“哈勃”驚人的探測成果

自1990年哈勃空間望遠(yuǎn)鏡進(jìn)入太空，至今已經(jīng)28年了，讓我們看看它都取得了哪些驚人的成果。

1.宇宙在加速遠(yuǎn)離我們

我們的宇宙在膨脹。大約在一個(gè)世紀(jì)以前，埃德溫·哈勃測量到了我們宇宙的膨脹速率，這個(gè)值我們稱為哈勃常數(shù)。但是在哈勃望遠(yuǎn)鏡發(fā)射升空之前，哈勃常數(shù)的測量結(jié)果十分不精確，我們由此算出的宇宙年齡只能限定在100億到200億的范圍內(nèi)。而現(xiàn)在天文學(xué)家用哈勃望遠(yuǎn)鏡的數(shù)據(jù)算出的哈勃系數(shù)，可以把宇宙年齡限定在138億年左右，可以說精確度提升了不少。

然而除此之外，令天文學(xué)家感到吃驚的是，從哈勃望遠(yuǎn)鏡的觀測結(jié)果中發(fā)現(xiàn)，宇宙不僅僅是在膨脹，而且是在加速膨脹——這個(gè)發(fā)現(xiàn)獲得了2011年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

2.記錄星系的成長歷程

就像我們用相簿記錄孩子的成長歷程一樣，天文學(xué)家用“哈勃”給不同宇宙學(xué)時(shí)間上的星系進(jìn)行“拍照”，記錄下了宇宙中星系的成長歷程。

我們怎么知道宇宙過去的樣子呢？這主要得益于一條簡單的數(shù)學(xué)關(guān)系：“哈勃”向深空中看得越深，在時(shí)間上就越久遠(yuǎn)。距離越遠(yuǎn)（也就是時(shí)間上越早）的星系越小，且越不規(guī)則；反之，則巨型、規(guī)則的漩渦星系和橢圓星系就越多。這表明，星系之間隨著時(shí)間的推移在不斷地融合，漸漸地變成了我們現(xiàn)在所看到的巨大星系。

▲ 船底座星云，被稱為“神秘山”。冷的氫氣以及塵埃向上延伸。在頂部，是一個(gè)三光年高的柱子，這個(gè)柱子逐漸被附近恒星的亮光和恒星風(fēng)吹散；同時(shí)它還受著內(nèi)部剛形成的原初恒星摧殘，一個(gè)噴流向左右兩個(gè)方向噴射而出

3.看到太陽系外的世界

哈勃望遠(yuǎn)鏡是第一個(gè)在光學(xué)上觀測到系外行星的。這顆行星在25光年外，繞著北落師門旋轉(zhuǎn)，離北落師門的距離大概是土星到太陽距離的十倍。

此外，天文學(xué)家用哈勃望遠(yuǎn)鏡的觀測數(shù)據(jù)能測出系外行星的大氣成分。觀測發(fā)現(xiàn)，盡管大多數(shù)系外行星對生命來說都過于炎熱而無法生存，但是在一些行星上存在構(gòu)成生命的基本成分。

4.“照亮”暗物質(zhì)

通過哈勃望遠(yuǎn)鏡銳利的視場，天文學(xué)家通過引力透鏡現(xiàn)象及逆向工程，繪制出了空間中暗物質(zhì)的分布情況。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，宇宙中暗物質(zhì)大約是普通物質(zhì)的五倍，且以網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)分布；而大質(zhì)量的可見結(jié)構(gòu)（像星系群、星系團(tuán)等）往往都分布在這些網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)交叉的地方。

【名詞解釋】暗物質(zhì)：暗物質(zhì)是一種不可見的物質(zhì)形式（簡單的理解就是不發(fā)光），它構(gòu)成了宇宙物質(zhì)的大部分質(zhì)量。

▲ 根據(jù)哈勃的光譜圖合成的圖像。研究人員發(fā)現(xiàn)許多星系中心都存在一個(gè)巨型黑洞。NGC3379和NGC3377分別包含著一個(gè)5000萬個(gè)太陽質(zhì)量和1億個(gè)太陽質(zhì)量的黑洞；NGC4486B在其核心包含兩個(gè)黑洞

▲ 哈勃觀測到大量各種各樣復(fù)雜的行星狀星云

5.巨型黑洞無處不在

哈勃望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)，幾乎每一個(gè)星系的中心都存在一個(gè)巨大的黑洞，這些黑洞有百萬個(gè)到十億個(gè)恒星質(zhì)量那么大。此外還發(fā)現(xiàn)這些黑洞的尺寸和其宿主星系的質(zhì)量相關(guān)。哈勃星系普查表明，黑洞的質(zhì)量取決于其宿主星系星系核中恒星的質(zhì)量：星系越大，黑洞也越大。這種關(guān)系說明黑洞是伴隨著星系一塊兒成長的，而且黑洞會(huì)吞并星系的一部分質(zhì)量。

6.研究地外行星和它們的衛(wèi)星

哈勃望遠(yuǎn)鏡見證了太陽系內(nèi)的小天體對木星的影響。它于1994年觀測到休梅克-列維9號(hào)彗星的21個(gè)碎片依次撞入木星——這是天文學(xué)家第一次看到這樣的事件——每一次撞擊都在木星的表面留下一個(gè)烏黑的“傷疤”。此外，天文學(xué)家們還用哈勃望遠(yuǎn)鏡定期地測量木星表面著名的“大紅斑”的尺寸，以調(diào)查它為什么會(huì)漸漸地消失。

