。仅次于詹姆斯·韦伯空间望远镜。

在同样的灵敏度和分辨率下，罗马太空望远镜的视野比哈勃太空望远镜宽100倍，它将在近红外光下绘制天空大区域的宽视场地图，并有可能回答系外行星和暗能量研究中的重要问题。南希·格雷斯罗马太空望远镜目前正计划于2026年年底发射。

展望未来，哈勃太空望远镜将于詹姆斯·韦伯空间望远镜并有希望于南希·格雷斯罗马太空望远镜共同合作，为我们揭示宇宙的奥秘。

哈勃望远镜的传奇一生（一）——诞生

欢迎来到“ 火星茶馆 ”，这是一次有关宇宙与航天内容的尝试，想提供有情怀、有深度的科普。

作者按：在天文学家眼中，哈勃望远镜更像是一个知名人士，而不是一个公交车般长，位于太空的光学仪器。哈勃望远镜是人类探索宇宙的英雄壮举。他命运坎坷，多次身处绝境；他大放异彩，彻底改变了人类对宇宙的看法。本期将向各位客官讲述哈勃望远镜的传奇故事。

每当太阳西沉，星星高悬在漆黑的穹幕，射下美丽的星光。星空映照在眼睛上，会有神秘而深邃的感觉涌上心头，同时会被某种美丽而壮阔的力量所震撼。人类深深注视着星空，沉醉在美中，也试图理解这世界和自我的命运。

400多年前，当伟大的伽利略历史性地举起自己制作的简易望远镜对准了星空，他比前人看到了更深邃更美妙的星空。从伽利略以后，天文望远镜成为了观测天体不可或缺的重要工具， 可以毫不夸张地说，没有望远镜的诞生和发展，就没有现代天文学。随着望远镜在各方面性能的改进和提高，天文学也正经历着巨大的飞跃，迅速推进着人类对宇宙的认识。

随着天文望远镜的口径越来越大，制作工艺越来越先进，人类能看到的星空更加清晰丰富了。人类对星空的研究越深入，也就对宇宙了解得更多，也就更发现自己是多么无知。而地面光学观测的极限也在逐步接近，人类要看到更美的星空需要付出的代价越来越大，而这一切源于大气层的存在。大气层是人类生存的保障，却是天文观测的障碍。动荡不安的大气层造成星光的闪烁，就是俗话说的星星眨眼。而且光谱中的红外线和紫外线被大气层吸收殆尽，造成地面观测的缺失。要知道，红外线和紫外线中也包含着丰富的宇宙信息。 在地面隔着大气层通过光学观测星空，就好比我们去参观一个世界名画展，可眼前的画不是变形，就是失真，甚至干脆看不见。 人类也尝试在远离城市灯光污染，大气层更稀薄的高海拔地区建立天文观测台。取得了一些改进，但效果终究有限。

1923年，德国火箭先驱赫尔曼·奥特伯在《飞往星际空间的火箭》中首次提出将望远镜放入太空轨道。而被称为史上最伟大的火箭科学家冯·布劳恩就是受到《飞往星际空间的火箭》的启迪，开始对星际旅行深深着迷。后来不但冯·布劳恩成为了奥特伯的学生，还成为了美国航天计划的重要领导者。1946年，二战刚结束，美国天文学家莱曼·斯皮策在论文《在地球之外的天文观测优势》中具体论证了空间望远镜的优势：1、可以将清晰度至少提高一个数量级；2、可以全波段无障碍观测，包括红外线和紫外线。斯皮策的这篇论文可以说是哈勃空间望远镜的起点，在其后的20世纪60、70年代，斯皮策也一直是哈勃空间望远镜的有力推动者。 这两位极具浪漫主义和冒险精神的科学家，像灯塔一样照亮着人类科学前进的道路，为了更美的星空，为了宇宙的奥秘。

20世纪50年代开始，美国和苏联这两个超级大国展开了激烈竞争，人类在太空领域的发展也由此获得了历史性的机遇。 从20世纪50年代到90年代，人类经历一个太空发展的黄金时代，短时间内实现了人造卫星、宇航员、航天飞机、空间站、空间望远镜等一系列太空奇迹。那是一个值得所有人铭记的辉煌岁月。哈勃望远镜也诞生于这个时期，故事的精彩程度一点也不逊色于其它太空事件。

