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哈勃望远镜,究竟看见了什么?

天文器材 2022-6-25 17:43 29083人浏览 0人回复
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(⊙_⊙)每天一篇全球人文与地理微信公众号:地球知识局向宇宙深处进发作者:那日苏/ 编辑:Alicia宇宙深邃而辽远,激发了人们无限的探索欲。好奇是人类技术发展的重要推动力,在刘慈欣的小说《朝闻道》中有这么一句 ...



(⊙_⊙)

每天一篇全球人文与地理

微信公众号:地球知识局

向宇宙深处进发

作者:那日苏 / 编辑:Alicia

宇宙深邃而辽远,激发了人们无限的探索欲。好奇是人类技术发展的重要推动力,在刘慈欣的小说《朝闻道》中有这么一句话:“当生命意识到宇宙奥秘的存在时,距它最终解开这个奥秘只有一步之遥了。”

宇宙的美丽和神秘一直吸引着人们的目光

到目前,人们对它的了解和它的广阔范围相比

依然只占很小的一部分

(图:猎户座星云,shutterstock)▼



1609年,意大利科学家伽利略发明了天文望远镜。在几百年的时间里,天文望远镜不断地被改进,精度更高的同时,看得也更远。

地球上方轨道上的哈勃太空望远镜(图:壹图网)▼



上世纪末,美国航天局(NASA)和欧洲航天局(ESA)合作的哈勃太空望远镜成功发射。这座位于太空中的望远镜,彻底摆脱了地球大气的干扰,让我们得以一窥宇宙的真面目,从而解开宇宙的奥秘。

哈勃望远镜拍摄的云柱,它属于巨蛇座尾·老鹰星云

(图:《哈勃岁月》)▼



我局今天推荐的《哈勃岁月》中,集合了380张由哈勃太空望远镜拍摄的宇宙天体影像。每一张都是十分珍贵的作品,还有NASA和ESA天文专家撰文解说。

(图:《哈勃岁月》)▼



它是一本可以使用三年的天文日历,记录了历史上重要的天文探索行动和进展,也预告了三年中的重要天文事件。

(图:《哈勃岁月》)▼





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我们的太阳系

太阳系是人类最早认识和了解的星系,早期的人类甚至能用肉眼观测太阳系行星的运动轨迹,并以此来判断地球不是宇宙的中心。

由四幅火星半球影像组合而成的火星全球图

哈勃望远镜在火星最靠近地球时拍摄了该影像

(横屏,图:《哈勃岁月》)▼



如今我们的探测器已经能登上火星,但是在太阳系内部,99%的地方人类还不能涉足,也仍然有许多未解之谜等着我们去探索。

用近红外线相机和多目标分光仪拍摄的土星影像

它显示了土星反射的红外光

(图:《哈勃岁月》)▼



迄今为止,哈勃望远镜拍出的太阳系行星和卫星的高分辨率影像,只有实际探访过的探测器所拍摄的才能超越。而哈勃的优势在于:1.人类尚无法探测太阳系所有行星;2.哈勃望远镜可以进行定期和长期的观测,这是飞越星球的探测器做不到的。

天王星与它的卫星天卫一(图中右侧白点)

它在通过天王星前方时留下了黑色投影

这种现象被称为“凌”

(图:《哈勃岁月》)▼



木星是太阳系最大的行星,在一定程度上,也可以说是地球的“保护伞”。因为庞大木星的存在,许多有可能砸向地球的小行星都被木星的引力所吸引,从而改变轨道。

广域照相机拍摄的木星大气影像

它展示了木星大气层中的翻腾云层

看起来似乎将木星表面拉伸成了平面

(横屏,图:《哈勃岁月》)▼



木星和地球非常不同,它甚至没有地表的概念。木星是一颗气态行星,其主要成分是氢和氦。在木星上最常见的,就是风暴和闪电。2020年哈勃望远镜拍摄了一张木星的图像,上面显示了木星动荡的大气运动,正在肆虐的风暴与正在酝酿中的风暴交相辉映,呈现出绚烂如画卷的景象。

和木星相比,一旁木卫二显得如此“娇小”

一眼看过去甚至可能发现不了它的存在

(图:《哈勃岁月》)▼



这张图像上面还囊括了木卫二——一颗木星的卫星。木卫二是太阳系中,最能吸引科学家关注的卫星。因为,它是除了地球之外最有可能孕育生命的天体。

木卫二的表面被一层冰层覆盖,而冰层下面则很可能是一片海洋。地球上最早的生命就是在海洋当中出现的,所以对于木卫二的研究意义重大。

木卫二表面喷出疑似烟云状物质

(图:《哈勃岁月》)▼



在地球的南北极附近,美丽的极光总让人心生向往、趋之若鹜。事实上不止地球有极光现象,2018年初哈勃望远镜拍摄的土星极光,就为我们揭开了气态行星的极光之谜。与地球的极光不同,土星极光主要发出紫外线。因为地球大气的缘故,紫外线在地表无法观测。哈勃太空望远镜的这张图片,就成为了全世界独一份的土星极光影像。

土星极光发出的紫外线会被地球大气阻隔

要研究它只能依靠大气层外的哈勃望远镜

(横屏,图:《哈勃岁月》)▼



木星和土星上的极光,已经得到了许多的研究。但是在离我们更远的行星,如天王星上,是否有极光现象呢?

