NASA空間望遠(yuǎn)鏡捕捉到最清晰的外星來客!宇宙的“邊緣”有什么?
1994年,美國(guó)《世界新聞周刊》在頭版頭條刊登了這樣一張照片,說是哈勃望遠(yuǎn)鏡在1993年12月拍下的。深邃的宇宙之中有一塊高亮區(qū)域,白色的光點(diǎn)組成了規(guī)則的矩形。人們說這就是天堂的樣子。這張照片也被命名為“上帝之城”。然而,《世界新聞周刊》只是一本以制造假新聞而聞名的超市小報(bào),NASA此后也沒有證實(shí)這張照片的真相性。有人說照片就是人工合成的,也有人堅(jiān)信NASA是在刻意隱瞞些什么。不過不管怎么樣,哈勃望遠(yuǎn)鏡服役至今已經(jīng)有30年了。
它在宇宙深處看到的令人震撼的場(chǎng)景不計(jì)其數(shù),哈勃望遠(yuǎn)鏡也被稱為是有史以來最偉大的宇宙觀測(cè)儀。它帶領(lǐng)我們解開了閃耀星光背后的一個(gè)個(gè)謎團(tuán),今天我們就來聊聊它的故事。
● 哈勃的誕生
提到望遠(yuǎn)鏡,大多數(shù)人想到的都是這個(gè)樣子的,或者是這個(gè)樣子的 。

但是在1946年,美國(guó)天文學(xué)家萊曼·斯皮策(Lyman Spitzer)發(fā)表了一篇題為《在地球之外的天文觀測(cè)優(yōu)勢(shì)》的論文 ,提出了把望遠(yuǎn)鏡放進(jìn)外太空的想法。并說明了其中的兩大優(yōu)勢(shì):一是可以不受地面大氣層的干擾,使照片清晰度無限上升。二是可以觀測(cè)到被大氣層吸收的紅外線和紫外線波段。也就是說空間望遠(yuǎn)鏡的性能將會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過地基望遠(yuǎn)鏡。

可理想是豐滿的,現(xiàn)實(shí)是骨感的。彼時(shí)第二次世界大戰(zhàn)剛剛結(jié)束,百廢待興,人類還沒有開啟人造衛(wèi)星的時(shí)代,甚至連NASA都還沒有建立,把一臺(tái)大型望遠(yuǎn)鏡送上太空可不是動(dòng)動(dòng)嘴皮子就能實(shí)現(xiàn)的。此后,斯皮策(Lyman Spitzer)為了他大膽的想法奔走游說了幾十年。終于在1962年,美國(guó)國(guó)家科學(xué)院同意將空間望遠(yuǎn)鏡作為未來太空計(jì)劃的一部分,隨后成立了建造空間望遠(yuǎn)鏡的科學(xué)委員會(huì),萊曼·斯皮策被任命為主任委員。1968年NASA正式確定了在太空建造3米口徑反射望遠(yuǎn)鏡計(jì)劃。
該望遠(yuǎn)鏡之后被命名為哈勃望遠(yuǎn)鏡,用以致敬偉大的天文學(xué)家、星系天文學(xué)和觀測(cè)宇宙學(xué)的創(chuàng)始人埃德溫·哈勃。在埃德溫·哈勃之前,人類天真地認(rèn)為銀河系就是宇宙的全部。是埃德溫·哈勃發(fā)現(xiàn)了銀河系之外還有大量河外星系,而且宇宙中的星系正在遠(yuǎn)離我們遠(yuǎn)去。星系的退行速度與它們的距離成正比,這就是著名的哈勃定律。
回到哈勃望遠(yuǎn)鏡,它自誕生之初,似乎就注定了命途多舛。1969年,隨著阿波羅登月計(jì)劃的實(shí)施,NASA撥給其他太空項(xiàng)目的經(jīng)費(fèi)開始大幅度縮減,哈勃望遠(yuǎn)鏡差點(diǎn)胎死腹中。后來,在多位天文學(xué)家的聯(lián)合爭(zhēng)取下,哈勃望遠(yuǎn)鏡項(xiàng)目雖然得以延續(xù),但不得不將原定的3米口徑縮減為2.4米。別小看這0.6米的差距,可省下了將近一半的經(jīng)費(fèi)。1986年,哈勃望遠(yuǎn)鏡建造完工。它是世界上第一座巨型太空天文臺(tái),也是當(dāng)時(shí)人類制造過的最精密、最復(fù)雜的天文儀器。萬事俱備,只欠東風(fēng),所有的天文愛好者都迫切地等待著哈勃發(fā)射升空的那一天。

