在軌運行30年,，哈勃拍攝的大量瑰麗的星體照片，或星星點點,，或柱狀,、或螺旋狀……這些宇宙圖像到底是什么？

了解這些圖片的含義,，或許下次看到它們時,，就能從科學(xué)的角度領(lǐng)悟它們的奇妙，而不必再止步于贊嘆炫目的效果,。 

在解讀具體照片之前,，首先需要對大型望遠(yuǎn)鏡的觀測策略建立認(rèn)知。

每臺大型望遠(yuǎn)鏡在設(shè)計之前,，就已經(jīng)規(guī)劃好了觀測目標(biāo),。這些目標(biāo)任務(wù)，將是一臺頂級設(shè)備在未來許多年內(nèi)最主要,、效果最好的科學(xué)產(chǎn)出,，既能在科學(xué)界獨領(lǐng)風(fēng)騷，也最適宜向公眾推廣,。

對哈勃來說,，它先進(jìn)的空間位置、分辨和集光本領(lǐng),、特殊的儀器,、與其它科學(xué)項目之間的競爭……種種因素，決定了它的觀測重點是：宇宙學(xué),，星際物質(zhì),，星系動力學(xué)，恒星演化,，高能天體,。我們看到的星空圖片，都屬于這幾大類的成果,。 

在“哈勃”發(fā)射二十多年前,，1969年發(fā)表的《大型空間望遠(yuǎn)鏡的科學(xué)用途》報告就已經(jīng)規(guī)劃好了它的用途。 不懂這些深奧的名詞,？

沒關(guān)系,，下面就用簡單的語言講講如何辨認(rèn)照片里的天體，以及這些漂亮圖片是如何與這些深奧名詞,，以及人類最重要的前沿發(fā)現(xiàn)聯(lián)系起來的,。 

Part.1

宏偉瑰麗的漩渦星系

星系，又稱宇宙島,，是像銀河系這樣由無數(shù)的恒星,、塵埃組成的運行系統(tǒng),。

星系攝影是最漂亮的天體圖片之一。盡管它們的形狀千變?nèi)f化,，但看到下圖這種漩渦形的結(jié)構(gòu),，就很容易判斷它是星系了。 

星系NGC 1300,，這種中間是棒狀,、周圍有旋臂的星系叫做“棒旋星系”。銀河系也是一個棒旋星系,。 由于大多數(shù)星系是個扁盤,，斜對或側(cè)對我們時，只能看到橢圓形,，甚至窄窄一條線,。橫亙夜空的銀河，就是我們銀河系的橫截面,。 

NGC 4710星系的側(cè)面,，中間暗色雜質(zhì)為塵埃盤。

某些特殊星系的塵埃盤是扭曲的 星系圖片很好地體現(xiàn)了哈勃在多波段的復(fù)合,。例如下圖中,，既有淡黃白色的光暈、暗紅色的塵埃,，也有藍(lán)白色的點點恒星,、粉紅色的云團(tuán)（發(fā)出紫外線）。分析這些物質(zhì)的分布情況,，可以探究恒星如何形成等重要信息,。 

漩渦星系M74 還有一些星系不那么規(guī)則，甚至幾個之間互相吸引,，撕扯,、糾纏。細(xì)數(shù)圖中有幾個星系核心,，就能很簡單地看清這一點,。星系之間如何作用，也是急需解決的重要謎題,。 

“斯蒂芬五重奏”,，其中含有五顆相互吸引的星系。左上角的黃色橢圓星系離得最遠(yuǎn),，受影響較小,。 

兩個相互撕扯的星系A(chǔ)rp 273形成一朵玫瑰的形狀,。

大犬座中兩個正在并合的漩渦星系,。 

NGC 4676的兩個星系由于引力作用,，拉出了長長的尾巴，因此又稱“鼠”星系,。 

Part.2

萬千光點集一身,，那是宇宙最深處

所謂深場照片，就是宇宙最深處的圖像,。它的特征很明顯：千萬個光點集中在一起,，其中每個都具有星系的形狀。換句話說,，它們是有面積的,，而非真正的光點。用天文術(shù)語來說,，是“展源”而非“點源”,。 

天爐座深場。當(dāng)哈勃凝視足夠久之后,，原本黑暗的天區(qū),，出現(xiàn)了千萬個新世界。 哈勃拍攝深場的能力是獨一無二的,。深場星系的光線非常暗弱,，需要極長時間的曝光。例如上面這張深場照片,，就足足連續(xù)拍了11.3天之久,。地上的望遠(yuǎn)鏡受大氣輝光干擾，幾乎不可能拍出這樣敏銳的效果,。 