1962年，也就是斯皮策的论文发表16年后，美国国家科学院在一份报告中推荐空间望远镜做为发展太空计划的一部分。1965年，斯皮策被任命领导一个科学委员会，该委员会目的在于研究大型空间望远镜的可能用途，并在1969年公布了名为《大型空间望远镜的科学用途》的研究报告。美国国家科学院在1969年批准了“大型空间望远镜”项目，并继续进行可行性研究。

要真正将空间望远镜从科学梦想变为现实，美国国家航空航天局（NASA，1958年10月1日成立）的支持和投入是不可或缺的。实际上，从20世纪60年代开始，冯·布劳恩以及他的团队已经开始思考如何应对空间望远镜的挑战。1966年和1968年，NASA分别进行了两次轨道天文台（OAOs）任务，完成了外太空的紫外线观测，展示了以太空为基地的天文台在天文学上扮演的重要角色。在1970年NASA设立了两个委员会，一个规划空间望远镜的工程，另一个研究空间望远镜任务的科学目标。

1969年，随着阿波罗11登月计划的成功，NASA的太空经费开始缩减，大型空间望远镜项目也面临危险。1975年，众议院拨款小组委员会删除了大型空间望远镜项目的预算。为回应此，天文学家协调了全国性的游说努力。许多天文学家亲自前往拜会众议员和参议员，并且进行了大规模的信件和文字宣传。国家科学院出版的报告也强调空间望远镜的重要性。同时，为了缩减预算支出，美国国家航空航天局将望远镜口径从3米降至2.4米，仪器设备也相应缩水，并邀请欧洲航天局（ESA）加入承担15%的研制经费，相应给予欧洲科学家不少于15%的使用时间。通过这一系列的操作，将预算缩减为原来的一半，大约为2亿美元。1977年，最后国会通过了新的预算，至此大型空间望远镜项目正式启动。 1983年，望远镜被命为哈勃，以纪念美国著名的天文学家艾德温·哈勃。哈勃在20世纪初期证实了星河系外其他星系的存在，并发现了宇宙膨胀的现象，建立了哈勃定律，为大爆炸理论提供了证据。哈勃被天文学界尊称为星系天文学之父，而哈勃望远镜的观测任务在很大程度上正是基于哈勃的工作，因此以他的名字命名再合适不过了。

对大型空间望远镜项目来说，预算缩水是一个不小的打击。美国作出发展航天飞机的决策，则是大型空间望远镜项目的重要转机。航天飞机可以完成大型空间望远镜的发射任务、太空维修任务，甚至是返回任务。 采用航天飞机可以极大提高大型空间望远镜的可行性和可扩展性。后来哈勃望远镜的历史证明，采用航天飞机的方案是极其英明的。哈勃望远镜和航天飞机都成为了传奇，在一定程度上相互成就了对方。

1978年，美国国会拨付了3600万美元，让大型空间望远镜开始设计，并计划在1983年发射升空。空间望远镜的计划一经批准，计划就被分割成许多子计划分送各机关执行。 马歇尔太空飞行中心（MSFC）负责设计、发展和建造望远镜，金石太空飞行中心（GSFC）负责科学仪器的整体控制和地面的任务控制中心。马歇尔太空飞行中心委托珀金埃尔默设计和制造空间望远镜的光学组件，还有精密定位感测器（FGS），洛克希德被委托建造安装望远镜的太空船。

1979年，珀金埃尔默开始哈勃望远镜主镜的磨制工作，这是望远镜中最关键的部分。一般的望远镜，镜子在抛光之后的准确性大约是可见光波长的十分之一，但是因为空间望远镜观测的范围是从紫外线到近红外线，所以需要 比以前的望远镜更高十倍的解析力，它的镜子在抛光后的准确性达到可见光波长的廿分之一，也就是大约头发丝直径的1/3000 。为了能达到如此苛刻的精度要求，珀金埃尔默使用基于计算机的激光研磨系统制造主镜。同时，为了能在太空复杂的环境条件下能一直保持此精度，特意采用了超低膨胀玻璃。

由于包括主镜研制在内的光学系统进度持续落后，镜子于1981年底才全部完成，整个光学组件直到1984年才完成。与此同时，光学望远镜组合上的预算也在持续膨胀，导致在1986年时比初始预算增加了5倍。整个哈勃项目的研制饱受质疑，特别是光学部分诟病最多，气氛越来越紧张。NASA被迫多次推迟发射时间，从最开始的1983年一直推到1986年。随着哈勃的各部分于1985年12月到位，美国国家航空航天局最终计划于1986年10月发射。

