【原】17張哈勃美圖，宇宙的過去與現(xiàn)在,，天文學(xué)家們所知道的故事

天文在線 2023-04-08 發(fā)布于云南

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看這些圖:哈勃望遠鏡,，揭示宇宙過去與現(xiàn)在的美

在這個特別的專題中，我們邀請了頂尖的天文學(xué)家來親自挑選跟他們最有科學(xué)相關(guān)性的哈勃太空望遠鏡圖片,。他們選擇的這些圖片并不總是那些在互聯(lián)網(wǎng)上無數(shù)的“最佳”畫廊里出現(xiàn)的彩色壯麗剪影,，而是側(cè)重他們展現(xiàn)的科學(xué)視角所產(chǎn)生的影響。

坦妮婭山,，維多利亞博物館

我一直最喜歡的天體是獵戶座星云,，一種美麗的周圍的氣體云正在積極形成恒星的星云。當我第一次通過一個小望遠鏡看到星云時,，我還是一個高中生,，當我能手動將望遠鏡調(diào)整指向正確方向，在一陣尋找之后,，最終在天空找到星云的位置時,，它給了我一種成就感,。（那個望遠鏡并沒有一個自動“直接定位”的按鈕）

當然,，在很久以前的那個夜晚我看到的是一團黑白分明的稀薄氣體云。哈勃所做的一件奇妙的事情就是揭示宇宙的顏色。這張獵戶座星云的照片,，是我們最好的機會去想象如果我們能去那里近距離觀察星云,，它會是什么樣子。

許多哈勃的圖片已經(jīng)成為了標志性的,，對于我而言,，樂趣就是看到這漂亮的圖像以將科學(xué)與藝術(shù)結(jié)合在一起的方式來吸引公眾。在我辦公室的入口處,，有這幅圖像巨大的一個復(fù)制品,，貼在4米寬2.5米高的墻上。我可以告訴你,，這是開始每一個工作日的好方法,。

邁克爾.布朗莫納什大學(xué)

1994年7月，蘇梅克-列維9號彗星碎片與木星撞擊,，是天文學(xué)家們首次提前發(fā)出行星碰撞的警告,。世界上許多望遠鏡，包括修復(fù)的哈勃望遠鏡,，都把目光投向了這顆巨大的行星,。

彗星墜毀也是我在天文觀測方面的第一次專業(yè)經(jīng)歷。在斯特羅姆落山一個寒冷的圓頂上,，我們希望看到木星的衛(wèi)星反射彗星碎片撞擊木星遠端的光線,。不巧的是，我們沒有看到來自木星衛(wèi)星的閃光,。

但是,，哈勃望遠鏡卻得到了一個令人驚奇和意想不到的畫面。撞擊木星的遠側(cè)產(chǎn)生了羽狀物,，這些羽狀物升到木星云層的遠上方,，以至于他們短暫的進入了地球的可視范圍。

木星繞著它的軸旋轉(zhuǎn)時,，巨大的黑色傷疤進入了視野,。每個傷痕都是彗星碎片撞擊的結(jié)果，有些疤痕的直徑比我們的月球還大,。對于全球的天文學(xué)家來說,，這是一個非常另人瞠目結(jié)舌的景象。

威廉.庫思,，愛荷華大學(xué)

哈勃高級觀測攝像機

4月21日,，第111天，2013年,，13：47：42（世界時）圖a

4月22日,，第112天,，2013年，08：34：54（世界時）圖b

這組照片顯示出了2013年土星北極出現(xiàn)的壯觀的紫外極光,。這兩張照片拍攝相隔僅18小時,，但顯示出極光亮度和形狀的變化。我們使用這些圖像來更好地了解太陽風(fēng)對極光的影響有多大,。

我們使用哈勃望遠鏡的圖片,，就像我的天文學(xué)家同事們獲得的這些照片，來監(jiān)測極光,，同時使用在土星周圍的軌道上的卡西尼號宇宙飛船,，觀測與光相關(guān)的無線電發(fā)射。我們能夠確定極光的亮度與較高的射電強度有關(guān),。