然而,1986年1月28日,美國(guó)挑戰(zhàn)者號(hào)航天飛機(jī)在升空73秒后發(fā)生爆炸解體,7名宇航員全部遇難。

這場(chǎng)事故讓美國(guó)航天事業(yè)受到了沉重的打擊,所有航天飛行計(jì)劃都被暫時(shí)擱置。哈勃項(xiàng)目又一次陷入了泥潭。好事多磨,在4年漫長(zhǎng)的等待后,1990年4月24日,搭載著哈勃望遠(yuǎn)鏡的“發(fā)現(xiàn)號(hào)”航天飛機(jī)一飛沖天,將哈勃送入了距地表600公里的軌道,開啟了它太空探索的傳奇。此時(shí),距離斯皮策(Lyman Spitzer)最初發(fā)表論文已經(jīng)過去了44年,哈勃項(xiàng)目也已成立20多年,耗資16億美元??蛇@臺(tái)萬眾矚目的望遠(yuǎn)鏡從太空發(fā)回來的第一張照片卻讓所有人大跌眼鏡。
● 近視眼哈勃
1990年5月20日,在地面人員的指揮下,哈勃望遠(yuǎn)鏡將鏡筒對(duì)準(zhǔn)了1300光年外的NGC3532疏散星團(tuán),拍攝下了第一張照片。當(dāng)這張照片傳回地面時(shí),工作人員驚呆了。雖然它的清晰度高于地面同等級(jí)別的望遠(yuǎn)鏡,但分辨率遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有達(dá)到預(yù)期的標(biāo)準(zhǔn)。由哈勃所拍下的M100星系圖也是糊成了一團(tuán),就像是一個(gè)得了高度近視的人在仰望星空。一時(shí)之間哈勃望遠(yuǎn)鏡成了天文界一個(gè)天大的笑話,人們都說NASA花費(fèi)十幾億美金送了一堆破銅爛鐵上天。
經(jīng)過反復(fù)的研究與分析,NASA確認(rèn)問題出在哈勃太空望遠(yuǎn)鏡的主鏡上。由老牌光電技術(shù)公司珀金埃爾默所生產(chǎn)的主鏡,邊緣被磨得太平了。和設(shè)計(jì)值偏產(chǎn)生了2微米的誤差。2微米也就是人頭發(fā)絲直徑的1/50,可卻直接導(dǎo)致哈勃望遠(yuǎn)鏡無法正常聚焦。這個(gè)問題之所以在發(fā)射前未被察覺,是因?yàn)闇y(cè)試設(shè)備本身也存在一個(gè)缺陷。問題找到了,下面就看怎么解決了。令人絕望的是,這個(gè)光學(xué)主鏡是不可拆卸的,而且哈勃在距離地面約600公里的軌道上繞地球運(yùn)行,把它拉回來修是不可能,這輩子都別想了。此時(shí),NASA的科學(xué)家們提出了一個(gè)巧妙的解決方案,那就是根據(jù)鏡片錯(cuò)誤的形狀,設(shè)計(jì)一個(gè)功效相反的光學(xué)系統(tǒng),來抵消錯(cuò)誤。通俗來講,就是給哈勃配一副眼鏡。這幅眼睛的大小大約跟一個(gè)冰箱相當(dāng)。

1993年12月2日,7名宇航員乘坐著奮進(jìn)號(hào)航天飛機(jī)從卡納維拉爾角起飛,前往太空開展哈勃望遠(yuǎn)鏡的第一次維修任務(wù),這次維修也被稱為“幫哈勃戴眼鏡”。同時(shí)還順道給哈勃更換了新的照相機(jī)、電池板和陀螺儀。
維修任務(wù)結(jié)束后,1994年1月13日,地面控制中心的科學(xué)家們緊張地在電腦屏幕前等待著維修后的哈勃發(fā)回第一張照片。當(dāng)一幅無比清晰的M100星系圖顯示在屏幕上時(shí),所有人歡呼雀躍。
哈勃的近視被治好了,從此也開始了它開掛的一生。
● 木彗大碰撞
哈勃望遠(yuǎn)鏡大約每90分鐘繞地球飛行一圈,每天繞行18圈。在它的近視眼剛剛被矯正好的6個(gè)月后,就遇到了千載難逢的宇宙奇觀:蘇梅克-列維9號(hào)彗星撞擊木星事件。1994年7月17日到7月22日的5天時(shí)間里,21塊彗星碎片陸續(xù)撞擊到了木星表面。最大的一塊碎片撞擊產(chǎn)生的能量是全球各國(guó)的核當(dāng)量加在一起的2000多倍。

1994年7月18日,哈勃望遠(yuǎn)鏡發(fā)生了“木彗”大碰撞后,木星臉上留下的瘀傷。這個(gè)傷痕的直徑比地球的直徑還要大。很難想象如果沒有木星這個(gè)龐然大物的保護(hù),地球?qū)?huì)經(jīng)歷多少毀滅性的大災(zāi)難。