科学家利用哈勃望远镜上的空间望远镜成像光谱仪

对天王星上的极光进行了观测

(图:《哈勃岁月》)▼



答案是肯定的,2011年哈勃太空望远镜就开始展开对天王星极光的研究。天王星极光的秘密,终于被人们所了解。



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璀璨星河

哈勃望远镜比一般的天文望远镜具有更高价值的原因之一,是其在深空探索领域的不可替代性。在太阳系之外,银河系当中有几千亿个像太阳系这样的恒星系,借助哈勃天文望远镜,人类与银河系其他天体的距离被拉得更近了。

天文学家们一直在探索恒星的形成过程

不过目前仍然有许多我们不了解的问题

比如对于如NGC2841这样的絮状螺旋星系来说,

驱动恒星形成的因素尤其不清楚

(图:《哈勃岁月》)▼



和天空中的飞鸟一样,星系往往也三五成群。较大的叫做主星系,较小的叫做伴星系。银河系有2个伴星系:大麦哲伦星系和小麦哲伦星系。

在哈勃望远镜拍摄的球状星团NGC1805当中,我们能发现数千颗恒星紧密地贴在一起运行。恒星和恒星之间的距离,仅相当于太阳离南门二比邻星之间距离的千分之一到百分之一左右。

大麦哲伦星系边缘的NGC1805星团

星团中的恒星紧密围绕彼此而运行

(图:《哈勃岁月》)▼



开个脑洞,在这个球状星团,如果外星人想要进行行星间的星际旅行的话,比我们要容易得多。但可惜的是,科学家推测由于该星团恒星过于稠密,不太可能有行星系统的出现。

在银河系当中,M22是最好观测的球状星团之一。在这个球状星团里,恒星系星罗棋布。早在公元1665年,天文学家亚伯拉罕·伊莱就发现了它,这是因为它距离我们只有大约1万光年。

M22是银河系中150多个球状星团之一

(图:《哈勃岁月》)▼



光年,是天文学当中最常见的长度单位,指的是光在宇宙真空中沿直线经过一年时间的距离。一些距离我们过于遥远的天体,我们观测到的仅仅是它几十万甚至几亿年前的影子。甚至于我们观察到的恒星,它很有可能已经死了。

恒星也会死亡吗?答案是肯定的。恒星在演化到末期的时候,会发生剧烈爆炸,这个过程被称为超新星爆发。

这张影像显示了面纱星云的一小部分

它是约5000年前一颗超新星爆炸后的残骸

其中包含了细丝状和弥漫状的云气

(横屏,图:《哈勃岁月》)▼



恒星死亡的过程,尤其令人着迷。在银河系当中,距离我们3000光年的蛋星云就在经历死去的命运。由哈勃望远镜上的第二代广域和行星照相机拍摄的红光影像,观测到了这一过程。发现在恒星濒死的过程当中,不断有恒星物质被抛出。

这幅图像展示了类太阳的恒星

在死亡过程中如何抛出恒星物质

(图:《哈勃岁月》)▼



在恒星耗尽了它核心当中的核反应燃料之后,它就会坍缩成高密度的炙热白矮星。在这个过程中,恒星抛出的外壳物质,会形成行星状星云。这时恒星的表面热核反应仍然会喷射物质,这些物质冲积和撞击着外围的云气,形成丝状的不规则星云。

Abell78是所谓的重生恒星

虽然核心已经停止燃烧氢和氦

但是表面的热核反应依然会喷射物质

(图:《哈勃岁月》)▼



行星状星云的外观看起来十分绚丽,被星云笼罩着的恒星闪闪发亮,仿佛带着波纹的透明贝壳当中,包裹着一颗璀璨夺目的珍珠。距离我们5000光年的行星状星云NGC1501就是这样一个炫彩夺目的星云,而它的另一个名字则更昭示着这个特点——牡蛎星云(Oyster Nebula)。