因此,，我可以利用卡西尼號的連續(xù)無線電觀測來告訴我極光是否活躍，即使我們并不總是有圖像可看,。這涵蓋著許多卡西尼號研究人員和地球天文學(xué)家的努力,。

約翰.克拉克，波士頓大學(xué)

這張木星北極光的遠紫外圖像顯示了哈勃科學(xué)儀器能力的穩(wěn)步提高,。太空望遠鏡成像光譜儀（STIS）的圖像首次顯示了我們剛剛開始了解的極光輻射的全部范圍,。

早期的廣域和行星照相機2（WFPC2)顯示木星的極光發(fā)射隨行星旋轉(zhuǎn)，而不是與太陽的方向固定,，因此木星的行為不像地球,。

我們知道有極光來自于從木衛(wèi)一沿磁場流向木星的兆安電流，但我們不確定這會與其他衛(wèi)星一起發(fā)生,。雖然有許多木星與太空望遠鏡成像光譜儀STIS一起拍攝的紫外線圖像,，但我喜歡這張，因為它清楚地顯示了木星的衛(wèi)星IO（木衛(wèi)一）,，Europa（木衛(wèi)二）,，Ganymede（木衛(wèi)三）的磁足跡所發(fā)出的極光。木衛(wèi)一的輻射也清楚地顯示了極光幕的高度,。對我而言它看起來是三維的,。

弗雷德.沃森，澳大利亞天文臺

（圖上左側(cè)文字:冥王星面)

仔細看看這些矮行星冥王星的圖像,，它們顯示了哈勃能力極限的細節(jié),，再過幾天，它們就過時了,，沒人會再看它們了,。

為什么呢？因為在五月初,，隨著“新視野”號飛船接近7月14日的交會時間,，它將與冥王星保持足夠的距離,，以便它們的相機能夠顯示出更好的細節(jié)。

然而,，這一系列可以追溯到21世紀初的圖片,，給了行星科學(xué)家迄今為止最好的領(lǐng)悟,，這些斑駁的顏色揭示了冥王星表面化學(xué)成分的微妙變化,。例如，中心圖像中突出的黃色區(qū)域有過多的冷凍一氧化碳,。為什么會這樣還是未知的,。

鑒于冥王星的直徑只有月球的2/3，但卻比月球遠了幾乎1.3萬倍,，因此哈勃的圖片更加引人注目,。

克里斯.廷尼，新南威爾士大學(xué)

我曾經(jīng)把我妻子帶到辦公室向她自豪地展示了在英澳望遠鏡（Anglo-Australian Telescope ）上用一臺（當時的）新的和（當時的）最先進的8192*8192像素成像儀進行的一些成像觀測的結(jié)果,。這些圖片太大了,，他們需要被打印在多張A4紙上，然后粘在一起,，形成了一個覆蓋整面墻的巨大的星團黑白地圖,。

當她看了一眼說“像霉菌”時，我崩潰了,。

這說明最好的科學(xué)并不總是最漂亮的,。

我選擇的哈勃最棒的圖像時2012年的另一張也“看起來像霉菌”的照片，但是在圖像的中心隱藏著一個明顯不起眼的模糊點,。然而,，它代表了對后來發(fā)現(xiàn)的褐矮星最冷例子的確認探測。距離太陽不到10秒差距（32.6光年）的物體,，其溫度約為350開爾文（77攝氏度）,，比一杯茶還涼。

至今,，它仍然是我們在太陽系外發(fā)現(xiàn)的最冷的致密物體之一,。

盧卡斯.麥克瑞，德克薩斯州農(nóng)工大學(xué)

2004年,，我是一個團隊的一員,，該團隊使用在哈勃望遠鏡上安裝的先進測量相機（ACS），在45天內(nèi)12次分別觀測了附近一個漩渦星系（梅西埃106）的一個小區(qū)域,。這些觀測使我們能夠發(fā)現(xiàn)超過200個造父變星變量,，這對于測量到星系的距離并最終確定宇宙的膨脹率（適當?shù)孛麨楣?shù)）非常有用。

這種方法需要對造父變星的亮度進行適當?shù)男?，這可以在梅西埃106中完成,，這要歸功于對這個星系的距離（2480萬光年,，誤差3%）非常精確的估計，該估計是通過對圍繞其中心的巨大黑洞（不包括在圖像中）運行的水云的無線電觀測獲得的,。

