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哈勃望遠(yuǎn)鏡的十大貢獻(xiàn)

按照從小到大的順序——從行星這樣的小天體，到巨大的星系，乃至整個(gè)宇宙，對(duì)哈勃望遠(yuǎn)鏡的十大貢獻(xiàn)逐一進(jìn)行介紹。這架望遠(yuǎn)鏡還在繼續(xù)出產(chǎn)令人驚訝的科學(xué)成果。哈勃發(fā)現(xiàn)了冥王星的另外兩顆新衛(wèi)星；在宇宙的極早期找到了一個(gè)質(zhì)量大得出乎意料的星系(而且自相矛盾的是，質(zhì)量大得與它幼小的年齡極不相稱)；還確認(rèn)了在一顆褐矮星身邊，有一個(gè)達(dá)到行星質(zhì)量的同伴，雖然它本身比行星重不了多少。我們應(yīng)該為生活在這樣一個(gè)時(shí)代感到幸運(yùn)，哈勃讓我們有機(jī)會(huì)目睹宇宙中的許多奇景。
　　1、彗木大沖撞
　從宇宙的角度出發(fā)，舒梅克—列維9號(hào)彗星(Comet Shoemaker-Levy 9)與木星相撞，是一件再平常不過(guò)的事：巖石行星和衛(wèi)星表面的千瘡百孔已經(jīng)證明，太陽(yáng)系原本就是一個(gè)危險(xiǎn)的射擊場(chǎng)。不過(guò)，從人類的視角來(lái)看，這場(chǎng)沖撞卻是終其一生也難得一見(jiàn)的大事：人們相信，平均每1,000年，才會(huì)有一顆彗星一頭扎進(jìn)行星之中。
　　在舒梅克-列維9號(hào)彗星“英勇獻(xiàn)身”的一年以前，哈勃的照片就揭露出，它已經(jīng)分裂成大約20塊碎片，變成了一串“珍珠項(xiàng)鏈”。1994年7月16日，第一塊碎片闖入木星大氣層，接下來(lái)的一周內(nèi)，其余碎片也接踵而至。照片顯示，如原子彈蘑菇云一般的火球柱從木星的地平線上升騰而起，在撞擊發(fā)生后的10分鐘以內(nèi)，逐漸下降、擴(kuò)散開(kāi)來(lái)。撞擊造成的疤痕在木星表面滯留了好幾個(gè)月。
　　這些照片如此珍稀，已經(jīng)是價(jià)值不菲，這些連拍畫(huà)面，還對(duì)木星這顆氣態(tài)巨行星的化學(xué)構(gòu)成提出了一個(gè)有趣的問(wèn)題。在某個(gè)位置，波紋以450米/秒的速度向外擴(kuò)散。主流解釋認(rèn)為，這些波紋是重力波(gravity wave)的一種，木星大氣層中的浮力起到了回復(fù)力的作用，就像你試圖將一塊木頭強(qiáng)壓到水下，它就會(huì)上下來(lái)回振動(dòng)一樣。[譯注：這里指的并不是廣義相對(duì)論預(yù)言的引力波(gravitational wave)，而是流體力學(xué)中的重力波。當(dāng)一小團(tuán)流體物質(zhì)偏離平衡位置時(shí)，某種回復(fù)力，例如重力或浮力，就會(huì)迫使它恢復(fù)平衡，結(jié)果這團(tuán)物質(zhì)就會(huì)在平衡位置附近來(lái)回振動(dòng)，形成所謂的重力波。水面上蕩漾的波紋就是重力波最常見(jiàn)的例子。]果真如此，這些波紋的性質(zhì)就能間接表明，在這塊傳播著波紋的水云(water cloud)之中，氧和氫的比例是太陽(yáng)的10倍。根據(jù)過(guò)去一些理論提出的假設(shè)，木星是由太陽(yáng)系的原始?jí)m埃氣體盤(pán)，在引力的作用下分裂成團(tuán)，逐漸聚集而成的。如果假設(shè)正確，木星的化學(xué)構(gòu)成就該與氣體盤(pán)相同，也就應(yīng)該跟太陽(yáng)的化學(xué)成分相似。觀測(cè)與理論提出的化學(xué)成分比例，明顯有很大的差距，這個(gè)分歧至今無(wú)人能解。
　　2、太陽(yáng)系外的行星
