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哈勃升空30年:往最黑暗的宇宙用力看30年,,我們看到的是無限的光明...

 laoyu2012 2020-04-30
戰(zhàn)國(guó)詩(shī)人屈原曾在長(zhǎng)詩(shī)《天問》的開篇寫道:
“遂古之初,,誰傳道之?
上下未形,,何由考之,?”
意思是:
“遠(yuǎn)古開始之時(shí),誰將此態(tài)流傳導(dǎo)引,?
天地未成形之前,,又從哪里產(chǎn)生?”

短短兩句,,道出了人類對(duì)宇宙奧秘的終極呼聲:
宇宙,,究竟從何而來?
……
進(jìn)入20世紀(jì),,雖然人類在天文學(xué)上有了無數(shù)的驚人發(fā)現(xiàn),,
但距離揭開《天問》里要探尋的終極奧秘,依舊相去甚遠(yuǎn),。
人類,,實(shí)在需要一雙能看到宇宙更遠(yuǎn)更深處的強(qiáng)大“眼睛”……

最近,是哈勃太空望遠(yuǎn)鏡升空30周年的日子,。 

我們接下來要講述的,,便是這雙凝結(jié)了人類智慧結(jié)晶的“深空之眼”。

過去30年的歲月,,它無數(shù)次為人類挖掘宇宙的終極奧秘,,一次又一次揭開創(chuàng)世之初的混沌真相……



艱難出征

自從1609年伽利略發(fā)明第一個(gè)望遠(yuǎn)鏡用來觀測(cè)星空,并發(fā)現(xiàn)木星衛(wèi)星以來,。人類從未放棄過制造更強(qiáng),,更大的望遠(yuǎn)鏡。 

然而在地面上再?gòu)?qiáng)大的望遠(yuǎn)鏡,,都避免不了很多干擾的因素,。 

于是乎,1946年,,美國(guó)天文學(xué)家Lyman Spitzer發(fā)表了一篇名為《在地球之外的天文觀測(cè)優(yōu)勢(shì)》的論文,,首次提出了“空間望遠(yuǎn)鏡”的主張,。

在他看來,在太空里裝一個(gè)望遠(yuǎn)鏡,,獲得的觀測(cè)效果要遠(yuǎn)好于在地面上安裝望遠(yuǎn)鏡,。

原因有二:
首先,無論地面望遠(yuǎn)鏡的技術(shù)多么先進(jìn),,總會(huì)受到地球大氣動(dòng)蕩,,星光閃爍等一系列地表因素的制約。如果把望遠(yuǎn)鏡裝到太空,,那么觀測(cè)的角分辨率(即物體能被清楚分辨的最小分離角度)的極限將大大改善,!
其次,太空中的望遠(yuǎn)鏡還可以觀測(cè)到被地球大氣層吸收殆盡的紅外線和紫外線,,可以全面解讀宇宙的“真容”,。
基于以上原因,Spitzer提出了把一個(gè)望遠(yuǎn)鏡發(fā)射到太空里的計(jì)劃,。

Lyman Spitzer

Spitzer的想法得到了眾多同行的支持和美國(guó)國(guó)家科學(xué)院的響應(yīng),,到了1965年,NASA正式啟動(dòng)了一個(gè)科學(xué)委員會(huì),,籌備建造這樣一架“空間望遠(yuǎn)鏡”,。

1977年,在籌建的12年后,,整個(gè)太空望遠(yuǎn)鏡的資金計(jì)劃終于得到國(guó)會(huì)的通過,。 
但又因?yàn)轫?xiàng)目開支巨大差點(diǎn)被國(guó)會(huì)砍掉一半預(yù)算。之后又被強(qiáng)行要求把望遠(yuǎn)鏡口徑減?。榱耸″X……),。

一直拖到1978年,項(xiàng)目才正式確定下來,。開始正式磨制2.4米的望遠(yuǎn)鏡主鏡,。 

1983年,這臺(tái)傳說中的空間望遠(yuǎn)鏡才有了正式的名字,,被命名為“哈勃太空望遠(yuǎn)鏡”,,用來紀(jì)念20世紀(jì)初發(fā)現(xiàn)宇宙膨脹的天文學(xué)家艾德溫·哈勃。

艾德溫·哈勃

之后的整個(gè)80年代里,,哈勃望遠(yuǎn)鏡都在設(shè)計(jì)缺陷,,經(jīng)費(fèi)不足,,太空船進(jìn)度滯后等一系列困難中煎熬,。尤其1984年“挑戰(zhàn)者號(hào)”航天飛機(jī)失事,更是給原本一拖再拖的哈勃望遠(yuǎn)鏡又一次沉重的打擊,。

就這樣,從項(xiàng)目開始籌劃到最后升空,,經(jīng)歷了超過30年的漫長(zhǎng)等待……

終于,1990年4月24日,,載有“哈勃太空望遠(yuǎn)鏡”的發(fā)現(xiàn)號(hào)航天飛機(jī)升空,,在震撼天地的轟鳴中,,滿載人類探索宇宙終極奧秘的“深空之眼”被成功送入距離地球550公里的近地軌道,。 

之后它將在那里,正式邁出人類撥開大氣迷霧,,從太空觀測(cè)宇宙的歷史性的腳步……


出師不利

1990年5月,部署成功的哈勃望遠(yuǎn)鏡,,終于發(fā)回了在太空拍攝的第一張照片(右),。
 同樣的天區(qū),,跟當(dāng)時(shí)地面上的地面望遠(yuǎn)鏡拍的(左)相比,,照片的銳度至少提高了50%,。  科學(xué)家們大為欣喜,,看來哈勃未來必將大有作為,。 

然而,被寄予厚望的哈勃望遠(yuǎn)鏡卻出師不利,。 
在測(cè)試了望遠(yuǎn)鏡上更多的相機(jī),,拍了更多的各種照片之后,科學(xué)家發(fā)現(xiàn),,哈勃拍攝照片的清晰度,,遠(yuǎn)不及預(yù)期。  
哈勃望遠(yuǎn)鏡傳回來的照片,,竟然糊成這樣……

早期傳回的Messier 100螺旋星系照片

在拍攝一些星星照片的時(shí)候,在星點(diǎn)的周圍,,也出現(xiàn)了這樣一圈模糊的光暈..... 

