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为什么哈勃太空望远镜只花30年时间,就改变了人

2020-05-18 来源:未知 编辑::ldh 阅读

从现在到过去-哈勃太空望远镜拉近了我们与宇宙物体之间的距离

在人类社会文明还比较落后的过去,不少人都偏执的以为地球就是宇宙的中心,而这个世界上的所有其他宇宙物体,都应该是在围绕着地球旋转。但是,随着一台名为哈勃的太空望远镜诞生之后,人类在过去数百万年时间形成的宇宙观被彻底颠覆,我们与宇宙中其他物体之间的距离也越来越近。

众所周知,不管是人眼观测、还是普通的地面望远镜,都难以捕获距离遥远的宇宙物体信息。而哈勃太空望远镜却可以追溯到一百多亿年前的星系,为我们揭示宇宙早期的诸多难解之谜。而且,即便是在哈勃太空望远镜投入运营之后的第三个十年,其强大的观测能力也并没有随着时间的递进而出现衰退迹象。

为什么哈勃太空望远镜只花30年时间,就改变了人

虽然人类无法观测到宇宙物体的整个演化过程,但哈勃太空望远镜却可以捕获处于不同演化阶段的恒星和星系。原来,包括我们的银河系在内,所有星系都是宇宙中的恒星系统,而这些大质量星系的中心都至少存在一个超大质量黑洞。与此同时,宇宙的膨胀速率并不是固定不变,而原因则可能与一种未知的暗能量有关。

截至目前,哈勃太空望远镜已经在其既定的轨道上为全人类服务30年,这个数字并不只是它寿命长短的体现,而源源不断地向地球回传亿万光年外的神秘信息才是其最大的价值。比如,被称为最全宇宙图谱的“哈勃遗产场”(HLF),涉及了26.5万个星系的7500张星空照片,尤其是其中过百亿年龄的星系,更为科学家们了解早期宇宙提供了重要信息。

哈勃的时光机,如何改变人类对自然世界的观念?

哈勃太空望远镜就是一台时光机

的确,当我们远离喧嚣的城市,选择一个天气晴好的夜晚,只需要微微一抬头便能看到与我们相隔距离遥远的众多恒星和星系。但是,我们所看到的星空却并不是实时的星辉。比如,月光实际上是在1.3秒之后才被地球上的我们看到,而白天里大家看到的太阳光则需要八分多钟才能抵达地球。

宇宙中许多存在体的生命周期都是以亿年为单位,而我们人类的整个进化史也才数百万年,所以,要想直接观察到这些物体的演化过程并不现实。但是,那些从几十亿年前就开始在宇宙空间中传播的光芒,在被哈勃太空望远镜捕获之后,却让我们能够对数十亿年前、乃至一百多亿年前的星系有所了解,并对恒星、乃至星系的演化和时间之间的关系有了更准确的认识。

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哈勃太空望远镜的诞生

从1610年伽利略首次将自己发明的望远镜瞄准天空,我们对自然世界的观念发生了天翻地覆的变化。原来,横跨在天空中心的特殊形状斑块,它们并不是真正的云朵,而是由众多恒星集合在一起组成的银河系;而太阳系之中的木星,也跟我们的地球一样拥有自己的天然卫星。

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随着人类社会科学技术的发展,不管是望远镜的功率还是体积都明显增加。当然,其结构也就同步变得更加复杂,而哈勃望远镜则成为了人类历史上第一个放置在太空中的光学望远镜。从1946年开始构思,到1990年4月24日成功发射,哈勃太空望远镜的诞生凝聚了科学家们数十年的心血。虽然,在1990年到2000年之间,哈勃太空望远镜的维修次数达到了五次,但这并没有影响其成为人类历史上最伟大的宇宙探索仪器之一。

既然说到哈勃望远镜的诞生,那就不得不提到其名字的来源,而这一切都要从天文学家埃德温·哈勃说起。这位伟大的天文学家身上有一般人没有的光环,比如:观测到宇宙膨胀实例证据的第一个人,以及河外天文学的奠基人。

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正是爱德温·哈勃通过星系的红移现象,创立了所谓的哈勃定律。再加上他同时也是观测宇宙学(星系红移和距离有关),以及星系天文学(星系的本质是恒星系统)的开拓者和创始人,所以,他也被世人称为星系天文学之父。