● 車輪星系
1995年1月10日,哈勃望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)到了車輪星系,科學(xué)家們推測(cè),這樣奇特的形狀應(yīng)該是來自于一個(gè)像銀河系一樣的螺旋星系,與另一星系的正面相撞。
● 創(chuàng)生之柱
1995年4月,哈勃望遠(yuǎn)鏡對(duì)準(zhǔn)了距離地球7000光年外的,位于巨蛇座的鷹狀星云M16(Eagle Nebula)。遠(yuǎn)遠(yuǎn)地望去,它的形狀就像是一只即將要刺破長(zhǎng)空的雄鷹,故而得名。

鷹狀星云是一個(gè)典型的疏散星團(tuán)。所謂的疏散星團(tuán),就是由幾百到幾千顆非常年輕的恒星組成的集合體,直徑通常不超過10光年。
4月6日,哈勃望遠(yuǎn)鏡交出了它服役史上最令人驚嘆的作品之一:創(chuàng)生之柱。創(chuàng)生之柱是鷹狀星云M16中心的一片恒星形成區(qū)。這里就像是一間恒星的育兒所,大量的恒星在這里通過吸收彌散在星際空間中的塵埃而形成。照片中3根宛如大象鼻子一般的巨大支柱,它們每一根的長(zhǎng)度都可以達(dá)到幾光年,總寬度有4-5光年左右。
2015年,在哈勃25歲生辰之際,經(jīng)過幾次升級(jí)后的哈勃,又一次重新拍攝了“創(chuàng)生之柱”。這一次將底座也收入鏡中。此后,創(chuàng)生之柱無數(shù)次的出現(xiàn)在媒體,T恤甚至郵票上,讓無數(shù)人為之感到窒息。

然而,事實(shí)上哈勃望遠(yuǎn)鏡所拍到的原始照片并不是我們看到的如此絢麗多彩的,而是黑白的。這是因?yàn)楹诎紫鄼C(jī)的靈敏度更高,可以捕捉更多的細(xì)節(jié)。哈勃望遠(yuǎn)鏡將原始黑白信息發(fā)送回來之后,科學(xué)家們將其拼接縫合,然后將不同波段的黑白照片按照波段對(duì)應(yīng)的顏色上色,最后就得到我們所看到的宇宙彩照了。

說到這兒,是不是有種淡淡的憂傷呢?不過大家也不必感到失望,因?yàn)檫@是將宇宙信息可視化的一個(gè)必要過程。每一張被 PS 過去的天文照片都遵循了十分嚴(yán)格的規(guī)范,比如說,綠色是用來渲染氫離子的,藍(lán)色渲染的是氧,紅色渲染的是硫。不能無中生有,當(dāng)然也不能將所有的信息變沒。

● 哈勃深空?qǐng)?/strong>
時(shí)間來到了1995年末,時(shí)任美國(guó)太空望遠(yuǎn)鏡科學(xué)研究所所長(zhǎng)的Robert Williams做出了一個(gè)大膽的決定。他想利用哈勃望遠(yuǎn)鏡探尋宇宙的盡頭,想要知道哈勃究竟能看多遠(yuǎn)?作為所長(zhǎng),Robert Williams有一個(gè)特權(quán),那就是每年勃觀測(cè)時(shí)間里的一小部分,可以被所長(zhǎng)用作自由支配時(shí)間。Williams從自己手上有限的觀測(cè)時(shí)長(zhǎng)中撥出了10天,將哈勃對(duì)準(zhǔn)大熊座北斗七星附近一小片最暗的天區(qū),看看哈勃能看到什么。要知道哈勃望遠(yuǎn)鏡每年會(huì)收到上千份的觀測(cè)申請(qǐng),其中只有1/6被選中。Robert Williams的做法,在當(dāng)時(shí)很多人看來就是浪費(fèi)資源,但是是他的堅(jiān)持刷新了人們對(duì)宇宙的認(rèn)知。1995年12月18日至28日,經(jīng)過了100個(gè)小時(shí)的觀測(cè),哈勃拍下了342張照片,最終合成了這張著名的哈勃深空?qǐng)觯℉DF)。哈勃深空?qǐng)鼋沂玖饲八从械倪b遠(yuǎn)星系的大量細(xì)節(jié),深場(chǎng)中的每一個(gè)亮斑都是一個(gè)星系,每一個(gè)星系又包含了數(shù)千億顆恒星。正是通過這張照片,科學(xué)家推測(cè),在我們可觀測(cè)的宇宙中,大約有2000億個(gè)星系,宇宙之大讓人嘆為觀止。
然而,這張深景照,只是一個(gè)開端,開啟了哈勃望遠(yuǎn)鏡研究的一個(gè)新的方向,我們還想看的更深更遠(yuǎn)。1998年9月和10月期間,哈勃又對(duì)準(zhǔn)杜鵑座附近的一小塊天區(qū),曝光130萬秒,拍攝了995張照片,最后合成了這張「哈勃南天深空?qǐng)觥埂?/p>
2003年和2004年期間,哈勃聯(lián)手其他大型天文臺(tái),斯皮策太空望遠(yuǎn)鏡、錢德拉X射線天文臺(tái)、地面望遠(yuǎn)鏡以及歐洲空間局的赫歇爾天文臺(tái)等等,歷時(shí)4個(gè)月,對(duì)準(zhǔn)天爐座Fornax附近的一個(gè)微小天區(qū),拍下幾萬個(gè)呈現(xiàn)不同顏色、形狀、尺寸的星系。這張這照片也被稱為「哈勃超深空」(Hubble Ultra Deep Field),包括了大約10000個(gè)星系。這些星系奇形怪狀,有的看起來像牙簽,有的看起來像飛盤。離我們近的有幾千萬光年的距離,遠(yuǎn)的甚至有上億,上百億光年。哈勃望遠(yuǎn)鏡就像是一臺(tái)時(shí)光機(jī),讓我們看到了過去上百億年間宇宙發(fā)展的秘密。就比說,「哈勃超深空」右下角的這個(gè)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。也就是說我們看到的是它49億年前的樣子。當(dāng)時(shí)它已經(jīng)像我們的銀河系一樣,完整的發(fā)展出了螺旋形的結(jié)構(gòu)。這讓我想到,宇宙中如果還存在其他高等智慧生命的話,此時(shí)此刻,外星人用它們的太空望遠(yuǎn)鏡看到的地球可能還是恐龍時(shí)代的樣子。有一天若我們真的和外星人建立了聯(lián)系,我們是否能從它們的數(shù)據(jù)庫中看到地球真正的歷史呢?