幾經(jīng)研究,科學(xué)家終于發(fā)現(xiàn)了問題所在,。 
望遠(yuǎn)鏡主鏡,,有問題,!  主鏡的邊緣部分,比原有的設(shè)計(jì)多磨去了2微米(大概頭發(fā)絲的1/50),。 
也正是這2微米的誤差,,導(dǎo)致光線不能完美的聚焦。產(chǎn)生了這詭異的光暈和模糊,。 雖然比地面望遠(yuǎn)鏡有進(jìn)步,但是哈勃觀測(cè)的能力,,還是比預(yù)先設(shè)想低了近20倍,!

科學(xué)家們幾乎要崩潰了,好不容易花了30年時(shí)間才申請(qǐng)好資金,,造好,,發(fā)射到太空里去看宇宙的望遠(yuǎn)鏡。 
結(jié)果最重要的主鏡卻是個(gè)有缺陷的,! 
就是這2微米的誤差,讓哈勃成了老花眼,,發(fā)回的照片總是模糊不清,。

消息傳出,哈勃太空望遠(yuǎn)鏡成了美國(guó)人瘋狂抨擊的對(duì)象,,甚至有媒體挖苦哈勃望遠(yuǎn)鏡是一個(gè)天價(jià)太空垃圾,,其失敗堪比同樣耗費(fèi)巨資卻首航沉沒的泰坦尼克號(hào)……

然而,,科學(xué)家們沒有自怨自哀,,他們開始埋頭積極尋找解決辦法。



病而彌堅(jiān)

即便是在哈勃患“眼病”的這段時(shí)間,,雖然它的分辨率達(dá)不到設(shè)計(jì)的水平,,但是依舊比地面上的望遠(yuǎn)鏡要強(qiáng)大。  
在這期間,,它依舊發(fā)揮了強(qiáng)大的效用,拍攝了很多珍貴的照片,,做出了各種研究。 

超新星1987A
1990年,,8月29日,發(fā)射4個(gè)月后的哈勃望遠(yuǎn)鏡,,傳回了這張超新星1987A的細(xì)節(jié)照片,。 
超新星1987A是一個(gè)很重要的觀測(cè)目標(biāo), 這是一場(chǎng)發(fā)生在1987年2月23日的超新星爆發(fā)事件,。  一顆距離地球16萬光年的年邁恒星發(fā)生了爆炸,而16萬年后的1987年2月23日,,恒星爆炸的光芒終于抵達(dá)了地球。 

16萬光年,,這在宇宙的尺度來說,是一個(gè)很近的距離,。  
這是人類進(jìn)入望遠(yuǎn)鏡時(shí)代以來距離最近的一次超新星爆發(fā)事件,,機(jī)會(huì)難得,。

而哈勃的照片,,揭示了無比的細(xì)節(jié),一個(gè)2萬攝氏度的圓環(huán),,包圍在這顆超新星爆發(fā)的遺跡上。 

順便說一下,,超新星1987A作為一個(gè)機(jī)會(huì)難得的事件,在隨后的幾十年年里,,科學(xué)家一直在持續(xù)的觀察,。而隨后哈勃進(jìn)行修正和不斷升級(jí)之后,也不斷拍攝下了超新星1987A更為清晰的照片,。 

甚至,,還得以記錄下了這樣圓環(huán)不斷演化,增亮的全過程,。 
為恒星的演化理論,提供了非常重要的依據(jù),。   


也正是因?yàn)檫@顆超新星距離我們近,,同時(shí)還有哈勃強(qiáng)大的觀測(cè)能力。我們才得以看到這一恒星爆炸之后的演化過程....


第一次看木星

1991年5月17日,,哈勃第一次把目光瞄向了我們太陽系里最大的行星,,木星。 
拍下了這樣木星的一角,。 
雖然這會(huì),哈勃的主鏡還沒有得到修正,,拍下的照片還很點(diǎn)模糊,,但是這樣的照片依舊揭示了地面望遠(yuǎn)鏡無法看到的無比的細(xì)節(jié)。 

補(bǔ)充一下,,在隨后的日子里,經(jīng)過完整升級(jí),火力全開的哈勃,,拍下的木星,,是這樣的....
2019年哈勃眼里的木星,。 



被疑似黑洞吞下的物質(zhì)

1992年哈勃觀測(cè)了NGC 4261星系,??茖W(xué)家普遍認(rèn)為這個(gè)星系的核心有一個(gè)巨大的黑洞。 

但是這核心部分,,在地面上望遠(yuǎn)鏡的眼里,,是這樣的,。 
看不清最核心的部分的細(xì)節(jié)。黑洞也就只能停留在理論上。 


直到1992年11月19日,,哈勃傳回了下面的這張NGC 4261核心的照片。 

用地面觀測(cè)的那張來做一個(gè)參照物對(duì)比一下


照片顯示,這星系的核心部分,后一個(gè)有塵埃圍繞組成的圓盤,。  而這樣的圓盤,,恰好表明,,在這個(gè)星系當(dāng)中,有一個(gè)巨大無比的黑洞,,正在不斷吸入物質(zhì),。這才能形成這樣的物質(zhì)圓盤,。 

