大气层中的大气湍流与散射，以及会吸收紫外线的臭氧层，这 些因素都限定了地面上望远镜做进一步的观测。太空望远镜的出现使天文学家成功地摆脱地面条件的限制，并获得更加清晰与更广泛波段的观测图像。

空间望远镜的概念最早出现上个世纪40年代，但一直到上个世纪90年代，哈勃空间望远镜才正式发射升空，并观测迄今。

哈勃空间望远镜属于美国航空航天局(NASA)与欧洲航天局(ESA)的合作项目，其主要目标是建立一个能长期在太空中进行观测的轨道天文台。它的名字来源于美国著名天文学家埃德温·哈勃。

1990年4月25日，由美国航天飞机送上太空轨道的 “哈勃”望远镜长13.3米，直径4.3米，重11.6吨，造价近30亿美元。它以2.8万公里的时速沿太空轨道运行，清晰度是地面天文望远镜的10倍以上。同时，由于没有大气湍流的干扰，它所获得的图像和光谱具有极高的稳定性和可重复性。

哈勃空间望远镜得到的数据首先被储存在航天器中。在哈勃空间望远镜最开始发射时，储存数据设施是老式的卷带式录音机。但这些设备在之后的维修任务中得到了替换。每天哈勃空间望远镜大约分两次将数据传送至地球同步轨道跟踪与数据中继卫星系统，然后数据再被继续发送至位于新墨西哥的白沙测试设备，通过位于白沙测试设备的60英尺（18米）直径的高增益微波电线之一，信息最后被传送到戈达德太空飞行中心和太空望远镜科学研究所处存档。

传送来的数据必须要经过一系列处理才能为天文学家所用。空间望远镜研究所开发了一套软件，能够自动地对数据进行校正。然后空间望远镜研究所将利用STSDAS (Space Telescope Science Data Analysis System) 软件来选取所需要的数据。

哈勃望远镜帮助科学家对宇宙的研究有了更深的了解。然而，由于美国航空航天局将哈勃SM4确定为最后一次维修任务，因此，哈勃的退役在即，而它新的继任者詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）将发射升空，并逐步接替哈勃太空望远镜的工作。

詹姆斯·韦伯太空望远镜（James Webb Space Telescope，缩写JWST）是计划中的红外线观测用太空望远镜。作为将于2010年结束观测活动的哈勃太空望远镜的后续机，计划于2011年发射升空。但因为制造方面的问题，不得不延迟到2013年升空，因此，哈勃望远镜也不得不冒险进行修补以继续服役。因为费用已经升到了80亿美元，镜片也已经从原计划的8米缩水为6.5米。这视为观察宇宙最遥远的地方，也就是宇宙大爆炸的第一缕光线的最低要求了。系欧洲空间局（ESA）和美国宇航局（NASA）的共同运用计划，放置于太阳-地球的第二拉格朗日点。

1.增进了人类对宇宙大小和年龄的了解。

2.证明某些宇宙星系中央存在超高质量的黑洞以及多数星系的中心都可能存在黑洞。

3.在可见光谱范围内，对宇宙进行了最深入的研究，观察了数千个星系，探测到了宇宙诞生早期的“原始星系”，使天文学家有可能跟踪研究宇宙发展的历史。

4.清楚展现了银河系中类星体这种最明亮的天体存在的环境。

5.更清晰地阐述了恒星形成的不同过程。

6.对宇宙诞生早期恒星形成过程中重元素的组成进行了研究，这些元素是行星和生命存在的必要条件。

7.展示了死亡恒星周围气体壳的复杂组成。

8.对猎户星云中年轻恒星周围的许多尘埃碟进行了探测，说明地球所在的银河系还有可能形成其他行星系统。

9.对千载难逢的慧木相撞进行了详细观测。

10.对火星等太阳系行星上 的气候民政部进行了研究。

11.发现木星卫星木卫二和木卫三的大气层中存在氧气  。

黑洞

黑洞尘埃盘

哈勃空间望远镜最早的核心计划之一就是要建立起由黑洞驱动的类星体和星系之间的关系。之后，通过它们对周围恒星的引力作用，针对“哈勃”所获得的近距星系光谱的动力学模型证实了黑洞的存在。这些研究也导致了对十几个星系中央黑洞质量的可靠测量，揭示出了黑洞质量和星系核球质量之间极为紧密的联系。2011年11月8日，借助哈勃空间望远镜，天文学家们首次拍摄到围绕遥远黑洞存在的盘状构造。这个盘状结构由气体和尘埃构成，并且正处于不断下降进入黑洞中被消耗的过程中。当这些物质落入黑洞的一瞬间，它们将释放巨大的能量，形成一种宇宙射电信号源，称为“类星体”。

