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哈勃怎样改变了人类的宇宙观?30年观测又如何成就天文学新篇章?

2020/6/24 14:48:51 来源:原创 浏览:

迄今为止的最强光学太空望远镜

两位宇航员在1999年12月的3A维修任务中更换了哈勃太空望远镜的陀螺仪

哈勃太空望远镜取得了巨大的成功,哈勃对天文学所有领域的贡献受到了世界天文学家们的认可。哈勃望远镜是迄今为止功能最强大的太空望远镜,它提供的波长覆盖范围和功能是当前正在运行中的其他光学望远镜所无法比拟的。

与其他光学天文望远镜相比,哈勃望远镜有四个主要优势,它拥有前所未有的大范围角分辨率,还有从可见光和近红外光到远紫外光的极广光谱覆盖范围,哈勃还可以拍摄深空宇宙以及实现高精度光度法的拍摄。哈勃望远镜的成像视野很广,可以绘制宇宙天体和一些重要结构。相反,地面望远镜的视野会被大气所影响,而且地面望远镜是无法进行紫外光和大部分近红外光观测的。

图片是哈勃拍摄到的小麦哲伦星云中的一个名为1E 0102.2-7219超新星爆炸结构,超新星残余的气体和结构在中部位置

哈勃望远镜的图像比标准地面望远镜获得的图像要清晰5到20倍。面对浩渺宇宙,我们很疑惑,更多的是对未知的恐惧,因为宇宙实在是太大了,甚至超出了我们的想象,而哈勃优秀的成像能力似乎让我们和宇宙拉近了距离。此外,与地面望远镜拍摄的图像相比,哈勃望远镜的图像极为稳定,地面望远镜的视野会由于不断变化的大气和湍流而不断失真。

单单这些优势而言,哈勃就是科学天文观测的重大进步。在未来,虽然哈勃已经有了很多继任者,但是很明显,一个人的启蒙老师只可能拥有一个,所以即使未来会有很多继任者登上轨道,哈勃对人类,尤其是对宇宙学的贡献是不可磨灭的。

这是泻湖星云,在照片的中心,一颗比我们的太阳还要亮20万倍的年轻恒星正处于活跃状态,星云中的星尘和不同恒星的粒子活动雕刻出了“山脊”,“空洞”等星云奇幻景观

除了优秀成像能力之外,哈勃还激励了数代人对宇宙,或者说对天文科学产生了强烈的兴趣,比如哈勃拍摄的深空场图像,哈勃拍摄的木星的大红斑,每周年纪念日拍摄的各种星云和星系等等。面对宇宙,有了哈勃,我们的疑惑成为了兴趣。就在此时,我们也了解到,宇宙远远没有我们想象的简单,它复杂的很。

神秘宇宙中的文明灯塔

宇宙不仅浩渺无垠,而且非常复杂且神秘。我们说什么组成了宇宙?大家肯定会回答,星系星云,还有比地球上沙子还多的星球组成宇宙了呗。其实宇宙中可见的所有物质不足5%的比例,也就是说剩下的95%都是我们无法看到的,无法直接观测的,它们就是暗物质与暗能量。

哈勃太空望远镜拍摄了许多令人叹为观止的宇宙图像,“创世之柱”是哈勃的代表作之一。哈勃在2015年重新拍摄了“创世之柱”的图像,这里是恒星的家园

在哈勃太空望远镜发射之前,天文学家和宇宙学家对暗物质和暗能量是束手无策,但是通过哈勃优秀的成像水平,天文学家发现了暗物质与暗能量的蛛丝马迹。天文学家长时间利用哈勃观测固定的数十个星系,发现这些星系周围都有暗物质团块结构。换句话说就是所有星系都并嵌入到了暗物质粒子当中。

暗物质本身由缓慢移动的粒子组成,这些粒子聚在一起形成统一结构。整个银河系周围的暗物质粒子的质量甚至不超过商用飞机的质量,但是就是这些粒子可以左右星系的移动和形态,甚至可以让两个星系相撞,就比如说水中的两艘船,水不会快速流动,但是它会缓慢流动,流动30亿年(这里以仙女座和银河系做对比)之后,两艘船就会相撞。暗物质与暗能量我们是看不到的,但是借助哈勃太空望远镜优秀的成像能力,我们就可以看到它们是如何影响星系行为的,从而确定暗物质的一些参数。

这是哈勃拍摄到的Pismis 24星团,它位于星云NGC 6357的核心。星云的一部分被最年轻的恒星(蓝色)电离,这些恒星会发出强烈的紫外线辐射,加热了星团周围的气体,使其产生了空洞结构

宇宙中神秘的结构有很多,接下来我们请出下一位神秘来客——黑洞。黑洞也是宇宙的一个神秘结构,黑洞本身是不可见的,哈勃也无法拍到照片,但是哈勃可以在黑洞吞噬天体结构的时候按下快门。黑洞在吞食一些天体的时候会有接近光速的X射线喷流和吸积盘结构,吸积盘结构是可以被观测的。另外超大质量黑洞一般都在星系中心,通过哈勃的数据和观测,我们发现一般星系中心都有两个以上的黑洞。