事实上,以爱德温·哈勃的名字来命名的事物,不只有这个世界上最大的天文望远镜,同时还包括了月球上的哈勃环形山,以及小行星2069(2069 Hubble)。毫无疑问,这种命名方式的意义,主要就是为了纪念天文学家爱德温·哈勃对世界天文学所做出的伟大贡献。

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哈勃极具代表性的几个重要发现:

第一:迄今为止,哈勃太空望远镜对宇宙物体的研究已超过40000个,那些无法通过肉眼捕获的珍贵视野让我们明白,地球不是太阳系的中心,更不是宇宙的中心。不同于一般的地面望远镜,被置于地球大气之上的哈勃太空望远镜能够捕获到更清晰的图像。比如,其极具代表性的M16鹰状星云图像。

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第二:在哈勃太空望远镜的观测下,宇宙的年龄从10亿到200亿年的宽泛范围,精确到了138亿年左右。在时间的递进过程中,造父变星会有规律的发生明暗变化,而科学家们就可以根据哈勃观测到的数据来确定出恒星的距离。

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第三:发现了宇宙中有超大质量黑洞的存在,并普遍地存在于大多数星系之中。通常情况下,超大质量黑洞这种宇宙物体类型,其质量可达到太阳质量的100万到100亿倍左右,具有平均密度相对较低和视界附近潮汐力相对较弱的特点。比如,在我们地球所在银河系中,其银心处就存在一个超大质量黑洞Sgr A*。

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第四,宇宙中的星系会随着时间递进而发生变化,那些处于不同阶段的星系之间存在的相互作用,则进一步促进了星系的增长和其他变化。或许很少有人知道,其实仅仅是位于哈勃太空望远镜深空地带的星系数量就多达5500个,而大约132亿年前的星系,则是其可以追溯到的时间最为久远的一个星系。

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当然,哈勃太空望远镜运行的这30年,还有很多可圈可点的探索发现,比如,清晰的展示了银河系中类星体周围的环境、对星系团周围暗物质的描绘提供了帮助、发现宇宙膨胀加速可能于暗能量有关、捕获了超新星爆发的过程快照、见证了诸多太阳系事件的发生。

与此同时,哈勃太空望远镜不仅让我们了解了死亡恒星周围的气体壳是怎样的结构,就连难得一遇的“惠木相撞”也没有逃过它的视线。简而言之,哈勃太空望远镜用自己30年的时间,就改变了全人类数百万年以来对宇宙的认识。我们不仅在它工作的这几十年时间里,亲眼目睹了许多惊艳绝伦的太空照片,更揭开解到了众多宇宙物体的神秘面纱。

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哈勃望远镜的世界,普通人如何窥探一二?

望远镜数百年的发展和蜕变

相信对于所有天文爱好者而言,能够观测距离遥远宇宙物体的望远镜,一定是大家特别熟悉的光学仪器。那你是否知道,人类历史上的第一架望远镜(1608年)竟是由一名荷兰眼镜商制造,而真正投入到科学应用中的第一台望远镜,则是由伽利略·伽利雷在1608年制造完成。

截至目前,望远镜的发展史已有四百多年的时间,换句话说,在这几百年之前,人类对宇宙的所有思考和发现,其实都是建立在肉眼观察的基础上。从最初的4倍双镜望远镜,到如今响彻世界、位于地球大气层之上的哈勃空间望远镜,毫无疑问,望远镜的功能变得更加强大,而观测的距离范围也越来越远。

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哈勃观测物体的易见程度不同

的确,哈勃望远镜与我们之间的距离太过遥远,而一般的望远镜又无法与其相提并论。但是,在这个特殊的四月,一定有不少天文爱好者都跟我一样,或许大家都正在试图通过自己的方式向哈勃升空30周年致敬。

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当然了,哈勃观测的物体也存在难以程度,所以,我们一般天文兴趣爱好者购买的望远镜,当然也只能观测到其中的极小一部分物体。其实,大家并不需要购买特别先进的设备,哪怕是双滚筒望远镜这样的设备,只要是在晴朗、且无灯光干涉的黑暗夜空中,我们也能够观察到一些哈勃观测的星系、或其他宇宙物体。

而对于4月这个特定的时间来说,我们可以选择北半球的一些宇宙物体,比如,像M101、M81、M182和C59,就更容易被大家在夜空中寻找到;而夜空中表现更微弱的M108、M105、M65、M66、M95和M96,作为普通业余爱好者的我们,则很难找到如此具有挑战性的星系。

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