暗物质

2012年3月，美国宇航局“哈勃”太空望远镜在距离地球24亿光年的“阿贝尔520”星系团中再次发现了一个巨大的暗物质块。这一异常发现令天文学家百思不得其解，并怀疑暗物质块中可能藏有一个神秘的“暗物质核心”。

研究人员介绍说，在距离地球24亿光年的遥远星系团“阿贝尔520”中，星系发生碰撞后，从星系中分离出来的暗物质可能在星系周围聚集形成一个“暗物质核心”。由于暗物质被认为是将星系结合成一体的神秘“胶水”，因此这种现象本不应该存在。现象的问题是，如果暗物质被认为是将星系结合成一体的神秘“胶水”，那么星系碰撞后它们仍然可以将星系“粘合”在一起。

这一异常现象最早发现于2007年。由于这一现象过于异常，因此许多天文学家都将其作为一种假象而不予理会。然而，“哈勃”太空望远镜最新的观测结果证实，“阿贝尔520”星系团中的暗物质和星系是分开的。“哈勃”太空望远镜观测图像蓝绿色区域显示，一个巨大的暗物质块位于炽热的气体附近，但该区域几乎看不到星系。

异常现象的再一次发现，让天文学家们不得不对其重视起来并重新思考它的原理。暗物质最早发现于大约80年前，被认为是将星系结合成一体的“引力胶水”。事实上，天文学家对暗物质仍然知之甚少。“哈勃”太空望远镜研究项目首席科学家、加利福尼亚大学天文学家詹姆斯-吉表示，“这一结果令人困惑。暗物质的行为无法预测，很难说清它的原理。”

对于这一异常发现，研究团队提出了数种解释，但最终每一种解释都会让天文学家更为困惑。研究团队成员、美国加州旧金山州立大学科学家安迪谢-马哈达维曾经是2007年对“阿贝尔520”星系团首次观测项目的负责人，他表示，“这会让你越来越困惑，越陷越深。”

对于这种矛盾现象，一个可能的解释就是，“阿贝尔520”星系团是三个星系团之间复杂的交互体，而不仅仅是两个碰撞系统。另一种可能就是，“暗物质核心”中包含有许多星系，但是由于它们过于暗淡而无法观测到，甚至“哈勃”太空望远镜都无法看到。

哈勃深场

早在1996年，著名的哈勃空间望远镜就拍摄到标志性的哈勃深场图像，巨大数量的星系就隐藏在这片小天区中，美国宇航局计划进行一次全新的深场成像计划。哈勃望远镜在捕捉深场图像时将收集极遥远天体的微弱光线，慢慢“堆积”才能揭示宇宙大爆炸数亿年后的情景，否则由于光线太弱而看不到当时宇宙中存在的天体。在哈勃望远镜于2004年拍摄的“超深场”图像中，收集光线的时间更久，2012年拍摄的“极深场”图像则花了更长的时间才完成成像。

根据巴尔的摩空间望远镜研究所科学家丹安·科介绍：“与超深场图像类似，本次哈勃拍摄的六个超深场图像计划几乎可获得相同品质，在哈勃前沿领域的任务中，收集光线花了45个小时，描绘出宇宙大爆炸后大约五亿年的情景。”这些图像深刻揭示了宇宙最深处的景象，捕捉到年代非常久远的星系和从未见过的遥远星系。负责本项研究的科学家认为有些星系是之前尚未被发现的，比如最远的星系MACS0647-JD，就距离地球大约133亿光年处，原始深空场也显示了在仅仅2.5弧分跨度上就存在大约3000个并未被观测到宇宙星系。

作为天体观测的主力，美国宇航局希望哈勃望远镜能维持到2018年，其继任者詹姆斯·韦伯空间望远镜将在不久后发射。研究人员认为哈勃拍摄的新深场图像需要一定的运气，那片黑暗的天区包含了丰富的宝藏，这项新的观测活动将在2012年晚些时候开始。

有水行星

2013年12月3日，美国航天局宣布，天文学家利用哈勃太空望远镜在太阳系外发现5颗行星，它们的大气层中都有水存在的迹象。此前也曾观测到少数大气层中有水存在迹象的系外行星，但这是首次能确定性地测量多个系外行星的大气光谱信号特征与强度，并进行比较。

这5颗行星分别叫做WASP-17b、HD209458b、WASP-12b、WASP-19b与XO-1b，它们的体积比地球大得多，属于“热木星”型行星，即大小与木星相当，但温度极高、运行轨道距其绕行恒星非常近的气态巨行星。