幾年后我參與了另外一個項目,，該項目將這些觀測值作為穩(wěn)健宇宙距離階梯的第一步，并在總不確定度為3%的情況下確定了哈勃常數(shù)的值,。

霍華德.邦德,，賓夕法尼亞州立大學(xué)

其中最令我興奮的一張照片-盡管它從未成名-是我們奇怪的爆炸性恒星V838單核星周圍的第一次光回波。它的爆發(fā)是在2002年1月被發(fā)現(xiàn)的,，大約一個月后,，它的光回波被發(fā)現(xiàn)，都來自小型地面望遠鏡,。

盡管爆炸產(chǎn)生的光直達地球,，但它也會向側(cè)面射出，從附近的塵埃中反射出來,，然后到達地球,，產(chǎn)生“回聲”。

宇航員號在2002年3月為哈勃望遠鏡提供了服務(wù),，安裝了新的高級測量相機,。4月，我們是第一批使用ACS進行科學(xué)觀測的,。

我總喜歡思索美國宇航局怎么知道V838發(fā)出的光是從20000光年以外的地方射向我們的,，并及時安裝了ACS。這張照片,，即使只有一種顏色,，也令人驚嘆。在接下來的十年里,，我們獲得了更多哈勃望遠鏡對回聲的觀測,，它們是最壯觀的，也是最著名的,，但我始終記得當我看到第一個回波時我的震撼,。

菲利普.卡雷特，愛荷華大學(xué)

星系孕育了恒星,。一些恒星塌縮成黑洞結(jié)束了它們“正常的”生命,，在那之后，新的生命隨著被氣體驅(qū)動的強大的X光線發(fā)射器吸附的伴星開始,。

為了更好的理解黑洞X射線雙星與恒星形成之間的關(guān)系,，我獲得了這張美杜莎星系的哈勃圖像（紅色）。美杜莎的驚人外觀之所以出現(xiàn),，是因為它是兩個星系之間的碰撞-“毛發(fā)”是一個星系因另一個星系的引力而被撕裂的殘留物,。錢德拉X射線天文臺的圖片中藍色顯示的是X射線,。藍色的點是黑洞雙星。

較早的工作表明,，X射線雙星的數(shù)量與宿主星系形成恒星的速率成正比,。這些美杜莎圖像讓我們得以證明，即使在星系碰撞的過程中,，這種關(guān)系也是成立的,。

邁克.艾克利奧斯，賓夕法尼亞州立大學(xué)

一些哈勃圖像顯示了相互作用和合并的星系,，比如天線（NGC 4038和NGC4039）,，老鼠（NGC 4676）,，車輪星系（ESO 350-40), 還有許多沒有昵稱的星系,。

這些是星系演化中常見的暴力事件的壯觀例子。這些圖像跟我們提供了關(guān)于這些相互作用過程中的精妙細節(jié)：星系的扭曲,，氣體向中心的輸送,，以及恒星的形成。

當我向公眾解釋我自己的研究背景時,，我發(fā)現(xiàn)這些圖像非常有用,，這些星系中心的超大質(zhì)量黑洞吸積氣體?？臻g望遠鏡科學(xué)研究所（STScl)的弗蘭克.薩摩斯制作了一段非常簡潔實用的視頻,，展示了我們用這些圖像與星系碰撞模型進行對比而學(xué)到的知識。

邁克爾.德林克沃特,，昆士蘭大學(xué)

我們最好的計算機模擬告訴我們,，星系是通過相互碰撞和融合而成長的。同樣,，理論也告訴我們,，當兩個螺旋星臂碰撞時，它們應(yīng)該形成一個大橢圓星系,。但事實上看到它發(fā)生完全是另一回事,。

這張美麗的哈勃圖像捕捉到了一次星系碰撞。這不僅告訴我們,，我們的預(yù)測是好的,，還讓我們可以開始計算細節(jié)，因為我們現(xiàn)在可以看到實際發(fā)生了什么,。