2012年9月25日,NASA又公布了一張照片,被稱為「哈勃極深空」(Hubble eXtreme Deep Field)。不過這次哈勃并沒有重新拍攝,只是科學(xué)家們將過去哈勃拍到的影像做了重新處理,比2003年到2004年間拍攝的「哈勃超深空」增加了5500個(gè)左右的星系,這是目前為止,我們能看到的最深邃的宇宙了。
「哈勃超深空」、「哈勃極深空」也讓所有人明白,太空中沒有空白區(qū)域,黑夜之所以黑暗,是因?yàn)槲覀兊难劬o法觸及那些微弱的光明。

● 哈勃升級(jí)
1997年,哈勃已經(jīng)在天上兢兢業(yè)業(yè)工作了7個(gè)年頭了。這一年二月,NASA對(duì)它進(jìn)行了第二次維修,為它裝上了當(dāng)時(shí)最先進(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(STIS)。
1999年底,千禧年來臨之際,哈勃又進(jìn)來了它的第三次維修。此前它六臺(tái)陀螺儀中的三臺(tái)都發(fā)生了故障。這次維修不僅更換了全部的六臺(tái)陀螺儀,還為它安裝了一個(gè)精細(xì)導(dǎo)星傳感器和計(jì)算器。2002年的第四次維修中,哈勃又獲得了先進(jìn)巡天照相機(jī)(ACS)。每一次維修都是對(duì)哈勃能力的一個(gè)升級(jí),讓它得以在此后的太空任務(wù)中更加所向披靡。
● 超大質(zhì)量黑洞遍及星系
“幾乎每個(gè)星系中心都有一個(gè)超大質(zhì)量黑洞”,這如今已經(jīng)成為天文愛好者們耳熟能詳?shù)某WR(shí)。而它的由來也得益于哈勃的發(fā)現(xiàn)。1997年,哈勃在佩戴了影像攝譜儀(STIS)后,科學(xué)家們就迅速將其對(duì)準(zhǔn)了距離地球最近的超迷你星系,M87星云的核心。此前,科學(xué)家們就發(fā)現(xiàn)從M87核心有一條高速射出的等離子噴流,而噴流通常都與黑洞有關(guān)。哈勃測(cè)得M87核心的質(zhì)量巨大,達(dá)到相當(dāng)于30億個(gè)太陽的質(zhì)量,也就是說在M87中心存在一個(gè)超大質(zhì)量的黑洞。同一年,哈勃對(duì)27個(gè)近距離星系詳細(xì)考察后發(fā)現(xiàn),在它們的中心都存在著超大質(zhì)量的黑洞。科學(xué)家們由此得出結(jié)論,超大質(zhì)量黑洞并不是某一個(gè)星系的特例,它極為普通,存在于每一個(gè)大型星系當(dāng)中。

