Astronomy 版 (精华区)

发信人: wxl (小亮), 信区: Astronomy
标  题: 哈勃十五年
发信站: 哈工大紫丁香 (Wed Jul  6 07:14:23 2005), 转信

　　哈勃太空望远镜上天已有15年，它的寿命也可能快要完结了。15年来它给科学带来了什么？


　　望远镜的世代

　　1609年，伽利略将世界第一架天文望远镜指向天空，人们通常将此视作现代天文学诞生的标志。这架口径4.2厘米的小望远镜向人们展现了月球、行星和太阳的新面貌，宣告了哥白尼日心说的胜利。1924年，埃德温?哈勃在美国加利福尼亚州的山上，将一架口径254厘米的望远镜指向仙女座星云。这片云状物质立即在望远镜里被分解成许许多多的恒星，使人类认识到，不仅地球不是太阳系中心、太阳不在银河系中心，银河也只是宇宙的沧海之一粟。我们在宇宙中的地位越降越低，而我们的视野和理性不断地突破新疆域，投向更高更远的地方。从某种意义上说，现代天文学史，也就是望远镜的历史。

　　1990年4月24日，望远镜和天文学的又一个黄金年代开始了。一架重量超过11吨、主镜面直径2.4米、装备多种观测设备的望远镜“哈勃”被送到离地面几百公里的环地轨道上，试图像它的祖先们那样，为人类的宇宙观带来新的革命。它能不受地球大气层干扰，以前所未有的精度对天体进行观察，远远超过装置在地面上的望远镜。15年来，这架命途多舛的望远镜不辱使命，它拍摄了约75万张照片，展露了宇宙中许多壮丽的物体与事件，使天文学取得了重要进展。它证实了一些理论，推翻了另一些理论，还发现了一些人们对之根本没有准备、需要创立新理论来解释的事物。

　　
　　从黑暗到黎明

　　埃德温?哈勃通过观察星系远去的速度发现宇宙在膨胀。以此为基础，科学家逐渐建立了这样的认识：宇宙诞生于一百多亿年前的一场大爆炸。最初的炽烈和混沌过去之后，由于宇宙的膨胀，宇宙中温度降低，物质大致上均匀分布，不存在我们熟知的任何天体，没有一丝星光，这就是宇宙的“黑暗年代”。这段时间是如何结束的？最早的恒星和星系是何等模样？

　　没有东西能运动得比光更快，望向远方实际上是望向历史。哈勃望远镜强大的观察力使它能观察到极其遥远的地方、宇宙年龄只有现在1/20时候的模样，揭开星系诞生的序幕。例如在天炉座方向上的某个区域，用地面望远镜来看空无一物，哈勃却从中找到了成千上万的星系。它们可能是大爆炸后4~8亿年时诞生的首批星系，形状奇特，与我们熟悉的旋涡星系和椭圆星系不同，有的像牙签，有的像手镯。这时的宇宙还十分混乱，秩序刚刚开始建立。这一发现满足了科学家的好奇心，却又激起他们对那个神秘时代更大的好奇心。


　　宇宙的过往与将来

　　宇宙膨胀的标志是星系在彼此远离，相隔越远，分离速度越快，速度与距离成正比。使速度与距离发生关联的这个常数，称为哈勃常数。哈勃望远镜升空后的一项重要任务，自然就是更准确地测量哈勃常数的大小。2001年，一个研究小组宣布了他们根据哈勃望远镜的观测对哈勃常数的最新计算结果：72±8公里/秒?百万秒差距。这个数字的意思是，星系间距离每增加100万秒差距（326光年），相互远去的速度就增加72公里/秒。

　　计算哈勃常数需要判断星系与我们的距离，而距离一般通过观察星系中一种亮度规则变化的星星——造父变星来推算。哈勃观察到了近千颗造父变星，使科学家可以挑选较为可靠的数据来更好地计算哈勃常数。这个常数关系到宇宙膨胀的速度、宇宙的大小和年龄，乃至宇宙的终结。结合哈勃常数与其它数据，科学家估算宇宙的年龄约137亿年，而且宇宙中所含的物质不足以产生足够的引力来阻止宇宙膨胀。也就是说，宇宙可能将永远膨胀下去。

　　哈勃还帮助证实，宇宙被神秘的“暗能量”主宰。暗能量可能占到宇宙质量的2/3，剩下的质量大部分是暗物质，而我们所熟悉的物质只占宇宙质量的极小部分。暗能量会产生与引力方向相反的反引力，常被用于解释宇宙膨胀速度加快的现象，它与宇宙的命运密切相关。


　　星星的一生

　　一颗恒星从诞生到毁灭可能需要几十亿年的时间，生命短暂的我们不可能跟踪其全程。但通过观察处于不同年龄段的恒星，就能拼接出恒星从生到死的完整图景。哈勃看到了各种各样的恒星，看到孕育恒星的气体尘云纱幕，年轻恒星挥霍燃料的灿烂光芒，死亡恒星周围色彩绚丽的裹尸布。