當氣體云碰撞時會觸發(fā)新恒星形成的焰火,，當旋臂分裂時會發(fā)生巨大的扭曲。我們還有很長的路要走,，才能完全理解大星系是如何形成的,，但是像這樣的圖像正在指明方向,。

羅伯特.索利亞，國際射電天文學(xué)研究中心-科廷大學(xué)

這是由M87星系核的超大質(zhì)量黑洞（處女座星團中的最大星系,，距我們5500萬光年）驅(qū)動的準直噴射流的最高分辨率視圖,。

噴流從圍繞黑洞的熱等離子體區(qū)射出（左上角），我們可以看到它在6000光年的距離內(nèi)穿過銀河系,。在這個驚人的圖像中,，射流的白色/紫色光由圍繞磁場線旋轉(zhuǎn)的電子流以大約98%光速的速度產(chǎn)生。

理解黑洞的能量收支是天體物理學(xué)中一個富有挑戰(zhàn)性和吸引力的問題,。當氣體落入黑洞時,，大量的能量以可見光、X射線和幾乎以光速運動的電子和正電子噴流的形式釋放出來,。利用哈勃望遠鏡,，我們可以測量黑洞的大小（比我們銀河系的中心黑洞大一千倍）,、其噴流的能量和速度,，以及使它準直的磁場的結(jié)構(gòu)。

基恩.卡爾通,，賓夕法尼亞州立大學(xué)

當我的哈勃太空望遠鏡提議在1998年被接受時,，這是我一生中最激動的事情之一。想象一下,，對于我來說,，望遠鏡將捕捉到斯蒂芬五重星系，一組令人驚嘆的緊湊星群,！

在接下來的10億年里,，斯蒂芬五重星系將在彼此引力的指引下，繼續(xù)它們宏偉的舞蹈,。最終,，他們將合并，改變它們的形式,，并最終成為一個整體,。

自那以后，我們已經(jīng)用哈勃望遠鏡觀測到了其他幾個緊湊的星系群,，但斯蒂芬五重奏將永遠是特別的,，因為它的氣體已經(jīng)從星系中釋放出來，并在星系間恒星形成的劇烈爆發(fā)中被點亮,。當我們建造哈勃望遠鏡,，并且推動我們的思維從宇宙中窺見這些信號的意義的時候，活著是多么美好的事情啊。感謝所有制造和維護哈勃望遠鏡的英雄,。

杰拉德.劉易斯,，悉尼大學(xué)

當哈勃望遠鏡于1990年發(fā)射時，我正攻讀引力透鏡效應(yīng)的博士,，引力透鏡是一種質(zhì)量在光在宇宙中傳播時彎曲其路徑的行為,。

哈勃拍攝的阿貝爾2218（Abell 2218）大質(zhì)量星系團的圖像，將引力透鏡效應(yīng)帶入了清晰的焦點,，揭示了星系團中存在大量的暗物質(zhì)-將數(shù)百個星系團捆綁在一起的物質(zhì)-是如何將遠距離的光源放大數(shù)倍的,。

當你深入觀察圖像時，這些高度放大的圖像就像細長的條紋一樣清晰可見,，這些扭曲的小星系通常是不可能被探測到的,。

它讓你停下來想一想，這些引力透鏡,，就像天然望遠鏡一樣,，利用不可見物質(zhì)的引力來揭示我們通常看不見的宇宙驚人細節(jié),！

瑞秋.韋伯斯特,，墨爾本大學(xué)

引力透鏡效應(yīng)是質(zhì)量對宇宙時空形狀影響的一種非凡表現(xiàn),。本質(zhì)上,，有質(zhì)量的地方，空間是彎曲的,，所以在遠處看到的物體,，在這些質(zhì)量結(jié)構(gòu)之外，它們的圖像是扭曲的,。

這有點像海市蜃樓,，事實上，法國人用這個詞來形容這種效果,。在哈勃望遠鏡的早期,，一幅巨大星系團的透鏡效應(yīng)的圖像出現(xiàn)了：微小的背景星系被拉伸和扭曲，但卻像雙手一樣擁抱著星系團,。