拍下這樣被黑洞吸入物質(zhì)的照片,,哈勃,,也為黑洞的研究,盡了一波力,。 

而在隨后的觀測(cè)里,,哈勃的照片更是顯示,,在很多大星系的中心,,都有類似的塵埃圓盤結(jié)構(gòu),。這個(gè)結(jié)果更是表明,,在大星系的中心,普遍存在的超大質(zhì)量的黑洞,。  

(星系NGC 3377,3379,7052 4261的核心)

再補(bǔ)充說下,,1994年,,哈勃也證實(shí),在M87星系的核心,,存在一個(gè)巨大無比的塵埃圓盤,,意味著有一個(gè)超巨型的黑洞,。  


而哈勃無法看到的這個(gè)巨型塵埃圓盤的核心的那個(gè)超巨型黑洞,,就是2019年,科學(xué)家公布的首張黑洞照片的那一個(gè),。 




確定宇宙年齡的重大突破

1993年6月,,哈勃更是在“視力殘缺”的情況下,觀測(cè)出了大熊座的M81星系的準(zhǔn)確距離,。 

星系中的造父變星會(huì)有規(guī)律的發(fā)生明暗變化,,根據(jù)哈勃觀測(cè)到的準(zhǔn)確敏感數(shù)值,科學(xué)家就可以確定出恒星的距離,。
確定了這個(gè)星系在1100萬光年之外(過去估算在450萬~1800萬光年之間),。
而有了星系距離的準(zhǔn)確數(shù)值,直接幫助天文學(xué)家更正宇宙膨脹的速率,,從而進(jìn)一步推算出宇宙的年齡,。

在1993年這一波觀測(cè)的發(fā)現(xiàn)之后,宇宙的年齡被確定在100億~200億年之間,。 
而隨后更多的觀測(cè)里,,更是把宇宙年齡的范圍進(jìn)一步縮小到130~140億年之間。  


可見,,在發(fā)射升空過后的3年里,,哈勃沒有閑著。一直為著各路科學(xué)研究做出貢獻(xiàn),。 

同時(shí),,在這3年里,科學(xué)家們也為徹底修正哈勃,,做好了準(zhǔn)備,! 


矯正!重裝上陣

哈勃望遠(yuǎn)鏡從設(shè)計(jì)最初開始,,就被設(shè)計(jì)成了未來可以繼續(xù)在太空進(jìn)行修復(fù)和升級(jí)的構(gòu)造,。各種科學(xué)器材和組件,都設(shè)計(jì)成了可以更換的模塊化設(shè)計(jì),。 軌道也定在了一個(gè)可以被航天飛機(jī)所到達(dá)的近地軌道上,。  

同時(shí),早在1979年科學(xué)家就在水下進(jìn)行了未來宇航員在太空進(jìn)行望遠(yuǎn)鏡維護(hù)和修復(fù)的可行性試驗(yàn),。 為隨后的幾次哈勃修復(fù)和更新工作,,奠定了基礎(chǔ),。


本來只是為了未來更換一些受損的零件,同時(shí)更新一些科學(xué)儀器,。萬萬沒想到,,因?yàn)橹麋R的先天問題,導(dǎo)致哈勃的第一次修復(fù)任務(wù),,卻在升空之后不久就開始籌劃進(jìn)行,。  

1993年12月,哈勃太空望遠(yuǎn)鏡實(shí)施史上第一次修復(fù)任務(wù),。

因?yàn)榇嬖谌毕莸氖侵麋R,,而讓宇航員在太空完成更換2.4米主鏡的任務(wù)簡(jiǎn)直不可能。因此,,只能通過加上一系列的矯正鏡片完成,。 相當(dāng)于給哈勃,戴上“眼鏡”,。 

為了完成好這一次矯正修復(fù),,宇航員們整整在地面的水池里,對(duì)著哈勃的地面復(fù)制品練習(xí)了11個(gè)月,!

1993年12月2-13號(hào),,航天飛機(jī)來到哈勃的軌道上,用機(jī)械臂捕獲哈勃,。隨后,,宇航員不但成功替換好矯正鏡片的組件。還替換了太陽能電池板,,陀螺儀,,控制盤等一系列組件。

終于修復(fù)了哈勃的“視力缺陷”,,從此,,哈勃望遠(yuǎn)鏡終于可以用強(qiáng)大的眼睛審視這個(gè)浩瀚宇宙了。

修復(fù)后的Messier 100螺旋星系照片對(duì)比……


從醞釀之初就歷經(jīng)磨難的哈勃太空望遠(yuǎn)鏡,,終于踏上了它開掛般逆襲的道路,,也就是在這以后,伴隨著哈勃的每一次修復(fù)和升級(jí),,它不斷傳回更加驚人的觀測(cè)和發(fā)現(xiàn),,也在大踏步地刷新人類對(duì)宇宙的認(rèn)知!


海山二

終于得以火力全開的哈勃,,很快把目光瞄向了一顆剛剛爆炸過,,極其不穩(wěn)定的恒星,海山二,。隨后亮度迅速暗去,,到了20世紀(jì),,這顆星幾乎不能被肉眼看見。 

這顆恒星之前發(fā)生過一次劇烈的爆炸,,1843年光度劇烈上升,,成了當(dāng)時(shí)全夜空里第二亮的星。 

1994年1月,,距離哈勃視力糾正才1個(gè)月,。 哈勃傳回了這張海山二的照片。儼然一顆正在爆炸的爆竹,。  


然而,,這卻不是一次超新星爆發(fā),。  海山二經(jīng)歷的,,是一次不完全的爆炸。 

有一股能量產(chǎn)生了一股爆炸,,卻沒能徹底摧毀海山二,。究竟是什么讓海山二爆而不滅,科學(xué)家們也有了很多理論,。 

很多科學(xué)家也認(rèn)為,,海山二未來還將醞釀一次更大的徹底爆發(fā)。隨時(shí)都有可能爆發(fā)成超新星,。  

而哈勃的照片,,也給科學(xué)家解釋了這顆神秘的海山二的各種細(xì)節(jié)。  


補(bǔ)充一下,,
2012年,,幾次升級(jí)之后的哈勃又再次拍攝了海山二。 
讓我們可以如此清晰的看到,,當(dāng)年這場(chǎng)宇宙爆炸.... 