研究人员利用哈勃的广角照相机，观测这些行星大气层吸收光线的细节特征，结果发现，尽管5颗行星都有水存在的迹象，但信号均弱于预期，他们怀疑这是因为这些行星的大气中有一层霾或灰尘的存在，导致信号减弱。

大胖子星系团

2014年4月，美国航空航天局(NASA)哈勃太空望远镜观测结果显示，“El Gordo”星系团(昵称为“大胖子”)所容纳的质量可能与三千万亿(3乘以10的15次方)颗太阳相当。这比原先科学家所估计的值大了43%，质量可能与3千万亿颗太阳相当，约为银河系质量的3000倍。 “大胖子”星系团的编号为ACT-CL J0102-4915，距离地球超过70亿光年。因此，天文学家观测到的信号，实际上已经有将近一半的宇宙年龄(约138亿年)。在2012年的报道中，“大胖子”星系团的质量大致相当于2千万亿颗太阳。研究者利用NASA的钱德拉X射线天文台和欧洲南方天文台位于智利的甚大望远镜阵列，对星系团内部的气体温度以及星系的运动进行了研究，估算出了这一数据。不过，该结果存在着一些偏差，原因主要是该星系团可能是两个星系团之间碰撞的结果。

哈勃遗产场

2019年5月，哈勃太空望远镜科学家公布了最新的宇宙照片——“哈勃遗产场”(HLF)，这是迄今最完整最全面的宇宙图谱，由哈勃在16年间拍摄的7500张星空照片拼接而成，包含约265000个星系，其中有些已至少133亿岁“高龄”，对其进行研究有助于科学家深入了解更早的宇宙历史。

“橄榄球”状系外行星

“橄榄球”状系外行星

2019年8月5日消息，哈勃太空望远镜发现了一颗滚烫的“橄榄球”状系外行星。这颗行星因为距离恒星太近而被撕扯、加热，大气也正在加速逃逸，整颗行星处于被吞噬的边缘。这颗行星与恒星的距离过于近，处在被潮汐力撕裂的边缘。这种“死亡拥抱”已经让它扭曲变形为橄榄球状，高空大气温度超过2500摄氏度  。

最古老星系群

2013年10月，哈勃太空望远镜发现了可能是宇宙中测量距离上最遥远的星系，来自德克萨斯大学等研究人员通过MOSFIRE摄谱仪精确测量了该星系的距离，其大约存在于宇宙大爆炸后的7亿年左右。

2020年1月，一个国际天文学家团队利用美国哈勃太空望远镜发现了迄今已知的最遥远、最古老的星系群。这个三重星系群被称为EGS77。更重要的是，观测表明这个三重星系群参与了宇宙初期被称为“再电离”的改造过程。EGS77大约诞生于宇宙大爆炸后6.8亿年时，当时宇宙年龄还不足现今138亿岁的5%。

两个黑洞发生碰撞

2004年2月4日，哈勃望远镜观测到两个黑洞发生碰撞的情景，当碰撞时，受强大重力辐射爆作用一个黑洞将被踢出来，而不是按人们所想它们会结合形成一个更大的黑洞。

2004年3月4日，哈勃望远镜拍摄的遥远恒星V838 Mon的光环非常类似于梵高的油画作品，天文学家称这个照片称为“草莓之夜”。这张照片是由先进勘测相机拍摄的。图中星际灰尘强度来自于图片中心位置的红超巨恒星，它在两年前就释放出类似电灯泡的脉冲光。V838 Mon距离地球20000光年，处于银河系的边缘。

2005年7月4日是美国的独立日，每年的这个时候美国城市都会燃放烟花庆祝节日。哈勃望远镜的观测显示，在1250万光年之遥的NGC 4449矮星系中持续燃放着“恒星烟花”。如图所示，这是哈勃望远镜先进勘测相机于2005年11月拍摄的。

2006年1月11日，基于哈勃望远镜拍摄的猎户星云图片，天文学家合成了最为详细的一张猎户星云全景图。猎户星云作为骚动状态恒星形成区域，是最吸引眼球的宇宙星体结构。该图像中包含3000多个不同体积的恒星，其中多数无法在可见光范围内呈现。由气体和灰尘勾勒出的图案颇似美国大峡谷中复杂的高地、山脉和山谷地形。猎户星云中包含着大量恒星诞生区域，遍布超大质量恒星至年轻恒星等各种恒星形态，同时还包含着孕育恒星的柱状密集气体云。

2006年8月29日，哈勃望远镜拍摄到超新星仙后A爆炸的残留物质，它是银河系内最年轻的超新星爆炸残留物。这张图片显示了超新星仙后A爆炸后残留碎片的复杂结构，它是由先进勘测相机拍摄的18张独立照片合成的图像。