● 暗能量
以前科學(xué)家們普遍認(rèn)為,宇宙大爆炸之后,經(jīng)過短暫的“暴脹”期,此后宇宙的膨脹必定是減速的。因?yàn)樾窍禃?huì)通過引力彼此吸引,這應(yīng)該會(huì)阻礙它們的分離。然而,1998年,美國(guó)約翰·霍普金斯大學(xué)天文學(xué)家亞當(dāng)·里斯(Adam Riess)帶領(lǐng)的研究團(tuán)隊(duì),利用哈勃望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)到的遙遠(yuǎn)Ia型超新星數(shù)據(jù),公布了一項(xiàng)驚人發(fā)現(xiàn):我們的宇宙正在加速膨脹!這一發(fā)現(xiàn)震驚了整個(gè)天文界,同時(shí)也讓宇宙中最神秘的成分,暗能量浮出了水面。暗能量是一種神秘的能量形態(tài),在宇宙能量中的比重占到70%左右。它能夠產(chǎn)生與引力相反的排斥力,正是它在驅(qū)使宇宙加速膨脹。

但暗能量并不總是占上風(fēng)的。通過對(duì)遙遠(yuǎn) 超新能的研究,哈勃得以將暗能量的歷史追溯到90億年前,當(dāng)時(shí)宇宙的體積還不到現(xiàn)在的一半。那時(shí),暗能量與引力為爭(zhēng)奪宇宙控制權(quán)展開了殊死較量。前期,引力占上風(fēng)時(shí),宇宙膨脹的速度確實(shí)是越來越慢的。但大約在50億年前,暗能量最終在這場(chǎng)拔河中獲勝。
● 宇宙的年齡
一些人不愿透露自己的年齡,宇宙似乎也是如此。在哈勃望遠(yuǎn)鏡發(fā)射升空前,天文學(xué)家已經(jīng)為測(cè)定宇宙的年齡努力了很多年。他們用宇宙膨脹率來計(jì)算宇宙的年齡。這個(gè)膨脹率被稱為“哈勃常數(shù)”,由天文學(xué)家埃德溫.哈勃最早提出。但是哈勃常數(shù)的測(cè)量有很高的不確定性,這就導(dǎo)致很長(zhǎng)一段時(shí)間以來天文學(xué)家計(jì)算出的宇宙年齡并不精確,在100億年至200億年之間。而哈勃望遠(yuǎn)鏡通過對(duì)多個(gè)亮度是太陽數(shù)千倍、并且亮度呈周期性變化的“造父變星(Cepheid variable stars)”的觀測(cè),幫助科學(xué)家們確定了哈勃常數(shù)的準(zhǔn)確值,并由此計(jì)算出了宇宙的年齡約為137~138億歲。
● 最后一次維修
時(shí)間來到了2004年,哈勃望遠(yuǎn)鏡已經(jīng)在太空中走過了14個(gè)年頭。它原本的設(shè)計(jì)壽命是15年,此時(shí)的哈勃已經(jīng)進(jìn)入了垂垂暮年。這一年,NASA原本是打算給它進(jìn)行第五次維修升級(jí),讓它發(fā)揮預(yù)熱的??墒?003年,哥倫比亞號(hào)航天飛機(jī)在執(zhí)行完任務(wù)重返大氣層時(shí),在空中解體,7名優(yōu)秀的宇航員全部遇難,無一幸免。這次事故讓NASA意識(shí)到了航天飛行的危險(xiǎn)性,出于對(duì)宇航員安全的擔(dān)心,時(shí)任局長(zhǎng)肖恩.奧基夫(Sean O'Keefe)取消了原定的第五次哈勃維修計(jì)劃,并考慮讓航天飛機(jī)全面退役。
2006年,哈勃望遠(yuǎn)鏡的電池和穩(wěn)定裝置已經(jīng)老化,主照相機(jī)兩次出現(xiàn)故障停止工作。哈勃這名老兵在太空中被遺棄了,今后也不再有維修和升級(jí)的希望。然而,拍下無數(shù)宇宙奇觀的哈勃早就不是一臺(tái)冰冷的機(jī)器了,它是全人類觀測(cè)宇宙的雙眼。所有人都不舍得就這樣放棄它。宇航員John M. Grunsfeld約翰·格倫斯菲爾德說:如果是維修哈勃的話,我愿意為此堵上我的生命。NASA每周都會(huì)收到上千條信息,要求實(shí)施拯救哈勃的計(jì)劃。終于,在2006年10月,時(shí)任NASA局長(zhǎng)邁克爾.格里芬在一場(chǎng)新聞發(fā)布會(huì)上宣布了一個(gè)艱難的決定,哈勃望遠(yuǎn)鏡將要迎來最后一次訪客。話音剛落,全場(chǎng)響起了雷鳴般的掌聲。
經(jīng)過了3年的準(zhǔn)備, 2009年5月11日,在美國(guó)佛羅里達(dá)州肯尼迪航天中心,7名宇航員乘坐著“亞特蘭蒂斯”號(hào)航天飛機(jī),在美國(guó)佛羅里達(dá)州肯尼迪航天中心起飛升空。6天之后,哈勃被換上了一個(gè)新的成像攝譜儀,更換了電池和恒星追蹤傳感器,并安裝了不銹鋼防護(hù)板,以減少太陽對(duì)望遠(yuǎn)鏡的曝曬。在所有故障設(shè)備被修好后,哈勃又回到了前所未有的良好狀態(tài)。完成了一切任務(wù)的宇航員在太空中最后拍了拍哈勃這個(gè)老伙計(jì),向它敬了個(gè)禮。他們知道這是最后一次面對(duì)面見到哈珀了,希望它今后在太空中的旅途一切順利。
2011年,美國(guó)航天飛機(jī)全部退役。從此宇航員們很難在上天幫助哈勃了。但也是在同一年,哈勃完成100萬次科學(xué)觀測(cè),居功至偉。
● 蟹狀星云