可以看出,,這么多年幾次維護(hù)的升級(jí),哈勃的能力也在不斷提高,。 

另外,,海車二這顆星所處的NGC 3372星系,在哈勃的眼里,,也無比絢爛~ 孕育著大量的恒星的出生和死亡,。  





彗星撞木星

在哈勃?jiǎng)偙恍迯?fù)的1994年,天文界就迎來了當(dāng)年的重頭事件   “蘇梅特列維9號(hào)”彗星撞擊木星事件,!

哈勃不但發(fā)回了清晰的木星圖片,,還見證了情形。
這是天文學(xué)家第一次通過望遠(yuǎn)鏡見證兩個(gè)天體相撞,,哈勃望遠(yuǎn)鏡更是直接拍下了木星被彗星撞擊后,,表面上留下“瘀傷”的清晰圖片,!
1994年7月16日,“木彗”大碰撞后的木星“瘀傷”


彗星碎片撞擊木星后留下的一系列的痕跡.. 




1995年,,哈勃拍下了可能是它服役生涯里最廣為流傳的一張照片,。  

當(dāng)時(shí),它觀測(cè)的目標(biāo),,是M18鷹星云,。  
在地面望遠(yuǎn)鏡的眼里,鷹星云,,是這樣的,。  
看見星云中間那些復(fù)雜的花紋云氣了么? 
地面望遠(yuǎn)鏡的極限大概就是這樣了,。 
而哈勃,,直接觀測(cè)出了中間云氣的細(xì)節(jié)! 

這些宛如大象鼻子一般的星光,,實(shí)際上是塵埃和稠密的球狀氣體,,里面正孕育著即將誕生的恒星。 
這里正在目睹的,,就是新恒星的誕生,。 

這幅圖片也被形象地稱為“創(chuàng)世之柱”!這張照片,,未來成了哈勃的代表作,,無數(shù)次的出現(xiàn)在媒體,T恤甚至郵票上,。  

以致于在2015年,,也就是哈勃升空25周年紀(jì)念的日子里。 

幾次升級(jí)之后的哈勃,,又一次重新拍攝了“創(chuàng)世之柱”
這一次,,得以揭示出更多更壯觀的云氣和細(xì)節(jié)! 


(鷹星云里另外一塊區(qū)域,,2005年哈勃拍攝)



哈勃深景


發(fā)現(xiàn)“星系產(chǎn)房”之后,,科學(xué)家們又開始念念不忘那個(gè)終極謎題——宇宙的起源了……

時(shí)間來到了1996年,當(dāng)時(shí)哈勃太空望遠(yuǎn)鏡的主管Robert Williams作出一個(gè)歷史性的決定,,他決定把哈勃望遠(yuǎn)鏡對(duì)準(zhǔn)天空中星光最暗淡的,,銀河以外的空間,去探索更深遠(yuǎn),,更極致的宇宙之秘,。

如果動(dòng)用哈勃最極致的觀測(cè)能力,竭盡全力的去看夜空中最暗的那個(gè)地方,做最長(zhǎng)曝光的觀測(cè),,那究竟能看到什么,?

Williams說:
“我不清楚哈勃到底能看見啥,但我想知道,,它究竟能看多遠(yuǎn)……”

Robert Williams

這個(gè)看似隨意的決定,,卻在不經(jīng)意間再次刷新了人類歷史。

于是,,哈勃望遠(yuǎn)鏡1996年12月里10天時(shí)間里,,對(duì)著北斗七星附近一個(gè)最暗的天區(qū)開始拍攝照片。 

之前的拍攝下,,這個(gè)天區(qū)是這樣的:
這里遠(yuǎn)離各種光帶,,同時(shí)這個(gè)范圍里只有幾顆銀河系內(nèi)極暗的恒星。而剩下的區(qū)域,,都是按當(dāng)時(shí)的科學(xué)所知里,,未知的暗區(qū)。 

這10天,,連續(xù)拍下了342張圖片,,累積曝光數(shù)據(jù)。同時(shí)根據(jù)數(shù)據(jù),,處理掉隨機(jī)的噪音信號(hào),留下有用的實(shí)際數(shù)據(jù),。 
拼出了這樣一副震撼的圖片...
這些圖片上大多數(shù)的那些藍(lán)色小點(diǎn)不是星星,,而是像我們的銀河一樣的龐大星系!

這張照片上的這些星系,,比我們能有肉眼看到的最暗的星星,,還要暗上40億倍!

放到之前那個(gè)里對(duì)比一下,。 
而這個(gè)區(qū)域,,相當(dāng)于全天面積的2400萬分之一,或者相當(dāng)于22米外看一個(gè)硬幣,,或者100米外看一顆網(wǎng)球的大小,。 

這幅圖里有大小1500多個(gè)不同階段的星系,有的剛剛誕生,,有的正直壯年,,有的則已經(jīng)死亡——它們發(fā)出的光在宇宙中穿越了漫長(zhǎng)的數(shù)百億年,才剛剛到達(dá)地球,,被哈勃望遠(yuǎn)鏡捕捉到……

這樣的大膽嘗試,,令人類探究宇宙的準(zhǔn)確年齡,又邁近了一步,。

放大的細(xì)節(jié):


然而,,這張深景,,只是一個(gè)開端, 
有了這樣的開頭,,開拓了哈勃望遠(yuǎn)鏡研究的一個(gè)新的方向,,
我們還想看更得更深!


