哈勃望远镜的传奇一生——打开未知世界(五)

欢迎来到“火星茶馆”,这是一次有关宇宙与航天内容的尝试,想提供有情怀、有深度的科普。


边欣赏美景,边维修哈勃,壮哉美哉!

前期链接:哈勃望远镜的传奇一生(一)、哈勃望远镜的传奇一生(二)、哈勃望远镜的传奇一生(三)、哈勃望远镜的传奇一生(四)

上期回顾:2009年5月11日,“亚特兰蒂斯号”航天飞机升空最后一次飞向哈勃,这次维修被称为有史以来最具挑战性和风险的一次太空行走任务。这次维修充满了惊险和成就感。通过5次长时间的太空行走,让哈勃重新焕发生命力。


无与伦比的哈勃

哈勃望远镜观测到了一些我们当初预期之外的内容。毫不夸张地说,它改变了我们对宇宙的观点。——埃德.韦勒,美国国家航空航天局的天体物理学家,哈勃望远镜的1979年至1998年间的首席科学家。


传奇的哈勃漂浮在太空

下面先从几个数据开始,重新让各位认识一下哈勃的无与伦比。

自1990年任务开始以来,哈勃已经完成了超过130万次观测。

使用哈勃数据的天文学家发表了超过15,000篇科学论文,使其成为有史以来最具生产力的科学仪器之一。这些论文在其他论文中被引用了738,000次。

哈勃在距地面550公里的高度,以27,000公里/小时的速度飞行超过66亿公里。

哈勃望远镜具有.007弧秒的指向精度,就像能够将一束激光准确照射在300公里外的一角硬币上。

哈勃具有极高的分辨能力,这就像从东京能看到并分辨出华盛顿特区的一对距离不到3米的萤火虫。

哈勃已回溯到遥远的过去,距地球超过134亿光年。

哈勃每年产生大约10TB的新数据。总存档目前超过150TB。

哈勃在发射时体重约为10800千克,但如果今天返回地球将重约12000千克,相当于两只成年非洲大象。

哈勃望远镜的主镜是2.4米,它是如此精细抛光,如果你把它缩放到地球的直径,你不会发现超过15厘米高的凹凸不平。

哈勃长13.3米长,相当于 一辆大型校车的长度。

发现巨兽——黑洞

所有人都在房间里,知道我们已经看到在M87中心存在黑洞的无可争辩的引力标志。那天我们离开房间时,走路都感觉轻飘飘的,我们清楚地知道,我们已经经历了此生少有的时刻,如此完美的结果从数据中跃然而出。——霍兰德·福特,美国天体物理学家

牛顿发现了万有引力,让我们知道了苹果落地和地球绕太阳运动的原因是一样的。爱因斯坦将引力与时空弯曲联系在一起,即使光也会偏折。而如果我们再多想一步,如果有种天体的质量足够大,那么会不会连光也无法逃离它的表面,于是我们就看不到它,它在我们眼中也许就是一个黑漆漆的洞。这就是黑洞的初始设想。

可这看不见的黑洞,我们该如何去证实呢?科学家提出可以通过黑洞周围天体的运动来推断。而哈勃上天之后,不但发现了黑洞的强有力证据,甚至发现了可能存在超大质量黑洞的迹象。这些超大质量黑洞的质量范围从100万个太阳质量到几十亿个太阳质量。可超大质量黑洞是否存在并未得到决定性的的证据。

哈勃望远镜的观测不仅确认椭圆星系M87的中心拥有一个比我们的太阳质量大26亿倍的黑洞,而且观察到从中心黑洞流出的亚原子粒子射流中显示出前所未有的细节。

这时,大家把目光投向了星系M87,它的核心被怀疑存在超大质量黑洞。哈勃也加入这历史性的一刻,要通过他的暗天体光谱仪来测量环绕疑似超大质量黑洞的气体盘的速度。这个速度的测量结果给出决定性的证据,证明M87中心存在超大质量黑洞

将图像与哈勃光谱仪的数据相结合,研究人员已经窥视了许多星系的中心并确定了大黑洞的存在。这些巨大的黑洞周围环绕着明亮的恒星和气体。在哈勃在20世纪90年代末进行的普查中,发现星系NGC 3379和NGC 3377的黑洞分别在5000万和1亿倍太阳质量,而且NGC 4486B被发现具有双核核心。

天文学家后来又用哈勃探索了许多星系的中心,发现超大质量黑洞其实非常普遍,绝大多数星系的中心都有一个。

创生之柱

我的下巴都掉下来了,我肯定一直盯着它看了5分钟  这张图有催眠效果。——雷·维拉德,哈勃STSci的公共信息官


震撼人心的“创生之柱”

创生之柱,也就是鹰状星云的中心部分,是致密的、紧凑的星际气体袋,称为蒸发气体球。这个星云位于距离地球7,000光年的附近恒星形成区域,位于巨蛇星座。创生之柱是一个名副其实的“恒星孵化器”,在长达几十光年的气态塔内,星际气体密度足以在自身重量下坍塌,形成年轻的恒星,随着它们从周围环境中积聚越来越多的质量而继续生长。这给人类研究恒星的诞生打开了一扇窗口。

哈勃深场

最终我们会到达暗淡的边界——我们望远镜的最远极限。在那里,我们测量阴影,我们在错误百出的测量中寻找可能更为重要的标志。研究仍将继续。——埃德温·哈勃


哈勃深场在极小的范围看到了海量的星系,回溯到了解决宇宙的起源时刻

哈勃深场由广域和行星相机2(WFPC2)在1995年12月18日至28日连续十天的342次单独拍摄曝光组装而成。哈勃深场图像仅覆盖20米外一角硬币的宽度,却具有几乎回溯到宇宙起源的深度。虽然这个场是天空的一个非常小的样本,但它被认为代表了太空中典型的星系分布。因为统计上,宇宙在所有方向看起来基本相同。哈勃注视着这片小小的区域,发现了在不同的进化阶段中的至少1500个星系,令人眼花缭乱。

天文学意义上的“深层”一词意味着观察宇宙中最微弱的物体。因为最远的物体也是最暗的物体之一,也意味着时间最久远的物体。所以图像相当于使用“时间机器”来观察过去,以见证星系的早期形成,也许是宇宙诞生于宇宙大爆炸后不到10亿年。


大麦哲伦星云中的星团NGC 2074

下期预告:哈勃从1990年升空到现在为止,已经渡过了28个年头。由于不再有航天飞机维修,而即将走到生命尽头。谁能成为他的继任者?继任者将会有怎样的使命?敬请期待“火星茶馆”下一期。

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