在介绍哈勃望远镜之前,我们先想讨论一个问题。每个人都有手机,那我们能用手机拍到什么?能拍多远?能拍多清晰?这是我用我的手机拍的月亮,相对于普通手机来说,这个已经很清晰了,但是我们仍然不能观察到它很细节的部分。
而哈勃望远镜可不是仅仅为了拍月亮,而是为了探寻人类起源,为了能清晰的拍摄人类肉眼看不见的图片。实际上,发射太空望远镜是有代价的。下面讲讲我们来讲讲这个故事:
大家知道,哈勃望远镜是仍然运行在近地轨道上的空间望远镜,但最早这个想法却出自1946年天文学家莱曼·斯皮策的想法,1965年斯皮策被任命为建造空间望远镜的主任委员,1968年NASA正式确定了建造3米反射望远镜的计划。
哈勃望远镜在1990发射,如今已经绕地31年,大约每96分钟就会绕地球一圈。通过哈勃望远镜,你能够观测到一百三十四亿年前的景象(虽然也是现在拍摄的,这些景象也真实存在,但如果不通过哈勃望远镜,你是观测不到的)。它是全国首创的大型太空光学望远镜。
尽管计划确立,但望远镜建造计划却一波三折,差点因削减开支被时任总统的福特取消而胎死腹中,幸亏众多天文学家协调游说,最终将计划资金缩水一半保留了空间望远镜计划!因此3米的反射镜口径被缩小至2.4米,原先打算在哈勃望远镜的小型望远镜也被取消,并且欧空局也加入了计划,提供部分预算,回报则是ESA见过拥有15%的哈勃使用时间!
1980年初,正在展开设计的空间望远镜被命名为“哈勃”,这是纪念二十世纪初发现宇宙膨胀的伟大天文学家埃德温·哈勃命名,而望远镜制造过程则遭遇预算暴增,进度落后,发射时间一推再推,不过最终在1990年4月24日由发现号航天飞机在STS-31航次中将望远镜成功的送入了预定轨道!
然而上天不久的哈勃就被发现获取的图像尽管比地面望远镜清晰,但显然没有达到哈勃的设计标准,而原因则是镜面形状被磨错了,而误差仅仅只是边缘被多磨掉了2.2微米,当然补救措施就是增加一片修正镜,将其重新校正过来,不过因为位置安装关系,牺牲了高速光度计,以及修正了部分相机的像差,这个“空间望远镜光轴补偿校正光学”系统的安装任务在奋进号航天飞机的1993年12月的STS-61航次中成功完成。这个近视眼是哈勃著名的失误。
1994年,代号SL9的舒梅克李维9号彗星,绕经木星时距离太近,彗星受到木星的重力场影响,SL9彗星解体,碎片分散为一长串,哈勃望远镜观察到“珍珠串”(string of pearls)。科研人员根据图像及传回的其他数据推测,这些碎片很有可能会与木星相撞。我们知道,碰撞是太阳系演化过程中极为重要的一环,从约球表面的陨石坑就可以看出,碰撞非常重要。地球表面也有撞击形成的坑(例如美国亚利桑那州陨石坑)。但我们从未观测到彗星陨石的撞击过程。在1994年7月,观测小组来到巴尔的摩研究中心,操控哈勃望远镜对SL9撞击进行观测。通过望远镜观察到彗星撞击创造了历史,这是史无前例的。
哈勃望远镜上的配件并非长生不老,也会有损耗老化。美国宇航员在2009年5月升空,将哈勃望远镜的配件完成更换。哈勃加装了第三代广域照相机,拥有更高的清晰度。哈勃的这个新相机看得到红外线,所以可以发现比起原始的深空影像宇宙中更早形成的星系。
被哈勃望远镜的深空镜头观测到的首先是气泡星云(Bubble Nebula)。这是一颗巨大的沸腾的恒星,吹出膨胀的气泡,直径可达好几光年。当一颗是太阳四十五倍大的恒星喷发出能量,会带来巨大影响。当你在吹一个泡泡时,它继续膨胀是因为有空气。泡泡在被打破前,是被空气限制住的,是压力维持住泡泡的外观。气泡星云就像是这样的状况。这颗恒星喷发出巨大的能量,那份能量不是装进空气,而是笼罩一团气体和尘埃。研究人员希望利用哈勃望远镜来生成全色照片,哈勃仙女座全色照片集就是其中之一。哈勃望远镜看得到仙女座星系,由数百万颗恒星汇聚而成。星系就算一个个恒星的集合。凭借哈勃望远镜的分辨率,我们看到这个星系中各个恒星间的距离,等同于太阳与最接近太阳恒星的距离。透过这些图片,我们可以回答一些原始问题,例如恒星如何形成演化组成星系。
哈勃望远镜还希望观察其他恒星是否有生命。在1995年,科研人员通过观测认为巨蛇星座的天鹰星云可以提供气云如何诞生恒星的线索。于是哈勃望远镜对准了天鹰星云,并惊奇的拍摄到了这张图片。
这个是哈勃最初拍的的天鹰星云。距离在六千五百光年之外,他看到三根由气云和尘埃形成的巨柱。左边的柱子高约四个光年。巨柱的形状来自于附近的恒星,他们非常大、非常亮、温度也非常高。柱子释放出高量的紫外线辐射,雕塑出这个样貌。科学家们发现,每个巨柱都有小气团点缀,这些气团很可能与恒星诞生有关。这些气团暂且称为蒸发气体球,简称星蛋。这些影像中透露出一些星蛋里有正在成长的恒星雏形。在这些照片里,星蛋显得非常小,但整个太阳系都能轻松放入其中任何一颗星蛋(也就是星蛋要比一个太阳系的大小还要大)。这些热气团是恒星形成的第一阶段,而气团外挂的巨柱,名称很贴切——创生之柱。
那么,中国是否也有类似的望远镜呢?是的,那就是中国的天眼!它是500米口径球面射电望远镜(Five-hundred-meter Aperture Spherical radio Telescope,FAST),简称FAST。当然,为了严谨性,需要说明FAST真正对标的是美国的阿雷西博射电望远镜。在FAST完工之前,世界上最大射电望远镜的桂冠还属于美国的阿雷西博射电望远镜。截至2019年8月30日,FAST已经发现了132颗优质的脉冲星候选体。其中有93颗已被确认为新发现的脉冲星。如果人类的科技想发展到宇宙,那么我们所拥有的一定是第一手资料,这对于一个国家来说是至关重要的,所以FAST在这一方面就已经收回建造成本了。
我衷心希望当你阅读完这篇文章之后能获得一点点启发,或是对太空产生了好奇。希望你能够加入到探索人类起源的使命中来,一起为我国各项事业做出努力!