哈勃深景,,南星空

在哈勃深景之后,,北天極附近那個(gè)最暗的區(qū)域是這樣了。那么,,宇宙其他地方,,也是這樣么? 

于是后來,,哈勃望遠(yuǎn)鏡又對(duì)著南天極附近一個(gè)極暗的區(qū)域拍了一張類似的 哈勃深景,,南星空。 

看到的細(xì)節(jié),,同樣震撼... 


這張南星空的深景,,跟之前北星空的很像,都是密密麻麻的布滿了遙遠(yuǎn)的各種星系,。  這進(jìn)一步正式了宇宙論的觀點(diǎn):從總體上看,,宇宙是有類似均勻的結(jié)構(gòu)的,無論往任何方向觀察,,得到的結(jié)果都應(yīng)該類似,。 


哈勃超深景 與 哈勃極深景

在拍下北天和南天兩張哈勃深景之后。 

科學(xué)家又對(duì)哈勃提出了更高的挑戰(zhàn): 當(dāng)我們進(jìn)一步提高哈勃的觀測(cè)能力,,還能繼續(xù)看到什么,? 

于是,哈勃超深景的計(jì)劃,,開始了,。 

2003到04年間,這一次,,不但使用了哈勃,。還動(dòng)用了其他的各種望遠(yuǎn)鏡。包括地面的各種大型天文臺(tái),,和后來發(fā)射的斯皮策紅外太空望遠(yuǎn)鏡和錢德拉X射線太空天文臺(tái)的所有數(shù)據(jù),。 

所有望遠(yuǎn)鏡一起,對(duì)著一塊暗區(qū)竭力拍攝,。這其中,,哈勃對(duì)著這個(gè)區(qū)域觀測(cè)了4個(gè)月,一共積累了接近100萬秒的曝光時(shí)間。

最后把所有波段的數(shù)據(jù)整合成處理成一張照片,。   

這就有了下面的這張,, 哈勃超深景。  


哈勃超深景放大之后的細(xì)節(jié):


哈勃超深景,,把我們能看到的范圍,,進(jìn)一步提升到了130億光年


再往后的2012年,科學(xué)家又根據(jù)之前所有的深景數(shù)據(jù),。整合成了這張哈勃極深景,。 


這是目前為止,我們能看到的最深邃的宇宙,。  這其中包括了超過5000個(gè)星系,。這其中,有距離我們近一些的幾千萬,,上億光年的星系,,也有更古老的,距離上百億光年的星系,。  

也就是說,,在這么一張照片里,我們?nèi)鐣r(shí)光隧道一般,,看到了過去上百億年間宇宙發(fā)展的秘密,。 

為什么這么說?

讓我們?cè)诨氐街暗墓罹?... 


在這張圖里,,右下角的那個(gè)比較明顯的大黃點(diǎn)... 


這個(gè)星系發(fā)出的光,,經(jīng)過49億年后抵達(dá)了哈勃。也就是說,,這是這個(gè)星系49億年前的樣子。已經(jīng)像我們目前所處的銀河系一樣,,完整的發(fā)展出了螺旋形的結(jié)構(gòu),。 


而中間部分還有兩個(gè)星系...  因?yàn)樗鼈冸x我們更遙遠(yuǎn),它們發(fā)出的光,,經(jīng)過了91億年才抵達(dá)哈勃.... 


也就是說,,這是這兩個(gè)星系91億年前的樣子。你發(fā)現(xiàn),,他們的樣子還比較奇怪,,都不像現(xiàn)在一些大型星系的樣子。 

這是因?yàn)?,?1億年前,,那時(shí)候的宇宙,還處于比較初期的階段。所以星系還沒有發(fā)展處現(xiàn)在這樣完整的結(jié)構(gòu),。 

也就是說,,91億年前,在宇宙的前期,,星系可能都是這樣的,。  


而再往細(xì)節(jié)看,科學(xué)家從中找到了一個(gè)極小的紅點(diǎn),,周圍有一團(tuán)模糊的物質(zhì),。這個(gè)星系發(fā)出的光,過了124億年才抵達(dá)地區(qū),。 



也就是說,,我們看到的這一團(tuán)紅色的光,是126億年前的宇宙星系,。 
這相當(dāng)于是宇宙誕生之后才10多億年時(shí),,星系的樣子。 不同于后來一切的橢圓或是螺旋的結(jié)構(gòu),。當(dāng)時(shí)一切都還沒有形成,,宇宙中的星系,只是這樣一團(tuán)混沌的物質(zhì),。 


所以說,,當(dāng)我們的觀測(cè)能力能看的越遠(yuǎn),我們就越能看到宇宙過去的樣子,。 

而通過觀測(cè)距離我們不同距離的宇宙,,我們就越能掌握宇宙發(fā)展的秘密。  就能越知道整個(gè)宇宙的起源和邊界,。從而更了解宇宙的一切,。


這也是這一系列的哈勃深景,給我們帶來的意義.... 