　　为纪念哈勃15岁生日，美国宇航局发布了两张高清晰照片，从中就可以看到处于生命不同时期的恒星。一张是称为“创造之柱”的鹰状星云，这是一个恒星的摇篮。一个长达9.5的光年的冷尘埃云团从星云中升起，巨大、明亮的年轻恒星发出强烈的紫外光照耀着它，这团尘云里面还可能孕育着新的恒星。有科学家认为，我们的太阳可能诞生在非常类似的环境里。另一张照片是涡状星系M51，它是一个典型的旋涡星系，形状与银河系相似。它拥有暗淡的冷气体尘云，粉红色的恒星诞生区，亮蓝色的年轻恒星，以及中央部位黄色的、年龄较老的恒星。

　　哈勃还发现了许多奇形怪状的星系，这是早年宇宙里星系曾频繁相撞的证据。它看到了星系相撞喷出的物质流，以及气体尘云压缩点燃新恒星火焰的情景。一个笑话说，由于哈勃对星系相撞的观察是如此精细而清晰，它甚至能看见律师们蜂拥而至相撞事故现场。

　　哈勃仔细观察了红超巨星——猎户座阿尔法（参宿四），如果把这颗老年恒星放在太阳系中央，它的外层大气可以伸展到木星轨道上。发现了银河系里最亮的恒星——手枪星云中的超大恒星手枪星，它可以塞满地球轨道所圈进的区域，释放出的能量是太阳的1000万倍。观察到了恒星以超新星爆发的方式死亡后，以气体尘埃环形式存在的残骸。还首次找到了宇宙的魔兽——黑洞盘踞于星系中央、吞噬周围物质的证据。

　　我们的太阳系

　　在望向千万甚至百亿光年外时，哈勃也没有忽略对我们的家园——太阳系的观察。

　　1994年苏梅克-列维9号彗星与木星相撞，哈勃记录了这场大事件的前前后后。21块彗星碎片撞击木星，掀起巨大的蘑菇云。最大的一块碎片在木星上留下了一个地球那么大的“伤痕”。观察这场相撞所得的资料，大大增强了人们对木星的了解。它还显示，天体撞击地球导致恐龙毁灭，这样的可能性是存在的。

　1997年春天和夏天，哈勃仔细观察火星上变化无常的奇怪天气，帮助为火星探路者的着陆和火星环球勘探者进入环火星轨道做好准备。2001年，哈勃和火星环球勘探者联合观察到了席卷火星全球的“完美风暴”，这场巨大的沙尘暴持续了几个月之久，是几十年来从未发现过的。2003年夏，火星达到6万年来离地球最近的地方，哈勃借此机会拍到了有史以来从地球上拍到的最清晰火星照片。

　　利用携带的紫外照相机，哈勃探测到了木星和木星的极光。它们与地球极光相似，是两颗行星南北极上空舞动的光帘，由来自太阳的高能粒子风导致，但土星的极光只在紫外波段可见。哈勃还观察了土星的气候，并发现木卫一上活跃的火山活动，喷出二氧化硫的“雪花”。

　　哈勃观察了天王星的季节变迁和甲烷晶体云层，海王星的云层变化和巨大风暴。太阳系边缘也没有逃脱审视，哈勃使用“暗淡天体照相机”观察到了冥王星几乎全部表面，显示这颗寒冷行星表面结构比人们预想的更为复杂。它还在海王星轨道外的“柯伊伯带”上发现了许多新天体，并对曾被怀疑为第十大行星的柯伊伯带天体“赛德娜”进行了观测。


　　哈勃刚刚升空时由于镜头偏差，拍得的照片模糊不清，不得不派宇航员上去修理。其后又进行过几次维修。近来，由于哥伦比亚号爆炸导致美国航天飞机停飞，哈勃无法得到必需的维护，太阳能电池和陀螺仪的老化将使它可能在两三年内退役，坠毁在太平洋中。新上任的美国宇航局(NASA)局长格里芬不久前表示，打算重提派宇航员维修哈勃的计划，但此事尚未最后决定。

　　发射新一代太空望远镜“韦伯”的计划已经在进行中，但许多科学家仍希望哈勃多服役几年。太空望远镜的观测时间极其珍贵，天文学家都想让哈勃指向自己青睐的目标，每年哈勃收到的观测计划超过一千个。迄今，即使有了更强力的继任者，哈勃仍是人类最优秀、最先进的望远镜之一，有理由继续为人类加深对宇宙的认识做出贡献。曾在1997年执行过哈勃维护任务的宇航员格雷格?哈保说：“它可能是伽利略发明天文望远镜以来，天文学和天体物理学研究所拥有的最为伟大的仪器或工具。” 


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