NGC1501(牡蛎星云)里充满了不均匀的泡泡

中央的恒星闪闪发亮,好似藏在贝壳里的珍珠

(图:《哈勃岁月》)▼



有恒星死亡,就会有恒星经历新生。我们的太阳和美丽家园地球,就是由数十亿年前银河系中爆炸的超新星残骸形成的。

这是一颗大质量恒星死亡后的残骸

它会被回收,然后演化成新一代的恒星

(图:《哈勃岁月》)▼



这个丝状星云,就是一颗大质量恒星死亡后的残骸。这些丝状物质最终会被“回收”,演化成一颗新的恒星,形成新的恒星系,也说不定会有新的生命在这个星系上诞生。



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哈勃超深空

银河系当中有几千亿个太阳系这样的天体系统,而整个宇宙当中,则有上万亿个银河系这样的星系。

红外影像下的涡状星系M51

因为其狭窄的尘埃带看起来像是漩涡而得名

(图:《哈勃岁月》)▼



探索这些河外星系,是哈勃望远镜最重要的功能之一。人类目前拍摄到的宇宙中最深远的可见影像“哈勃超深空”,就是由哈勃望远镜拍摄而成。这幅影像当中有将近一万个星系,展示了宇宙里的各种星系样本。《哈勃岁月》一书中,将这幅最有价值的影像也收录了进去。

包含了近一万个星系的“哈勃超深空”

其中最小、最红的星系可能是已知最远的星系

(图:《哈勃岁月》)▼



不同的星系有着不同的年龄、大小、形状和颜色。有的形成于宇宙大爆炸后的几亿年当中,也有的才刚刚进入婴儿期。

对于生命来说,一个稳定的宇宙环境是生存的基础。而对于宇宙观测者来说,星系、星云越动荡,越有观测价值。距离我们4500光年的礁湖星云(Lagoon Nebula),最早于1654年被意大利天文学家乔瓦尼·巴蒂斯塔·霍迪埃纳记录。自他以后,世界各地的天文学家和天文摄影爱好者都在观测和分析这个美丽的星云。

巨大的礁湖星云,宽55光年,高20光年

这幅图像记录的只是它的一小部分

(图:《哈勃岁月》)▼



哈勃天文望远镜为我们留下了礁湖星云的高清影像,同样也被收录在《哈勃岁月》一书当中。在这幅影像当中,我们可以看到七彩绚烂的星云尘埃组成了一个人形,仿佛在向着人类伸出手来。不由得让人想起漫威漫画里“行星吞噬者”的形象,在漫画里,行星吞噬者是世界毁灭之神,而动荡的礁湖星云中,不断迸发的能量也在毁灭着星云里的一切物质。

位于金牛座的蟹状星云,可以用小型望远镜观测

(图:《哈勃岁月》)▼



一般我们能看到的发光的天体都是恒星,它们自身就散发着光和热,比如太阳。但是星云之美在于它的尘埃和气体,和反射恒星光芒的行星、卫星不一样,在强烈的宇宙辐射之下,气体和尘埃也会被激发而发光。

形似蝴蝶翅膀的蝴蝶星云

中心的恒星向外喷出气体

强烈的紫外线让外围的物质发光

(图:《哈勃岁月》)▼



发射星云是能辐射出各种不同色光的游离气体云,在哈勃望远镜在太空运行26周年之际,NGC7635气泡星云被拍摄下来。这个星云的外形如同在阳光下被照射得五颜六色的气泡。

美丽的气泡星云 NGC7635

它距离我们约8000光年

(图:《哈勃岁月》)▼



该星云于1787年被恒星天文学之父威廉·赫歇尔(Friedrich Wilhelm Herschel)发现,和礁湖星云一样,也是许多天文学家和天文摄影爱好者孜孜以求想要一窥真面目的美丽星云。

在过去,只有利用地面上最精密的天文望远镜,才能勉强观测到这些离地球上千光年的宇宙星云。即使是这样,无数的研究者仍然前赴后继。这是人类在好奇心和求知欲的驱动下,追求宇宙真相的努力。

猫眼星云是最早发现的行星状星云之一,

也是已知最复杂的行星状星云之一

(图:《哈勃岁月》)▼



在哈勃望远镜传回的影像中,我们这一代人能看到几百年前天文学家梦寐以求的画面,能欣赏到前人无法了解的宇宙奥秘,这就是《哈勃岁月》的价值。

没有哈勃望远镜,我们恐怕难以看到这样壮丽的景象

(图:《哈勃岁月》)▼



由于年代久远,超龄服役的哈勃望远镜已经经历了数次维修,2021年甚至还暂停运转。也许有一天,哈勃望远镜会彻底停工,成为人类探索外太空的历史。但它留下的众多宇宙影像,仍然是全人类的无价之宝。

(图:《哈勃岁月》)▼





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封面:《哈勃岁月》

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