就在这个万事俱备只欠东风的时候，一场灾难正悄悄来临。1986年1月28日的寒冷早晨，在美国佛罗里达的卡那维拉尔角，“挑战者”号航天飞机升空73秒后爆炸解体，顷刻之间爆裂成一团桔红色火球，碎片拖着火焰和白烟四散飘飞，坠落到大西洋，7名宇航员全部遇难。这场航天灾难震惊了全世界，让人扼腕叹息。“挑战者”号的失事使美国的航天事业受到沉重打击，举国上下陷入悲痛当中，航天飞机被迫停止了飞行。而“挑战者”号就是计划将执行哈勃任务的航天飞机。 命运开了个沉痛的玩笑，由于航天飞机任务恢复遥遥无期，哈勃任务再次陷入泥沼，未来何时，甚至能否进入太空都变得非常不确定。

经过近5个月艰难细致的事故调查，事故调查委员会确认事故原因是O形橡胶环在低温下失效，导致燃料泄露并发生起火爆炸。痛定思痛，此后美国对航天飞机进行了400处以上的改进，并加装了安全系统。1988年9月28日，“发现”号在航天飞机任务中止32个月后升空，这标志着航天飞机项目再次走上正轨。

哈勃望远镜经过漫长的等待，终于等到了最终的发射。1990年4月24日，装载哈勃望远镜的“发现”号航天飞机成功发射升空，4月25日将哈勃望远镜送入距地面600公里的轨道。 哈勃望远镜经历了一系列内部与外部的挫折，从项目开始到发射历时20多年，耗资20多亿美元，终于得以翱翔太空。哈勃望远镜的伟大使命就此展开，全世界都在等待哈勃即将传回的图片。

下期预告：就在这个欢欣鼓舞满怀期待的时候，一次致命的打击来临。1990年5月20日，哈勃望远镜向地面传回了第一幅照片，成像质量太差，远远没有达到设计要求。是什么原因造成的，又该如何解决？敬请期待“ 火星茶馆 ”下一期。

下期链接： 哈勃望远镜的传奇一生（二）

伽利略望远镜的原理论文200字

（一）主题的写法[2]
毕业论文只能有一个主题（不能是几块工作拼凑在一起），这个主题要具体到问题的基层（即此问题基本再也无法向更低的层次细分为子问题），而不是问题所属的领域，更不是问题所在的学科，换言之，研究的主题切忌过大。因为涉及的问题范围太广，很难在一本硕士学位论文中完全研究透彻。通常，硕士学位论文应针对某学科领域中的一个具体问题展开深入的研究，并得出有价值的研究结论。
（二）题目的写法
毕业论文题目应简明扼要地反映论文工作的主要内容，切忌笼统。由于别人要通过你论文题目中的关键词来检索你的论文，所以用语精确是非常重要的。论文题目应该是对研究对象的精确具体的描述，这种描述一般要在一定程度上体现研究结论，因此，我们的论文题目不仅应告诉读者这本论文研究了什么问题，更要告诉读者这个研究得出的结论。
（三）摘要的写法
毕业论文的摘要，是对论文研究内容的高度概括，其他人会根据摘要检索一篇硕士学位论文，因此摘要应包括：对问题及研究目的的描述、对使用的方法和研究过程进行的简要介绍、对研究结论的简要概括等内容。摘要应具有独立性、自明性，应是一篇完整的论文。
（四）引言的写法
一篇毕业论文的引言，大致包含如下几个部分：1、问题的提出;2、选题背景及意义;3、文献综述;4、研究方法;5、论文结构安排。
问题的提出：讲清所研究的问题“是什么”.
选题背景及意义：讲清为什么选择这个题目来研究，即阐述该研究对学科发展的贡献、对国计民生的理论与现实意义等。
文献综述：对本研究主题范围内的文献进行详尽的综合述评，“述”的同时一定要有“评”,指出现有研究成果的不足，讲出自己的改进思路。
研究方法：讲清论文所使用的科学研究方法。
论文结构安排：介绍本论文的写作结构安排。
“第2章，第3章，……，结论前的一章”的写法是论文作者的研究内容，不能将他人研究成果不加区分地掺和进来。已经在引言的文献综述部分讲过的内容，这里不需要再重复。
（五）结论的写法
结论是对论文主要研究结果、论点的提炼与概括，应准确、简明，完整，有条理，使人看后就能全面了解论文的意义、目的和工作内容。主要阐述自己的创造性工作及所取得的研究成果在本学术领域中的地位、作用和意义。同时，要严格区分自己取得的成果与导师及他人的科研工作成果。