雨燕直播中超(哈勃25年：带你梳理哈勃的1
哈勃空间望远镜：揭示宇宙之谜的使者
当我们回望宇宙的历史长河，哈勃空间望远镜无疑是最令人惊叹的技术成就之一。自从它在1990年被送入低地球轨道以来，已经瞭望宇宙长达四分之一世纪。现在，让我们来揭晓它所发现的一些宇宙之谜。
在遥远的星空深处，星系中那些看似模糊不清的地点，实则隐藏着宇宙最剧烈爆发事件的源头。这些高能现象被称为γ射线暴。这些罕见的现象每过数百万年才会在典型的星系中出现一次，但它们却在短短几秒内释放出的能量相当于太阳在十亿年里所发出的能量总和。直到雨燕卫星在2013年捕捉到了一次持续时间仅十分之一秒的γ射线暴后，“哈勃”对其观测，揭示了这一神秘现象的背后真相。观测结果显示，这一短暂的γ射线暴可能是由两颗极端致密的中子星碰撞引发的。这一发现对了解宇宙大爆炸的余辉与γ射线暴之间的关系起到了至关重要的作用。尽管地面上的望远镜也参与了这次观测，但只有“哈勃”才能捕捉到其暗弱的余辉。
除了揭示宇宙中最神秘的现象外，“哈勃”还在木星的大气层中发现了撞击的痕迹。当舒梅克-列维9号彗星的残骸在1994年撞击木星时，“哈勃”观测到了这场壮观的撞击事件留下的疤痕。这次撞击事件不仅揭示了木星大气层的秘密，而且为科学家们提供了推断其大气深处和云层下方水的状况的重要线索。“哈勃”的观测结果对于理解木星大气层的结构和演变过程起到了重要的作用。尽管地面天文台也参与了这次观测，但“哈勃”是唯一能够在整个波段全天候进行观测的望远镜。这使得它能够观测到撞击产生的尘埃以及气溶胶等重要的细节信息。
除此之外，“哈勃”还揭示了猎户星云中的原行星盘的存在。“哈勃”拍摄到了这些盘状的低温尘埃和气体云的图像这些原行星盘是新生恒星形成时的遗留物它们逐渐聚集形成鹅卵石大小的颗粒并最终成为行星。“哈勃”的这一发现为研究行星的形成过程提供了宝贵的线索也为天文学家们揭示了太阳系起源的奥秘。
在宇宙年龄的问题上，“哈勃”也发挥了重要的作用。发射之前关于宇宙年龄是100亿年还是200亿年的争论激烈不休为了平息这场争论天文学家们利用造父变星来测量宇宙的距离和膨胀速度。“哈勃”的高分辨率使得天文学家们在近距星系中发现了超过800颗造父变星这些测量帮助确定了宇宙的年龄为138亿年。这一发现为我们理解宇宙的起源和演化提供了重要的线索也为未来的研究铺平了道路。
最后我们还知道超大质量黑洞的存在这也是哈勃的一个重要发现。超大质量黑洞是宇宙中引力极其强大的区域由于它们强大的引力使得光也无法逃逸这些黑洞变得几乎不可见。“哈勃”通过其精确的观测技术揭示了这些黑洞的存在和特性为我们理解宇宙的极端物理环境和演化过程提供了重要的线索。通过其不断的努力和贡献哈勃空间望远镜将继续为我们揭示更多关于宇宙的奥秘让我们对这片浩瀚星空充满敬畏和好奇之心。通过精密测量黑洞周围物质的运动，科学家们得以运用引力定律计算其质量。如果计算出的质量超出了可见恒星的质量，那么隐藏的部分很可能源自神秘的黑洞。
在20世纪90年代初，天文学家开始怀疑在一些星系中心存在着超大质量黑洞。这一假设在“哈勃”空间望远镜发射后得到了证实。“哈勃”以其超越地面观测的分辨率，证实了这一猜测，并且凭借其测量黑洞周围气体和恒星速度的能力，成为了名副其实的“黑洞猎人”。
观测结果令人震惊。超大质量黑洞的半径与我们的太阳系相当，但其影响范围仅限于星系中心的特定区域。这表明星系及其中心黑洞是共同成长的。“哈勃”的观测改变了我们对超大质量黑洞的看法，让它们不再是另类天体，而是星系形成过程中不可或缺的一部分。
【图片说明】哈勃空间望远镜的观测揭示了大质量星系中心普遍存在的超大质量黑洞，这些黑洞常常伴随着喷流现象。图片版权：NASA/The Hubble Heritage Team (STScI/AURA)。
我们的宇宙中还存在大量的暗物质，这些物质既不发出也不吸收任何波长的辐射。为了了解暗物质在宇宙中的分布，“哈勃”与地面望远镜一起观测了数十万个小星系。当光线穿越宇宙时，它会经过所有的暗物质，留下独特的印记。这就是“哈勃”大展身手的地方。暗物质会弯曲光线，造成星系形状的扭曲，这就是所谓的引力透镜效应。通过观察这一效应，我们可以推断出暗物质的位置。由于暗物质充当了宇宙的骨架，了解暗物质的分布对于认识宇宙的结构至关重要。