屢次升級(jí)

說完了哈勃深景,,我們?cè)倩氐焦挠^測(cè)時(shí)間線上,。 

在拍完第一版哈勃深景后的1996年3月,哈勃拍攝了我們太陽系里最遙遠(yuǎn)的行星 -- 冥王星,。

這是在冥王星被發(fā)現(xiàn)66年后,,科學(xué)家第一次得以看到這顆太陽系內(nèi)最遙遠(yuǎn)行星的表面細(xì)節(jié)。  


1996年7月,, 哈勃在軌運(yùn)行6年后,,拍下了它服役生涯中的第10萬張照片。 


相當(dāng)于它每個(gè)月拍攝1,389張照片,。  在96年那段時(shí)間里,,它的使用效率甚至達(dá)到了55%,。遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過之前計(jì)劃中的20%。 


1997年,,哈勃望遠(yuǎn)鏡第二次維修升級(jí),,它被裝上了當(dāng)時(shí)先進(jìn)的近紅外攝像機(jī)和多目標(biāo)分光儀,以及太空望遠(yuǎn)鏡影像攝譜儀 

因?yàn)榧t外光譜可以穿越塵埃,。所以,,如果用近紅外的波段拍照,我們就可以穿過星云的塵埃云氣,,看到星云內(nèi)部的結(jié)構(gòu),。 

左:哈勃常規(guī)可見光拍攝的星云。  
右:用新裝的近紅外攝像機(jī)拍下的云氣背后星云的細(xì)節(jié),。 


而一同裝上的太空望遠(yuǎn)鏡影像攝譜儀,,也幾乎在同一天有了驚人的發(fā)現(xiàn)。

哈勃觀測(cè)到了M84星系中心的超大黑洞,,并用影像攝譜儀捕捉到了被黑洞引力牽引的氣體運(yùn)動(dòng),。



接下來的2年里,哈勃繼續(xù)進(jìn)行著各種觀測(cè),。 

1998年,,哈勃的觀測(cè)結(jié)果初步證實(shí),我們的宇宙現(xiàn)在正在加速膨脹,。 

1999年,,哈勃拍下M57環(huán)狀星云最星系的細(xì)節(jié)圖。  
這是一個(gè)古老的恒星爆炸之后留下的痕跡,。  



1999年11月,,哈勃出現(xiàn)了嚴(yán)重的故障。  

哈勃上第四個(gè)陀螺儀失靈,。整個(gè)望遠(yuǎn)鏡進(jìn)入安全模式,,無法繼續(xù)進(jìn)行觀測(cè)。  

哈勃上一共有6個(gè)陀螺儀,,至少需要3個(gè)才能保證正常的觀測(cè)工作,。  

所幸1999年12月原本就要進(jìn)行第三次常規(guī)維護(hù)和升級(jí),。 
這一次更換了全部6臺(tái)控制望遠(yuǎn)鏡指向的陀螺儀,。


在這一次升級(jí)之后,,哈勃連續(xù)捕捉到了有關(guān)行星的重大發(fā)現(xiàn)。

2001年4月,,哈勃第一次拍到行星行程過程的影像 。  

在行星形成的理論里,,在新形成的年輕恒星之外,,會(huì)圍繞著一群濃密的氣體和塵埃,,叫原行星盤。

原行星盤的藝術(shù)想象圖:
這些塵埃圍繞著恒星運(yùn)行,,碰撞,,吸引。最終形成星子,,而星子進(jìn)一步吸引周圍的塵埃,,而慢慢形成行星。  

哈勃在獵戶座星云之內(nèi),,就拍攝到了好幾個(gè)這樣周圍包圍著云氣的年輕恒星,。這正是這樣的原行星盤。 




2002年,,哈勃望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行第四次維修升級(jí),。
這一次,NASA用更先進(jìn)的巡天照相機(jī)(ACS)替換了暗天體照相機(jī)(FOC),,還更換了冷卻系統(tǒng),。

這個(gè)新裝的巡天相機(jī),成了哈勃更清晰的眼睛,。 

這一次升級(jí)之后的哈勃拍下了許多經(jīng)典的宇宙和天體的高清圖片,,許多有代表性的圖片流傳至今。

我們看到的很多哈勃絢麗的星云圖片,,都來自這次升級(jí)的ACS相機(jī),。 

最清晰的獵戶座大星云

哈勃25周年紀(jì)念拍攝的 Westerlund 2 星團(tuán)

M51和其伴隨的星云。 
NGC 3603 星云
M104 “大帽子” 星云

這些都是這次升級(jí)帶來的ACS相機(jī)的杰作~


2002年,,麒麟座V838發(fā)生了一起情況不明的光度爆發(fā),。它可能是一顆目前已知的最大的恒星之一。 

很快,,哈勃對(duì)它進(jìn)行了觀測(cè),,馬上就有了大發(fā)現(xiàn)!
在這顆恒星的周圍,,第一次發(fā)現(xiàn)了回光的現(xiàn)象,!

在2002年的5月到12月間,一個(gè)光環(huán)在這顆迅速增亮的恒星外迅速展開,。  
這實(shí)際上是這顆星的爆發(fā)產(chǎn)生的光,,不斷往外擴(kuò)散時(shí),不斷照亮著周圍的塵埃,,同時(shí)周圍的塵埃又不停把光線互相反射,。于是成了這樣一個(gè)被照亮的起泡的樣子。 

2004年,,哈勃原本要進(jìn)行第5次升級(jí)改造,,卻因?yàn)?3年“哥倫比亞號(hào)”航天飛機(jī)失事而被迫取消,。


2005年8月31日。哈勃的6個(gè)陀螺儀又只剩下3個(gè),。 科學(xué)家不得不選擇關(guān)閉第三個(gè)陀螺儀,。 讓哈勃以一種有限的2陀螺儀的模式運(yùn)行。 以保存第三個(gè)陀螺儀的使用壽命,。提高哈勃的運(yùn)行壽命,。 

然而老邁的哈勃并未停下探索的腳步,它依然在繼續(xù)超負(fù)荷工作,。


2005年10月,,哈勃發(fā)現(xiàn)冥王星的兩顆衛(wèi)星。 
12月,,發(fā)現(xiàn)海王星額外的光環(huán)和衛(wèi)星,。 

2004年4月,在對(duì)一顆彗星進(jìn)行觀測(cè)時(shí),,見證了這顆彗星崩碎的全過程,。 


2006年8月,哈勃觀察到了宇宙起源,,大爆炸理論的重要基石——暗物質(zhì)的直接證據(jù),!