2005年,就在哈勃望遠(yuǎn)鏡命懸一線的時(shí)候,它正在探索一個(gè)困擾了科學(xué)家們上百年的問題:宇宙的命運(yùn)是什么?2005年12月1日,NASA發(fā)布了一張由哈勃所拍下的蟹狀星云的照片。蟹狀星云距離地球6500光年,是一次超新星爆炸的殘骸。超新星是某些恒星在演化接近末期時(shí)經(jīng)歷的一種劇烈爆炸。與名字不同,它代表著恒星的死亡,而非開始。因?yàn)楸〞r(shí)所產(chǎn)生的的劇烈光芒會(huì)蓋過整個(gè)星系,在廣闊的宇宙中都能看得到,就像是一顆新出現(xiàn)的耀眼的星體,故得名“超新星”。科學(xué)家們估測(cè),哈勃望遠(yuǎn)鏡拍下的蟹狀星云,在爆炸以前,亮度是太陽的10倍。那這會(huì)不會(huì)就是我們太陽系的結(jié)局呢?
科學(xué)家說,和那些質(zhì)量較大的恒星不同,像太陽這樣的恒星一般會(huì)以一種相對(duì)溫和的方式走向死亡。會(huì)通過非爆炸的形式,將自己的外側(cè)氣體包層拋射出去,將熾熱的中央核心逐漸暴露出來,它發(fā)出的輻射會(huì)使周圍被拋射出去的氣體電離,發(fā)出鮮亮的綠色和紅色光芒,形成所謂“行星狀星云”。NGC5315,NGC5307和IC4593是哈勃曾經(jīng)拍下的幾張行星狀星云的照片。它們才更接近我們太陽系的最終命運(yùn)。
● 仙女星和銀河系的相遇
2012年,天文學(xué)家分析了哈勃望遠(yuǎn)鏡所觀測(cè)的仙女座星系在2010年至2012年的運(yùn)動(dòng)狀態(tài),正式確定了仙女星系與我們所處的銀河系將會(huì)在40億年以后碰撞在一起,這項(xiàng)研究成果被發(fā)表在了當(dāng)年的Nature雜志上。屆時(shí)兩個(gè)星系會(huì)何去何從,沒有人能給出100%肯定的答案。不過,大部分科學(xué)家還是非常樂觀的。銀河系與仙女星系的相遇不會(huì)是什么災(zāi)難片,也沒有那么恐怖,這種星系碰撞在宇宙中是相當(dāng)普遍的現(xiàn)象。因?yàn)樾窍底陨矸浅浬⑺耘c其說是相撞,不如說是融合。不同星系的恒星發(fā)生碰撞的幾率也非常低。仙女星系大約有1萬億顆恒星,而銀河系有3000億顆。它們的相遇將會(huì)發(fā)生如膠似漆的愛情,在“愛情”的催化下,兩者會(huì)合二為一,或者說仙女星系會(huì)吞并銀河系,成為一個(gè)更大的橢圓星系。屆時(shí),我們?cè)诘厍蛏希萌庋垡苍S就能看到仙女星系內(nèi)的恒星了。當(dāng)然了,前提是人類能活到那個(gè)時(shí)候。
● 134億光年:最古老最遙遠(yuǎn)的星系
2016年,哈勃望遠(yuǎn)鏡拍下了這樣一張照片。它是年齡為134億年的GN-z11星系,該星系在宇宙大爆炸后僅4億年就形成了。它發(fā)出的光經(jīng)過了134億年的穿行才抵達(dá)了地球上空的哈勃。很多人,包括一些媒體,都會(huì)不恰當(dāng)?shù)貙⑺c地球的距離簡(jiǎn)單粗暴地?fù)Q算成134億光年,這其實(shí)非常不準(zhǔn)確,而且誤差極大。事實(shí)上,它與地球之間的距離約為320億光年。134億光年的年齡,和320億光年的距離,肯定有人會(huì)被這兩個(gè)數(shù)字搞暈了。這是因?yàn)橛钪嬉恢痹谂蛎?,從GN-z11發(fā)出的光線雖然以光速飛向我們,但空間的膨脹讓它離我們的實(shí)際距離更遠(yuǎn)。就像你以10分鐘1公里的速度走在一條1公里長(zhǎng)的公路上,公路每分鐘還會(huì)膨脹拉長(zhǎng)1公里,10分鐘后你走到公路的另一頭,而此時(shí),你距離出發(fā)點(diǎn)實(shí)際已經(jīng)11公里了。
GN-z11是迄今為止,哈勃所看到的最遙遠(yuǎn)最古老的星系了。哈勃望遠(yuǎn)鏡的觀測(cè)能力受限于波長(zhǎng)范圍。人眼可看到的光的波長(zhǎng)范圍是380-700nm,而哈勃空間望遠(yuǎn)鏡可觀測(cè)到90-2500nm范圍內(nèi)的光,也就是從紫外線到近紅外光。
來自遙遠(yuǎn)星系的光,在傳播的過程中會(huì)被持續(xù)膨脹的宇宙所拉伸,波長(zhǎng)不斷地變長(zhǎng),由原本的紫外線和可見光的波段,漸漸被推入近紅外光波段,我們稱之為紅移。如果星系過遠(yuǎn),波長(zhǎng)超出了近紅外光以外的波段,哈勃就無能為力了。所以GN-z11已經(jīng)是哈勃觀測(cè)距離的極限了。這還是在非常幸運(yùn)的情況下,該星系和哈勃望遠(yuǎn)鏡之間的星際雜質(zhì)非常少,便于觀測(cè),又經(jīng)過了另外一個(gè)星系產(chǎn)生的引力透鏡,才得以讓哈勃在非常偶然的情況下捕捉到了它。
● 天外來客
2019年8月30日,一位名叫根納迪·鮑里索夫的業(yè)余天文學(xué)家像往常一樣用天文望遠(yuǎn)鏡觀察星空。