我驚呆了,。這是對這臺運行在遠高于地球大氣層的望遠鏡非凡分辨率的贊頌。從地面上看,，這些非常微弱的銀河光會被抹掉,，與背景噪音無法區(qū)分。

我在三年級天體物理學(xué)課的班上,，探索了哈勃望遠鏡拍攝的100張最佳照片,。他們對氣體云非同尋常但真實的色彩印象最深。然而，我不能通過一幅圖像來展示質(zhì)量對我們宇宙結(jié)構(gòu)的影響,。

金維川,，德州農(nóng)工大學(xué)

在廣義相對論中，愛因斯坦假設(shè)物質(zhì)可以改變時空并使其彎曲,。一個有趣的結(jié)果是,，宇宙中非常大的物體會放大來自遙遠星系的光，本質(zhì)上成為宇宙望遠鏡,。

有了哈勃望遠鏡,，我們現(xiàn)在可以利用這種強大的能力及時回望，尋找第一星系,。

這張哈勃圖片顯示了一個星系群,，它有足夠的質(zhì)量將來自遙遠星系的光彎曲成明亮的弧形。我研究生時第一個項目是研究這些非凡的物體,，今天我仍然用哈勃來探索跨越宇宙時間的星系的本質(zhì),。

艾倫.達菲，斯威本科技大學(xué)

在人眼看來,，這幅圖像中的夜空是完全空無一物的,。旋臂上不若一粒米厚的微小區(qū)域。哈勃望遠鏡指向這個區(qū)域整整12天,，讓光線照射到探測器上,，慢慢地，一個接一個地,，星系出現(xiàn)了,，直到整個圖像充滿了10000個星系，一直延伸到整個宇宙,。

最遙遠的是幾百億光年之外的小紅點,，時間可以追溯到大爆炸后幾億年。這幅圖像的科學(xué)價值是巨大的,。它革新了我們關(guān)于早期星系如何形成以及它們?nèi)绾慰焖俪砷L的理論,。我們宇宙的歷史，以及豐富多樣的星系形狀和大小,，都包含在一張圖像中,。

于我而言，真正使這幅畫與眾不同的是它讓我們得以一窺我們可見的宇宙規(guī)模,。這么小的一個區(qū)域里有這么多星系意味著整個夜空中有10億個星系,。一個完整的星系對應(yīng)我們銀河系中的每一顆恒星！

詹姆斯.布洛克,，加州大學(xué)歐文分校

這就是哈勃望遠鏡的一切,。一個單一的令人敬畏的視角可以揭示我們的宇宙：它遙遠的過去，它不斷發(fā)展的集會，甚至是把它聯(lián)系在一起的基本物理定律,。

我們正透過星系團的中心窺視,。這些發(fā)光的白球是巨大的星系，它們主宰著星系團的中心,。仔細觀察,，你會發(fā)現(xiàn)漫射的白光碎片從它們身上被撕下來！這個星團就像一個重力攪拌器,，將許多單個星系攪拌成一團星云,。

但星團本身只是宇宙故事的第一章?？吹侥切┑{色的環(huán)和弧了嗎,？這些是其他遙遠星系的扭曲圖像。

星系團巨大的引力導(dǎo)致它周圍的時空扭曲,。當來自遙遠星系的光線經(jīng)過時,，它被迫彎曲成奇怪的形狀，像一個扭曲的放大鏡可以扭曲和照亮我們看到的微弱的蠟燭,。運用我們對愛因斯坦廣義相對論的理解,，將星團用作引力望遠鏡，讓我們比以往任何時候都能看得更遠,、更暗,。我們正在回顧遙遠的過去，看到130多億年前的星系,！

作為一個理論家,，我想要了解星系的整個生命周期-它們是如何誕生的（小的，藍色的,，充滿了新的恒星），它們是如何成長的,，最終是如何消亡的（大的,，紅色的，隨著古老恒星的光芒而褪色）,。哈勃可以使我們能夠把這些階段聯(lián)系起來,。這張圖片里最暗最遙遠的星系注定會變成怪物星系，就像前景中那些泛著白光的星系一樣,。我們在一幅壯麗的畫面中看到了遙遠的過去和現(xiàn)在,。

參考資料

1.WJ百科全書

2.天文學(xué)名詞

3. 雪狼普雅- inverse

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