即在著名的子彈星團(tuán)中,觀測(cè)到了暗物質(zhì)存在的直接證據(jù),。


2008年,,哈勃又有驚人發(fā)現(xiàn)。
它連續(xù)為人類發(fā)現(xiàn)地外“宜居星球”提供了新希望,,它先是檢測(cè)到系外行星上的有機(jī)分子,。

當(dāng)年9月,它又在兩個(gè)陀螺儀損壞的情況下繼續(xù)戰(zhàn)斗,。 
拍到了一顆距離地球很近的恒星,,距離地球25光年以外的北落師門這顆星上,一顆環(huán)繞著的系外行星,。 

這是第一次在可見光的范圍內(nèi),,科學(xué)家拍到一顆太陽系以外的行星! 


這個(gè)地方比較有意思,,我們展開說一下,。 

北落師門距離地球只有25光年。是天空中最明亮的恒星之一,。  因?yàn)楦厍蚋舻暮芙?,所以在現(xiàn)有的觀測(cè)技術(shù)下,對(duì)它的觀測(cè)可以比較全面,。 


也正因?yàn)殡x得比較近,,所以在不同的望遠(yuǎn)鏡下,我們可以看到,,在這顆恒星的周圍,,已經(jīng)圍繞了一圈濃密的塵埃,也就是之前提到的原行星盤,。 

在這樣的行星盤中,,極有可能有行星出現(xiàn)。 


終于,,在哈勃提供的高清晰度的不斷的觀測(cè)下,。在這樣的行星盤中,科學(xué)家找到了一個(gè)在不斷移動(dòng)的清晰光點(diǎn),。  

當(dāng)時(shí),,科學(xué)家認(rèn)為,這就是一顆原始的行星,!也就是前面提到的,,第一顆在可見光譜下記錄下來的太陽系外的行星! 

科學(xué)家一度把它命名為北落師門A 

然而,,在隨后的觀測(cè)里...這顆“行星”的近況卻不容樂觀....

后來科學(xué)家發(fā)現(xiàn),,在04年被發(fā)現(xiàn)之后,這顆行星已經(jīng)在不停的消散,。  最終在2014年徹底的散了....


在今年最新的結(jié)論里,,科學(xué)家表示...

當(dāng)年發(fā)現(xiàn)的這“第一顆拍到的可見光范圍里的系外行星” 只不過是一坨小行星聚集起來的碎塊罷了..

現(xiàn)在已經(jīng)被打碎消失了.. 


好吧,無論如何,,
短短十年間,,人類從搞不清星系的距離,到發(fā)現(xiàn)地外行星的行蹤,,測(cè)算宇宙的起源,,這些飛躍式的進(jìn)步,全都仰仗這個(gè)運(yùn)行在太空里的眼睛……



到了2009年,,哈勃終于迎來了第五次維修,,NASA再次派遣航天飛機(jī)升空,對(duì)哈勃進(jìn)行迄今為止最近的一次,,也是最后的一次維護(hù)升級(jí) 
(因?yàn)槊绹?guó)航天飛機(jī)在2011年全部退役?,F(xiàn)在科學(xué)家已經(jīng)不再有維護(hù)哈勃的能力)

這一次哈勃升級(jí)幅度相當(dāng)大,不但安裝了幾臺(tái)全新的攝像設(shè)備,,還把用了18年的舊電池替換掉了,,又新裝了6個(gè)用于調(diào)整望遠(yuǎn)鏡指向的陀螺儀,加了一套全新的精細(xì)制導(dǎo)系統(tǒng)來輔助望遠(yuǎn)鏡指向…

當(dāng)照片傳回,,
在這最新一代的高清照相設(shè)備的支持下,,
哈勃的能力,,又一次提高了! 

NGC 7635 氣泡星云

NGC 4038 4039 天線星系

28周年紀(jì)念的礁湖星云

NGC 6302 蝴蝶星云

這些都是這最后一次維護(hù)里安裝的第三代廣角相機(jī)的杰作,。  


2011年,,哈勃望遠(yuǎn)鏡完成100萬次科學(xué)觀測(cè),居功至偉,。
它更是在同年,,幫助其科學(xué)團(tuán)隊(duì)榮獲諾貝爾獎(jiǎng)。

科學(xué)家Adam Riess及其團(tuán)隊(duì),,正是基于哈勃望遠(yuǎn)鏡多年來提供的數(shù)據(jù),,發(fā)現(xiàn)了宇宙膨脹在加速的現(xiàn)象而獲獎(jiǎng)。

從因?yàn)榇嬖谌毕荻环Q為“泰坦尼克號(hào)”般的太空垃圾,,到改變?nèi)祟悮v史的諾獎(jiǎng)成就,,哈勃望遠(yuǎn)鏡這一路走來,逆襲的成就震古爍今……


獲獎(jiǎng)以后的,,哈勃也沒有停下它探索的腳步,。

2012年,科學(xué)家推測(cè)仙女星系將和銀河系發(fā)生碰撞,。 
根據(jù)哈勃觀測(cè)的數(shù)據(jù),,推測(cè)目前距離銀河系250萬光年的仙女星系,正在因?yàn)橐ハ辔粩嘟咏y河系,。 