突然他注意到了一個(gè)高速移動(dòng)的物體,這個(gè)物體的移動(dòng)軌跡明顯與小行星不同。因?yàn)樾⌒行嵌际菄@著太陽旋轉(zhuǎn)的,而這個(gè)東西就像是砸進(jìn)了太陽系。別小看鮑里索夫是個(gè)業(yè)余的天文學(xué)家,但他用的家伙可都是相當(dāng)硬核的,看看人家的這大筒子,一般人是肯定整不出來的。這是因?yàn)轷U里索夫還有另外一個(gè)身份,那就是望遠(yuǎn)鏡制造商。他很快測(cè)量了該物體的坐標(biāo),并輸入了小行星資料庫,確認(rèn)這是一顆此前從未被發(fā)現(xiàn)的天體。他感到既興奮又擔(dān)憂,因?yàn)楦鶕?jù)他所計(jì)算的近地指數(shù),這個(gè)不明天體可能會(huì)對(duì)地球造成威脅。鮑里索夫?qū)⑺^測(cè)到的數(shù)據(jù)發(fā)布到了網(wǎng)絡(luò)上,很快引起了專業(yè)天文學(xué)家的注意。
2019年10月,哈勃望遠(yuǎn)鏡拍攝到了這顆不明天體迄今為止最高清的一張照片??茖W(xué)家們確認(rèn)這是一顆來自其他星系的彗星,以雙曲線軌道運(yùn)行。這個(gè)天外來客在2019年12月8日到達(dá)近日點(diǎn),距離太陽3億公里,大約是地球到太陽平均距離的兩倍。此后,該天體被正式命名為2I / Borisov。I是星際訪客 Interstellar英文的首字母。2代表第二個(gè),而Borisov就是鮑里索夫的名字。
這是人類目前為止發(fā)現(xiàn)的第二個(gè)星際訪客,那么第一個(gè)是誰呢?就是大名鼎鼎的在2017年10月發(fā)現(xiàn)的雪茄型跨星際天體奧陌陌Oumuamua,它在天文學(xué)界的正式名稱是1I/2017 U1。奧陌陌的發(fā)現(xiàn)曾經(jīng)轟動(dòng)了整個(gè)科學(xué)界,它悠然自得的沖入太陽系,穿過近日點(diǎn),在離開時(shí)竟然速度還略微變快,就好像有引力之外的其他作用力在給它提供加速度。奧陌陌奇特的外形,令人捉摸不透的運(yùn)動(dòng)軌跡,讓很多學(xué)者認(rèn)為,這根本就不是什么彗星,而是被外星人遺棄的太空飛船。
在奧陌陌被發(fā)現(xiàn)的不到2年后,我們又發(fā)現(xiàn)了鮑里索夫,這也表明這些星際訪客或許并不罕見。在不遠(yuǎn)的未來,我們很有可能會(huì)見到3I、4I、 5I……
截止到今天哈勃望遠(yuǎn)鏡已經(jīng)服役將近32年了。它捕捉到的令人驚嘆的宇宙奇觀不勝枚舉。為了紀(jì)年1990年4月24日哈勃望遠(yuǎn)鏡升空,每年4月,NASA絕美的照片為它慶生。
2015年4月23日,NASA發(fā)布了哈勃所拍攝的Westerlund 2(韋斯特倫德2號(hào))星團(tuán)景觀,以紀(jì)念它繞地飛行25周年。韋斯特倫德2號(hào)星團(tuán)位于Gum 29星云的中心,距離地球大約2萬光年。繽紛的色彩就猶如一場(chǎng)璀璨絢麗的宇宙煙火。
2016年,哈勃26歲生日時(shí),它拍下了距離地球7100光年外的氣泡星云NGC 7635。該星云實(shí)際上是一大團(tuán)氣體和塵埃組成的云團(tuán),被內(nèi)部的一顆恒星照亮,散發(fā)著迷人的藍(lán)綠色光芒,如同一個(gè)巨大而夢(mèng)幻的星空泡泡一般,漂浮在宇宙深空之中。
2017年,哈勃27歲生日時(shí),NASA公布了一對(duì)旋渦星系NGC 4302(左)和NGC 4298(右)的精美肖像。從照片上看,這兩個(gè)星系似乎極為不同,但實(shí)際上只是角度問題,它們的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外形都非常相似。從地球的角度來看,NGC 4302和我們視線的夾角是90度,NGC 4298是70度。因此我們只能看到前者的側(cè)面,而后者的旋渦狀結(jié)構(gòu)則展露無疑。
2020年4月24日是哈勃的30歲生日,NASA如期在官網(wǎng)發(fā)布了它的慶生照:距離地球16萬光年的紅色星云NGC 2014,以及它的鄰近藍(lán)色星云NGC 2020。它們就像是宇宙中冰與火的較量。NGC 2014好似一團(tuán)烈火,要吞噬身邊的這塊寒冰。不過NASA認(rèn)為它們更像宇宙中的海洋世界,所以給這張圖片起名叫"宇宙礁瑚(Cosmic Reef)"。
BBC的紀(jì)錄片《哈勃三十年:揭示宇宙奇觀》中說:“所有與哈勃望遠(yuǎn)鏡合作過的人,都會(huì)產(chǎn)生一種非常感性且浪漫的情感聯(lián)系。它往往會(huì)讓人們對(duì)宇宙的認(rèn)知徹底改變?!?/p>
在過去30多年里,哈勃太空望遠(yuǎn)鏡繞地飛行超過了60億公里,進(jìn)行的觀測(cè)超過了140萬次,天文學(xué)家利用哈勃的觀測(cè)數(shù)據(jù)發(fā)表了超過17000篇科學(xué)論文,而這些論文又被引用了超過80萬次.
哈勃太空望遠(yuǎn)鏡絕對(duì)是有史以來最高產(chǎn)的航天老兵,但與此同時(shí),我們不得不承認(rèn)的是,如今的哈勃早已老態(tài)龍鐘。2021年12月25日,哈勃太空望遠(yuǎn)鏡迎來了它的繼任者,歷時(shí)25年研發(fā),耗資100億美金打造的詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡(James Webb Space Telescope)。