背景星系的規(guī)則形狀,，被前景Abell 2218星系團(tuán)中的金黃色大質(zhì)量天體扭曲成了弧形。 在星系背景中還發(fā)現(xiàn)了一種神奇的現(xiàn)象,，即愛因斯坦預(yù)言的“引力透鏡”,。根據(jù)廣義相對論，在大質(zhì)量物體周圍光線會彎曲,，就像哈哈鏡一樣,。在上面這樣的圖中，就可以看到原本短粗的背景星系,，在前景星系附近被拉長成許多縹緲的弧線,。 

Part.3

星團(tuán)、深場難區(qū)分,？看光點是否有形

在星系內(nèi)部,，恒星也會一群群聚成團(tuán)。星團(tuán)與深場照片的區(qū)別在于，星團(tuán)中的一顆顆恒星都是光點,，沒有面積和形狀,。

天爐座3號星團(tuán)，因為大量恒星聚集在一個圓球形區(qū)域內(nèi),，被稱為球狀星團(tuán),。 

大麥哲倫星系中的星團(tuán)，藍(lán)色的年輕恒星剛從粉紅色的星云中誕生出來,。

人馬座銀河系中心周圍像是一個“珠寶盒”,，恒星密度十分驚人。

Part.4 

高能量天體,，宇宙最耀眼的剎那

星系是千億顆恒星的集合,。但有時，一顆天體爆發(fā)的能量便足以媲美整個星系,。

很多星系照片都含有能量極高的天體,，最強大的當(dāng)屬星系中心的超大質(zhì)量黑洞。有了哈勃拍到下面這張照片的支持,，全球多臺射電望遠(yuǎn)鏡聯(lián)合協(xié)作,，持續(xù)跟進(jìn)，誕生了去年轟動世界的黑洞照片,。 

M87中心黑洞噴出的粒子流,，黃色光暈范圍為星系，中心亮點為黑洞位置,。 在下面這張圖中,，同樣地，雖然畫面中有一枚巨大的星系,，但最重要的其實是左下角的高能量天體——超新星,。它的亮度變化等信息，對我們來說是非常新鮮的知識,，也是衡量天體距離的重要依據(jù),。 

超新星1994D和NGC 4526星系 簡單來說，超新星就是大質(zhì)量星體的壽命走到盡頭,，炸成了一朵絢麗的星云煙花,。在下面的圖中，明顯可以看到這種高能量的爆發(fā),，造成物質(zhì)從兩端拋射出來,。 

蝴蝶星云NGC 6032 除此之外，年老恒星還會比較溫和地拋出自己的球型外層,，形成對稱性極高的漣漪狀星云,。古代天文學(xué)家誤把它們看成了行星周圍的光環(huán),，所以它們有個特殊的名字叫行星狀星云。 

行星狀星云NGC 7293就像一只巨眼 

貓眼星云也是一顆典型的行星狀星云 但是在爆炸中心,，死亡恒星的內(nèi)層有可能凝集成一個致密的核心,，不斷高速轉(zhuǎn)動，向外放出能量射線,。經(jīng)過漫長歲月之后，對稱的星云就會被輻射攪碎,，變成像下面這樣的奇怪形狀,。 

蟹狀星云是超新星爆發(fā)的遺跡，在它中心有一顆放射能量的脈沖星,。 

DEM L 190星云也被它包裹的中子星攪成了類似心形,。 

Part.5

星云，孕育天體的溫床

除了上面提到的超新星爆炸形成的星云,，還有很多星云結(jié)成塊狀,，看不出明顯來源。它們往往構(gòu)成各種奇異的形狀,，也因此有了很多好聽的名字,。 

鷹狀星云，鷹頭冠羽處明亮的區(qū)域正在孕育恒星,。 

馬頭星云（紅外波段） 不管是太陽還是地球,，實際都是星云中的氣體和塵埃凝聚成的。因此遙遠(yuǎn)星云中恒星正在誕生的瞬間,，關(guān)乎我們自己的起源,，格外引人注目。哈勃甚至還拍到了恒星周圍塵埃（稱作“原行星盤”）凝聚成行星的“半成品”狀態(tài),。 

系外行星“北落師門b”,，發(fā)現(xiàn)于北落師門周圍的原行星盤。 

Part.6

哈勃為什么不能給太陽和水星拍照,？

我們已經(jīng)習(xí)慣了看到各大行星的清晰照片了,。它們大多是探測器飛到行星附近拍攝的。行星不難辨認(rèn),，像下圖這種有清晰地貌的天體,，一定是太陽系內(nèi)的行星或者它們的天然衛(wèi)星。 