【图片说明】哈勃空间望远镜对星系团的观测为揭示暗物质的特性提供了重要线索。图片版权：NASA/ESA/CXC/M. Bradac (UCSB)/S. Allen (Stanford Univ.)。
球状星团是众多恒星在引力的作用下形成的紧密集合。长久以来，天文学家一直认为球状星团内的恒星相似，因为它们来自同一尘埃云。“哈勃”在2005年的观测却发现了不同。在球状星团NGC 2808内，“哈勃”测量了恒星的亮度和颜色，并发现了三个不同世代的恒星。球状星团的年龄可能高达135亿年，仅比宇宙年龄小3亿年，它们是宇宙学的试金石。在天文学中，不同世代的恒星反映了其化学组成、年龄和球状星团中的位置。“哈勃”的高分辨率图像使天文学家能够深入NGC 2808的核心区域进行研究，这是地面望远镜无法做到的。“哈勃”的观测能力使其更容易发现不同的星族恒星并追踪它们的演化路径。至今，“哈勃”已经观测了超过60个球状星团，初步结果显示它们都拥有多个星族。
截至2015年2月，科学家们已在其他恒星周围发现了1890颗行星。虽然我们还未能拍摄到这些太阳系外行星的影像，“哈勃”却首次对它们的大气进行了探测。以HD 209458-b为例，这颗距离地球150光年的行星位于其宿主恒星附近时，部分星光会穿过其大气。“哈勃”配备的摄谱仪可以将这些光分解成不同波长的光谱，进而揭示行星大气的特征。通过对行星遮挡恒星圆面时的光谱进行测量和比较，科学家们能够发现新的特征并揭示太阳系外行星大气的秘密。“哈勃”凭借其稳定性为我们提供了宝贵的观测数据。通过这种方法，“哈勃”首次在太阳系外行星的大气中探测到了钠元素的存在。如今这一方法已成为研究太阳系外行星大气的标准手段，“哈勃”也对数十颗这样的行星进行了类似的观测研究。
【图片说明】这是哈勃空间望远镜首次在太阳系外行星HD 189733b的大气中探测到水蒸气和甲烷的概念图。这一突破性的观测揭示了太阳系外行星大气特性的多样性和复杂性。版权NASA/ESA/G. Bacon (STScI)所揭示的惊人发现——宇宙加速膨胀与暗能量的神秘力量。
拥有超新星的星系，成为了近年来最引人热议的天文焦点。当我们回顾历史，会发现早在1998年，天文学家公布的新数据就对宇宙膨胀的真相带来了巨大冲击。遥远超新星的亮度变化显示，它们发出的光比预期的更为暗弱，红移现象更为显著，意味着这些星体的距离比我们之前认为的要遥远得多。这与我们对物质引力减缓宇宙膨胀的预期产生了矛盾。
在这场宇宙之谜的破解过程中，“哈勃”空间望远镜发挥了关键作用。它不仅为天文学家提供了关键的观测数据，更在发现宇宙加速膨胀的过程中起到了决定性的作用。通过观测并记录到位于遥远宇宙的16颗超新星，“哈勃”证实了宇宙不仅在早期存在减速膨胀的阶段，而且确实在加速膨胀。
暗能量作为推动宇宙膨胀的斥力来源，占据了宇宙的约75%。据哈勃的观测结果推测，我们今天所见的宇宙加速膨胀始于约50亿年前。这一发现无疑为我们理解宇宙的奥秘开启了新的篇章。
[图片说明：哈勃空间望远镜对遥远宇宙中超新星的观测，揭示了宇宙膨胀正在加速的真相。版权NASA/ESA/A. Riess (STScI)]
除了揭示宇宙膨胀的奥秘，“哈勃”的深场观测也彻底改变了我们对遥远宇宙的认识。它的深场影像，如著名的哈勃深场照片，揭示了数量庞大的星系细节和结构。通过对这些星系的大小、形状和颜色的测量，我们能够直接观察并研究它们的演化过程。这些观测成果为天文学家打开了一扇通往宇宙过去的重要窗口。
今天，“哈勃”已经观测到了位于宇宙年龄仅5亿年处的星系，展示了星系演化的壮丽画卷。从X射线到射电望远镜的多种观测手段，使得这些天区成为研究星系演化的宝地。可以说，“哈勃”的深场观测是任何望远镜有史以来最重要的发现之一。
展望未来，“哈勃”空间望远镜的使命虽然辉煌但终将结束。预计其工作至2020年左右后，将最终落入地球大气层烧毁。随着詹姆斯·韦布空间望远镜的即将发射，我们对宇宙的观测将迈入新的阶段。尽管其工作的波长与“哈勃”不同——主要在红外波段，但其强大的性能将使我们能够观测到此前无法看到的天体，进一步深入太空并回溯时间。这一新的里程碑将为我们揭示更多关于宇宙的奥秘。
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