哈勃还发现了一些二元黑洞(两个以上黑洞结合产生的黑洞),这就说明黑洞虽然神秘,但是他们也是可以被观测的,不同黑洞的相互吞噬还会让黑洞变大。哈勃还观测了一些超巨大恒星的演化,这让黑洞的整条生命线跃然纸上。了解宇宙中的一个结构,我们必须了解它的前世今生,包括起源,演化,行为,终末。

上图为我们展示了哈勃对两个星系中心黑洞部分气体密度的实际观测。下图为我们展示了计算机模拟的两个星系中的恒星形成区,这些数据将帮助天文学家了解黑洞喷流是如何影响落入黑洞中的其他气体的

现代天文学引领者

宇宙很神秘,也很美丽,除了黑洞和暗物质这类害羞的天体,我们还有很多重子天体(可观测天体)可以观察。哈勃太空望远镜在探索宇宙方面开辟了一个新的,未知的领域。从1990年代初期到现在,天文学家利用哈勃的光学主镜拍摄了100多万张照片,这其中有很多星系等天体结构,这是宇宙最优美,最宏伟,也是最让人振奋的一点。不过我们通过哈勃的观测得知,宇宙中的星系是由更小,更原始的恒星组合演化而来的……

哈勃不仅看的广,看得清楚,还看得远,它似乎带我们回到了一切的原点……1995年,天文学家利用哈勃观察了一小片看似什么都没有的天空,观测时间持续一百万秒,最后天文学家有了新的收获。哈勃捕捉了无数星系的微弱光芒,许多星系是如此遥远,它们的光到达地球都花费了数十亿年。因此,我们在观察宇宙的时候就好像在一条时间走廊里,距离我们越远的星系,它们的光距离我们也就越远。

该图像由哈勃的高级勘测相机拍摄,这是ZwCl 0024 + 1652星系团。该图像为我们展示了遥远星系微弱的光,其光线被星团的强大引力场所扭曲

这是为什么呢?天文学家使用哈勃太空望远镜数据证实了宇宙正在膨胀,不仅如此,宇宙还在不断加速膨胀。去年,哈勃太空望远镜的最新测量结果证实,宇宙的扩张速度比预期快9%。我们知道天文学家可以预测造父变星光度是变亮和变暗,所以天文学家用哈勃观测造父变星就可以测量星系间的距离。天文学家小组分析了邻近星系大麦哲伦星云中70颗造父变星的光,并采用了一种新方法来捕获这些恒星的快照。

哈勃望远镜通常只能在每90分钟内观测一颗恒星,天文学家使用一种称为DASH移位的新方法观察了造父变星群,从而使研究小组能够在相同的时间内观察十二个造父变星。利用这些新数据,天文学家们得以巩固宇宙膨胀距离的基础,该基础可以用于确定宇宙膨胀的速度,还可以计算哈勃常数随时间变化的速度,进而发现宇宙是在加速膨胀的。

这是哈勃2014年拍摄的超深场图像,这是哈勃高级相机和第三广域相机3拍摄的复合图像,这张图像哈勃拍摄了841次,其中包含约10000个星系,最古老的星系年龄大约有120亿年

观察太阳系内部土星极光,研究海王星风暴,探索木星大红斑,了解宇宙膨胀等宇宙学问题,观察星系演化,寻找暗物质暗能量踪迹,探寻黑洞奥秘,了解早期宇宙并研究未来宇宙结局等等,这些全部都是哈勃的任务……哈勃在一开始因为航天飞机事故,停飞了几年,原本4亿美元的预算加上这么多年来的维修维护工作,预算超过了100亿美元。

未来执着又孤独的探索之路(自喻)

面对宇宙,人类是执着的,哪怕是超预算数十倍,我们也要探索宇宙,因为那里是我们的梦与远方。这条路确实不好走,劳心劳神还很可能失败,一个太空望远镜从设计到运营步骤多到难以想象,但是即使这样我们还是要探索宇宙,因为我们知道,未来人类足迹会遍布太阳系。

这是哈勃在30周年(今年1月份)拍摄的螺旋星系UGC 2885,这个星系比我们的银河系宽2.5倍,10倍恒星数量于银河系恒星

其实人类很渺小,看到哈勃或者其他太空望远镜,我总是想到瓦力,它在地球上独自清理了多年的垃圾,面对新来的太空船它很好奇,冒着被飞船引擎火焰直接喷射的危险也要去了解,最后收获了属于它的爱情。哈勃和其他太空望远镜,独自在轨道运行了30年,在这时间内,哈勃进行了百万次的观测,绕地球547千米的轨道转了50多万圈,每年提供给地球天文学家超过10TB的数据。哈勃是人类智慧的结晶,更是全人类在宇宙观测时代的文明灯塔。

未来,这条探索之路,还将继续走下去。而你,哈勃,将是人类太空观测历史上不可磨灭的新星,提前祝你30岁生日快乐。

看看网友怎么说

成都城南海之声助听器:感谢分享

视界科学:哈勃望远镜彻底改变我们的宇宙观!

小磨麻油滴滴香:从肉眼看世界到哈勃望远镜……视界的飞跃带来的是“认知的革命”!👍👍

宇宙与科学:#哈勃升空30周年#

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