“哈勃”在木衛(wèi)三（太陽系內(nèi)最大的衛(wèi)星）地下發(fā)現(xiàn)了一個(gè)巨大的鹽水海，據(jù)估計(jì)其含水量比地球表面全部的水還要多。此外“哈勃”還觀測到木衛(wèi)二表面大氣的變動(dòng)，天文學(xué)家認(rèn)為這可能是由地下海水噴發(fā)而造成的。尋找液態(tài)水，在尋找地外生命的研究中至關(guān)重要。

7.柯伊伯帶的大發(fā)現(xiàn)

在對太陽系邊緣的矮行星——冥王星的探測中，“哈勃”在這個(gè)冰冷的世界中發(fā)現(xiàn)了四顆衛(wèi)星，分別是水神星（Nix），九頭蛇星（Hydra），冥衛(wèi)四（Kerberos），冥衛(wèi)五（Styx）。

2015年7月美國宇航局的新視野號(hào)探測器拍攝了一張冥王星的精彩照片。在科學(xué)家為“新視野號(hào)”安排行程的過程中，哈勃望遠(yuǎn)鏡起了重要的作用，它從上世紀(jì)90年代到2010年這些年對太陽系邊緣的探測，為“新視野號(hào)”繪制了旅行的地圖。

此外哈勃望遠(yuǎn)鏡還在鳥神星附近發(fā)現(xiàn)了一個(gè)直徑為161千米左右的衛(wèi)星。

8.跟進(jìn)小行星帶的演化

在火星和木星之間存在著一條布滿碎石和小行星的帶，小行星們經(jīng)常會(huì)在這發(fā)生碰撞。在一個(gè)有著灰塵拖尾的點(diǎn)狀物體附近，哈勃望遠(yuǎn)鏡觀測到了一個(gè)奇怪的X形的結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)被認(rèn)為可能是兩個(gè)小天體發(fā)生對撞產(chǎn)生的，其相對速度約為子彈的五倍。天文學(xué)家一直都認(rèn)為小行星帶會(huì)在小行星之間的碰撞后慢慢變得更加零碎，但這次則是首次通過觀測證實(shí)該猜想。

另外，哈勃望遠(yuǎn)鏡還觀測到一個(gè)擁有六個(gè)“彗星尾巴”的小行星。計(jì)算機(jī)模擬表明，這些尾巴可能是由一系列塵埃噴射事件產(chǎn)生的。

9.見證恒星誕生

哈勃望遠(yuǎn)鏡的紅外探測器能夠穿透厚重的塵埃云，而在這些塵埃云中，有成千上萬的恒星在燃燒著它們的生命。哈勃望遠(yuǎn)鏡對這些星云的觀測表明，在這些恒星誕生的地方，往往伴隨著劇烈的“陣痛”——新星產(chǎn)生出強(qiáng)烈的紫外輻射以及激震前沿，這些輻射會(huì)清除掉周圍的塵埃云。

此外，哈勃望遠(yuǎn)鏡也以前所未有的精度捕捉到來自新星的發(fā)光氣體發(fā)出的高能噴流。這些噴流是氣體旋轉(zhuǎn)流進(jìn)新形成恒星過程中，被磁場引導(dǎo)，以超音速從恒星兩極噴射而出的副產(chǎn)品。

10.記錄恒星的死亡之路

哈勃望遠(yuǎn)鏡詳細(xì)記錄了類似太陽的恒星是如何一步步走向死亡的。哈勃望遠(yuǎn)鏡的觀測發(fā)現(xiàn)，它們有各種各樣復(fù)雜的形狀，有些像風(fēng)車，有的像蝴蝶，有的像沙漏。這些圖片告訴我們，其實(shí)恒星在坍縮形成白矮星之前，它拋射其外部氣體層的動(dòng)力學(xué)是非常復(fù)雜的，而不像我們以前假設(shè)的那樣是球?qū)ΨQ的。

11.探測“光學(xué)回聲”

哈勃望遠(yuǎn)鏡捕捉到麒麟座V838爆發(fā)后形成的光反射序列圖像。2002年1月，這顆紅巨星爆發(fā)出一個(gè)無法解釋的閃光，然后留下一片看起來像“擴(kuò)張的泡沫”一般的遺跡。實(shí)際上，這泡沫似的遺跡只是閃光將本來已經(jīng)存在的塵埃云照亮了而已。由于光只能以有限的速度——光速傳播，所以閃光花了幾年才到達(dá)更遠(yuǎn)的塵埃云，然后照亮它們。這種現(xiàn)象稱為“光學(xué)回聲”，就像聲波在遇到峽谷或墻壁時(shí)的反射一樣。

12.尋找行星形成區(qū)

天文學(xué)家用哈勃望遠(yuǎn)鏡證實(shí)了行星形成于環(huán)繞恒星的塵埃盤。哈勃望遠(yuǎn)鏡在獵戶座星云中首次發(fā)現(xiàn)一個(gè)繞著大約200顆恒星運(yùn)轉(zhuǎn)的原行星盤。隨后通過對附近恒星的巡天觀測，哈勃對塵埃盤完成了最大、最精細(xì)的光學(xué)圖像勘測。

13.觀測星系細(xì)節(jié)和星系融合

當(dāng)埃德溫·哈勃發(fā)現(xiàn)銀河系不是宇宙的全部，在其之外還有大量的星系時(shí)，他給這些星系做了一個(gè)基本的分類：漩渦星系、橢圓星系和不規(guī)則星系。現(xiàn)在這個(gè)以他名字命名的望遠(yuǎn)鏡則揭示了這些星系前所未有的細(xì)節(jié)。

此外，隨著哈勃望遠(yuǎn)鏡觀測的距離越遠(yuǎn)，它看到的景象也就越奇異怪誕，這是因?yàn)樵酵钐幙从钪嬖侥贻p，此時(shí)宇宙尺寸還很小，星系也很年輕，它們之間也更容易相互吸引而碰撞、融合。