借助引力透鏡或“愛因斯坦望遠(yuǎn)鏡”的幫助，天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)了一個遙遠(yuǎn)的星系，在從地球上看上去的星系好似一只璀璨奪目的“太空戒指”，大型阿塔卡瑪毫米和亞毫米射電望遠(yuǎn)鏡矩陣(ALMA)顯示了高清晰度的圖像，天文學(xué)家目睹了遙遠(yuǎn)太空的“指環(huán)王”。排成一列的兩個遙遠(yuǎn)星系構(gòu)成了奇特的觀賞圖案，指環(huán)結(jié)構(gòu)的星系展現(xiàn)了強(qiáng)烈的視覺沖擊，這在以往的太空觀測中十分罕見。引力透鏡原理很好地解釋了奇異性“超級指環(huán)”的構(gòu)圖，從阿爾伯特·愛因斯坦的廣義相對論推導(dǎo)和預(yù)言了太空中的引力透鏡現(xiàn)象。

從一個遙遠(yuǎn)的星系發(fā)出了光線，當(dāng)經(jīng)過前方一個大質(zhì)量的星系或星系團(tuán)時，將彎曲時，光線將在太空背景中產(chǎn)生引力透鏡現(xiàn)象。經(jīng)過了引力透鏡的高倍放大效應(yīng)，遙遠(yuǎn)星系的圖像變得清晰而明亮，經(jīng)過放大的圖像顯示得更為扭曲。一個“前方”的星系SDP.81有完美的排列，在星系SDP.81的背后，一個從遙遠(yuǎn)星系發(fā)出的光線構(gòu)成了一個從地球視覺看來幾乎完整的圓圈，熠熠生輝的光環(huán)現(xiàn)象驗證了愛因斯坦的廣義相對論。

天文學(xué)家通過赫歇爾太空天文臺發(fā)現(xiàn)了星系SDP.81，它是一個恒星的形成處于活躍期的星系，SDP.81距離地球大約為120億光年，可以將天文距離換算為天文時間，星系SDP.81的年齡僅相當(dāng)于宇宙目前年齡的大約15%。從一個遙遠(yuǎn)星系發(fā)出的微弱光線被一個大質(zhì)量的星系彎曲了或受到了引力透鏡的彎折作用，從天文學(xué)家的視覺看上去的“前方”大質(zhì)量星系與地球相距40億光年，它處于相對靠近地球的位置。

射電望遠(yuǎn)鏡矩陣ALMA的項目副主任凱瑟琳·弗拉哈吉斯解釋說，天文學(xué)家應(yīng)用了引力透鏡原理，他們得以觀測到十分遙遠(yuǎn)的天體和早期宇宙，引力透鏡原理為遙遠(yuǎn)的天文觀測帶來了令人驚訝的功能，ALMA獲得了令人驚嘆的細(xì)節(jié)性圖像，把所有包含在放大圖像的信息集合起來，天文學(xué)家看到了一個類似普通光環(huán)的圖像，他們揭示了光環(huán)背后的隱秘天體，重新繪制了一幅隱藏了遙遠(yuǎn)星系的真實圖像。

2014年10月，天文學(xué)團(tuán)隊捕獲了星系SDP.81的光環(huán)圖像，ALMA取得了一系列長基線觀測的成果，觀測技術(shù)的核心是射電望遠(yuǎn)鏡的高分辨率，長基線天線的最大距離為15公里。通過觀測從遙遠(yuǎn)星系的太空塵埃發(fā)出的比較明亮的光線，天文學(xué)家得到了星系SDP.81高分辨率的光環(huán)圖像，有很強(qiáng)震撼力的圖像展示了一道界限分明的弧線，圖線的完整樣式表明了一個幾乎連續(xù)的完整環(huán)狀結(jié)構(gòu)。通過觀測含有一氧化碳和水分子信息的微弱光線，以前的天文學(xué)家獲得了分辨率稍低的圖像，在高分辨率和低分辨率圖像的幫助下，天文學(xué)家繪制了完整的圖像，為遙遠(yuǎn)星系SDP.81的分析提供了關(guān)鍵的細(xì)節(jié)信息。