● 繼任者
韋伯望遠(yuǎn)鏡是史上第一款超級(jí)紅外線太空望遠(yuǎn)鏡,也是目前人類發(fā)射的最大的太空望遠(yuǎn)鏡。它的口徑達(dá)到了6.5米,是哈勃望遠(yuǎn)鏡的將近3倍,由18塊六邊形鍍金晶片拼接而成,可觀測(cè)波長(zhǎng)范圍是600-28500nm(0.6微米到28.5微米),也就是從可見光到中紅外光。相比哈勃望遠(yuǎn)鏡600公里的離地高度,“新官上任”的韋布望遠(yuǎn)鏡飛到了距地球約150萬公里的位置。這大約是地球到月球距離的4倍。所以據(jù)稱,韋伯望遠(yuǎn)鏡的觀測(cè)其靈敏度是哈勃的100倍,將會(huì)用以尋找136億年前宇宙誕生的第一批星系所發(fā)出的光??茖W(xué)家們期待利用韋伯望遠(yuǎn)鏡了解早期宇宙和星系歷史的演化,解開暗物質(zhì)等宇宙謎團(tuán),甚至尋找外星生命的跡象。

天文學(xué)家埃德溫.哈勃曾經(jīng)說過:“我們不知道我們?yōu)楹螘?huì)生在這世上,但我們可以追尋著世界的真相?!?韋伯望遠(yuǎn)鏡的升空也許會(huì)拉大太空觀測(cè)新時(shí)代的大幕。
那么哈勃望遠(yuǎn)鏡何時(shí)退役呢?有科學(xué)家說,看他目前的狀態(tài)至少能活到2026年。還有科學(xué)家說,服役到2030年不成問題。我只想說,就讓我們的老兵在它奉獻(xiàn)了一生的太空中再多飛一會(huì)兒吧。
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