并將在40億年左右,,跟銀河系發(fā)生碰撞。 

藝術(shù)家們根據(jù)科學(xué)家的結(jié)論,,畫出了在未來40億年里,,仙女星系不斷接近銀河系,并最終和銀河系相撞時(shí),,地面上可能看到的景象,。  

2012年7月,哈勃的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)冥王星的第五顆衛(wèi)星,。 

2013年,,哈勃在木衛(wèi)二歐羅巴上發(fā)現(xiàn)水蒸氣。2014年,,它又見證了木星大紅斑的萎縮,。



2016年3月3日,天文學(xué)家又宣布了一條驚人消息:
人類所能觸及的宇宙的最遠(yuǎn)邊界被打破,。

哈勃再次發(fā)力,,它發(fā)現(xiàn)了一個(gè)名為GN-z11的星系,捕捉到了它那來自134億年前,誕生之初的星光,。而這個(gè)星系,,推測(cè)是宇宙大爆炸約4億年后誕生的……

2017年2月,科學(xué)家偵測(cè)到了引力波事件,。 
而哈勃,,觀察到了引力波事件的對(duì)應(yīng)天體源,這是由兩顆中子星合并造成,,產(chǎn)生了一顆巨新星。



2018年4月,,哈勃又公布了人類能看見的最遠(yuǎn)恒星,,伊卡洛斯Icarus……

2019年,哈勃又探測(cè)到了處在“宜居帶上”的系外行星K2-18b上有水蒸氣,,這顆行星離人類110光年,,圍繞一顆小的紅矮星公轉(zhuǎn)。
哈勃望遠(yuǎn)鏡,,甚至讓人類燃起了尋找“潘多拉星”的希望……

2020年,,哈勃上天30周年。 
科學(xué)家發(fā)布了它30周年的紀(jì)念照: NGC 2014 和 NGC 2020 -- 宇宙礁星云,。  
它們距離地球大約16萬光年,。因?yàn)榭瓷先ズ芟窈5资澜纭?nbsp;
所以取名宇宙礁星云。  


“天問”繼續(xù)


從1990年4月24日升空,,哈勃太空望遠(yuǎn)鏡就在一刻不停地為人類的“天問”帶來驚喜,。

它幫助解決了一些長(zhǎng)期困擾天文學(xué)家的難題。它精確測(cè)定宇宙膨脹速度,,幫人類了解到了星系的演化,,發(fā)現(xiàn)了黑洞存在的證據(jù),更推算出了更精確的宇宙年齡(目前測(cè)算是約138億年),,幫助人類了解了恒星的生命輪回…

這一切的驚人成就,,都是在短短30年里取得的。與哈勃同時(shí)代的,,同屬NASA的“大型軌道天文臺(tái)計(jì)劃”的斯皮策太空望遠(yuǎn)鏡也已經(jīng)結(jié)束了任務(wù),,于今年1月30日退役。

而時(shí)至今日,,哈勃一直在持續(xù)的觀測(cè)宇宙,,給科學(xué)家們提供數(shù)據(jù)。 

目前,,哈勃已經(jīng)在軌道上飛了30年,。科學(xué)家們,也在不斷的游走,,希望能計(jì)劃更多的維護(hù)和延壽計(jì)劃,。 

科學(xué)家們目前也在對(duì)哈勃的電子儀器壽命進(jìn)行各種推測(cè)。預(yù)計(jì)將可能運(yùn)作到2025年甚至2030年,。如果未來還能有維護(hù)計(jì)劃的話,,甚至可以工作到2040年。 

而哈勃的繼任者,,詹姆斯韋伯紅外太空望遠(yuǎn)鏡也已經(jīng)制造完成,,目前正在各種測(cè)試中。  
這是一個(gè)更為宏大的望遠(yuǎn)鏡,,目前已經(jīng)計(jì)劃了25年,,耗資接近100億美元。韋伯望遠(yuǎn)鏡的主鏡6米半,,是哈勃的近3倍,,集光能力大大提高。 

它將以一個(gè)極復(fù)雜的方式折疊起來發(fā)射,,然后在太空中進(jìn)行完整展開,。  
韋伯望遠(yuǎn)鏡工作在紅外波段,意味著它可以減少宇宙塵埃的影響,??创┲刂氐膲m埃,從而看到更深層的宇宙,。 


無論如何,,
屬于哈勃的“天問”還在繼續(xù),而我們中國(guó)的“天問”也正在啟航,。

愿未來的日子里,,哈勃能繼續(xù)帶給我們驚喜。

老哈,,30歲生快,!



Ref:
https://www./content/goddard/hubble-timeline-full-text
https://www./watch?v=7TOCpMq054M
https://en./wiki/Hubble_Space_Telescope#Age_of_the_universe
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桔梗屋彌生:航天就是世界上最浪漫的職業(yè)

Jia在英倫:有些照片超有希臘神話/北歐神話的既視感呀

今天開始不喝奶茶:果然宇宙才是最終極的浪漫。所有人類最雄奇的幻想在宇宙的宏大前都顯得渺小,。每次看到這種帖子就覺得自己的煩惱不過是宇宙中最最微不足道的一?;遥嵝炎约翰灰褵婪旁谛纳?/section>

阿鏡今天出陳暉潔了嗎:除了浪漫我竟說不出別的詞語來,,這大概就是雄奇宏大的事物給人帶來的震撼吧

6LiwEnsHu6:看了這篇感覺開拓了很多,。?? 比如以前不知道一開始哈勃的主鏡有2微米誤差導(dǎo)致圖片很糊。 又比如以前是知道我們看到100億光年外的星系發(fā)出的光是它發(fā)出100億年后,,卻沒想到過這可以給我們啟迪100億年前的星系是什么樣子,。 害,反正我的煩惱跟宇宙相較過于微渺,看開點(diǎn)吧,。

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