天文學(xué)家之前觀測和分析了星系SDP.81引力和光線的相互作用，他們使用了亞毫米波陳列射電天文臺、設(shè)置在布爾高原的干涉儀和哈勃可見光太空望遠(yuǎn)鏡，但以上的天文儀器捕獲的信號難以與ALMA揭示的細(xì)節(jié)信息相比。位于弗吉尼亞州的夏洛茨維爾大型射電天文臺的天文學(xué)家杰奎琳·霍奇解釋說，ALMA圖像包含了精致的信息，這對科學(xué)家理解早期的宇宙星系來說十分重要，通過使用高端計算機(jī)的程序，科學(xué)家嘗試重新構(gòu)造被引力透鏡放大的星系圖像，還原星系的真實面目。經(jīng)過對引力透鏡彎折光線的圖像分析，天文學(xué)家了解了遙遠(yuǎn)星系的真實形狀和運(yùn)動，取得了比過去更為清晰的認(rèn)識。

ALMA的觀測精度令人稱奇，它的最大分辨率為23毫弧秒，舉一個形象比喻的例子，好比一個觀測者在紐約帝國大廈的露天陽臺看見了巴黎埃菲爾鐵塔尖上一個籃球框的圓邊。ALMA的項目主管皮埃爾·考克斯解釋說，借助ALMA高分辨率和高靈敏度的圖像技術(shù)，天文學(xué)家解開了在早期宇宙天體中隱藏的細(xì)節(jié)信息，開啟了天文觀測的一扇窗口。前沿科學(xué)裝置ALMA鞏固了科學(xué)家太空探索的堅定信念。ALMA長基線觀測項目目前有5個目標(biāo)，星系SDP.81是其中的一個，其它的4個觀測目標(biāo)包括原行星盤 HL Tau，小行星 Juno，恒星Mira和類星體3C138。

（太空“指環(huán)王”被天文學(xué)家稱之為“愛因斯坦環(huán)”，廣義相對論奠定了現(xiàn)代宇宙學(xué)的理論基礎(chǔ)，對河外星系的發(fā)現(xiàn)奠定了現(xiàn)代宇宙觀測學(xué)的基礎(chǔ)。哈勃觀測了幾十個河外星系，但沒有發(fā)現(xiàn)愛因斯坦環(huán)，哈勃在威爾遜山使用的望遠(yuǎn)鏡已被哈勃太空望遠(yuǎn)鏡取代。可將宇宙學(xué)和天體物理學(xué)的研究方法分為兩種，一是愛因斯坦法，二是哈勃法，愛因斯坦方法是理論思維，主要使用數(shù)學(xué)物理或物理數(shù)學(xué)的“先驗論”，過去對先驗哲學(xué)的批判有片面性。廣義相對論的建立應(yīng)用了黎曼幾何，從先驗論哲學(xué)的方法中似乎找不到經(jīng)驗和實踐的依據(jù)。

哈勃方法主要以天文觀測為基礎(chǔ)，觀測精度取決于觀測技術(shù)或取決于科學(xué)技術(shù)的發(fā)展水平，觀測結(jié)果極大地影響了人們對宇宙的解釋。很多科學(xué)家懷疑過哈勃觀測的結(jié)論，不承認(rèn)類星體紅移是宇宙膨脹的依據(jù)。天文學(xué)家將兩種方法——愛因斯坦法和哈勃法結(jié)合在一起，從中產(chǎn)生了理論分析和天文觀測相融合的第三種方法。在先驗論和實驗論哲學(xué)的基礎(chǔ)上形成了兩種方法，科學(xué)方法適用于自然和社會科學(xué)的研究領(lǐng)域。）

（編譯：2015-4-8）