哈勃拍攝的火星不同半球（南半球夏季）

哈勃望遠(yuǎn)鏡拍出的行星照片,，盡管未必有探測器拍得那么高清,，但貴在及時。興師動眾的探測器不可能隨時發(fā)射,，當(dāng)有衛(wèi)星飛掠,、彗星接近等突發(fā)事件時，哈勃隨時隨拍，就派上了大用處,。 

木星大氣層的細(xì)節(jié) 因此,，哈勃拍攝的系內(nèi)天體圖片，大多都含有特殊的,、動態(tài)的現(xiàn)象,。例如上圖里的木星刮起了颶風(fēng)，顯示出新的紅色斑點,。下圖的土星則在南極冒出了極光,。 

土星極光每隔兩天的變化過程 另外，你永遠(yuǎn)無法在哈勃的圖片庫里找到太陽和水星,。它們過于明亮,，正對它們拍攝會灼傷設(shè)備。不過,，科學(xué)家也找到過巧妙的間接方法,。就像神話中的英雄通過盾牌反光，觀察令人石化的妖魔一樣,，刺眼的陽光經(jīng)過月亮反射后會被大大減弱,。

當(dāng)2012年金星從太陽前經(jīng)過時，哈勃望遠(yuǎn)鏡對準(zhǔn)了它投在月亮上的影子,。影子中包含被金星大氣層折射的微弱陽光,，通過它可以鑒定出金星大氣層的成分。

當(dāng)然,，哈勃拍攝的天體絕不止上面提到的這么多,，它還執(zhí)行了許多特別任務(wù)。例如引力波發(fā)現(xiàn)后,，它也“跟風(fēng)”觀測了產(chǎn)生引力波的天體（雙中子星并合）,，看到了它在光學(xué)波段的樣子，確認(rèn)了這次爆發(fā)事件,。 

2017年哈勃觀測到的雙中子星并合造成的漣漪 除此之外,，哈勃還與其它波段的望遠(yuǎn)鏡配合，復(fù)合出了更多富于科學(xué)價值的圖片,。例如下面這張子彈星系團(tuán)的照片,，藍(lán)色部分是根據(jù)哈勃看到的引力透鏡重構(gòu)出來的物質(zhì)，紅色部分是錢德拉空間天文臺在X射線波段看到的樣子,。它們兩個結(jié)合起來,，證明了暗物質(zhì)的存在。 

子彈星系團(tuán)1E 0657-556是兩個星系團(tuán)碰撞的結(jié)果,。 哈勃發(fā)布的圖像都很絢麗,，但是,，在瀏覽這些照片時，我們必須記住,，它們不是純粹為了滿足審美而拍攝的,。任何一架大望遠(yuǎn)鏡的使用時間都非常緊張，要使用這些望遠(yuǎn)鏡,，全球最杰出的天體物理學(xué)家們提交申請后,，還要由嚴(yán)苛的委員會審核，競爭十分激烈,。被批準(zhǔn)的觀測申請,，不僅需要具有重要的科學(xué)意義，而且必須能夠發(fā)揮出這臺望遠(yuǎn)鏡的優(yōu)勢,。

在下面這個視頻里，可以清晰地看出哈勃觀測天體的策略,，以及被觀測天體的特征,。每張拍攝的照片所耗費的價格平均超過一百萬元人民幣，不管是從科學(xué)價值還是經(jīng)濟價值上來說,，它們都是非常珍貴的,。

深場、星團(tuán),、引力透鏡,、星系、彗星,、行星,、衛(wèi)星、星云,、恒星……這些充滿魅力的圖像,，為人類敞開了窺視新世界的天窗。  4月24號是哈勃發(fā)射30周年,，在即將上映的《哈勃三十年：揭示宇宙奇觀》紀(jì)錄片中,，將可以看到更多美輪美奐的星空圖片。

正如愛因斯坦所言：“宇宙最不可理解之處在于它是可以理解的,?！庇^賞這些天文圖片，宇宙的瑰麗美妙固然顯而易見,，而更令人贊嘆之處或許在于,，大自然的美麗能被人類所欣賞，并且隨著時間流逝,，深深地烙印在我們的文明中,。 除特別標(biāo)注外,，本文使用的所有影像圖片均來自NASA。

出品：科普中國制作：淵默監(jiān)制：中國科學(xué)院計算機網(wǎng)絡(luò)信息中心

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