　　2001年，美國(guó)天文學(xué)會(huì)請(qǐng)行星科學(xué)家投票表決，選出過(guò)去十年內(nèi)他們心目中最重大的發(fā)現(xiàn)。結(jié)果，在我們太陽(yáng)系以外成功檢測(cè)到其他行星的存在，成為他們的一致選擇?，F(xiàn)在，研究人員已經(jīng)找到大約180個(gè)類似的天體，其中大部分都是利用地基望遠(yuǎn)鏡，通過(guò)觀測(cè)恒星的輕微擺動(dòng)發(fā)現(xiàn)的。當(dāng)一顆行星圍繞主星旋轉(zhuǎn)時(shí)，它所施加的引力就會(huì)拉扯主星，引起這樣的擺動(dòng)。不過(guò)這些觀測(cè)所提供的信息非常有限：只提供了這顆行星運(yùn)行軌道的大小和橢率，以及這顆行星的質(zhì)量下限。
　　哈勃進(jìn)行了后續(xù)觀測(cè)，它著重觀察一些軌道平面與我們的視線方向剛好一致的行星。這些行星周期性地從主星前面經(jīng)過(guò)，遮擋一部分星光，導(dǎo)致恒星亮度下降——這類事件被稱為掩食(transit)。哈勃觀測(cè)了人們發(fā)現(xiàn)的第一顆掩食行星——恒星HD209458的同伴，為這顆行星的性質(zhì)提供了非常翔實(shí)的信息，詳細(xì)程度超過(guò)了我們?cè)谔?yáng)系外發(fā)現(xiàn)的其他任何行星。它比木星輕了30%，直徑卻大了30%，這大概是因?yàn)橹餍前l(fā)出的強(qiáng)勁輻射已經(jīng)使它變得體態(tài)臃腫。如果這顆行星擁有寬寬的光環(huán)和大塊頭衛(wèi)星，哈勃數(shù)據(jù)的精度就足以暴露它們的蹤跡；很可惜，它們并不存在。最令人印象深刻的是，哈勃已經(jīng)測(cè)得了這顆行星的化學(xué)成分。對(duì)一顆圍繞著其他恒星運(yùn)行的行星來(lái)說(shuō)，這還是破天荒頭一遭。它的大氣層中包含了鈉、碳和氧，它的氫元素?fù)]發(fā)到太空之中，形成了一條彗星狀的尾跡。這些觀測(cè)打響了在銀河系其他地方搜尋生命化學(xué)信號(hào)的第一槍。
　　3、恒星的死亡之舞
　　理論預(yù)言，質(zhì)量介于太陽(yáng)的8倍到25倍之間的恒星，會(huì)在一場(chǎng)超新星爆炸中結(jié)束自己的生命。當(dāng)這顆恒星耗盡所有可用的燃料，它就會(huì)突然失去一直支撐著自身重量的壓力。它的核心坍縮成一顆中子星—— 一個(gè)毫無(wú)生氣的超致密殘骸，外側(cè)的氣體包層則會(huì)以5%的光速拋射出去。
　　可是，要檢驗(yàn)這個(gè)理論，卻一直困難重重，因?yàn)閺?/font>1680年以來(lái)，我們的銀河系中再也沒(méi)有超新星爆發(fā)。1987年2月23日，天文學(xué)家退而求其次，找到了一個(gè)好機(jī)會(huì)：一顆超新星出現(xiàn)在銀河系的一個(gè)伴星系——大麥哲倫星云(Large Magellanic Cloud)中。當(dāng)時(shí)哈勃還沒(méi)有發(fā)射升空，不過(guò)三年之后，它就對(duì)事件的進(jìn)程展開(kāi)了追蹤。很快，哈勃就在這顆已經(jīng)爆炸的恒星周圍發(fā)現(xiàn)了一個(gè)三環(huán)系統(tǒng)。中間的亮環(huán)似乎代表了一團(tuán)沙漏狀氣體的狹窄腰部，較大的兩個(gè)亮環(huán)則是兩片淚滴狀瓣片的邊緣，這些結(jié)構(gòu)顯然是那顆恒星在爆炸之前的幾萬(wàn)年內(nèi)創(chuàng)造出來(lái)的。1994年，哈勃看見(jiàn)中央亮環(huán)上的一些光點(diǎn)開(kāi)始依次增亮——暗示超新星拋射物正在撞入亮環(huán)。對(duì)這條亮環(huán)的觀測(cè)，仍在為我們研究這顆恒星的最后時(shí)光提供有用的線索。
　　跟那些質(zhì)量較大的恒星不同，人們認(rèn)為類日恒星會(huì)以一種體面的方式了卻殘生：它們通過(guò)一種非爆炸的過(guò)程，將自己的外側(cè)氣體包層拋射出去，整個(gè)過(guò)程將持續(xù)一萬(wàn)年左右。這顆恒星將熾熱的中央核心逐漸暴露出來(lái)，它發(fā)出的輻射會(huì)使周圍被拋射出去的氣體電離，發(fā)出鮮亮的綠色(由電離氧發(fā)射)和紅色(電離氫)光芒。這個(gè)過(guò)程所產(chǎn)生的最終結(jié)果，被稱為行星狀星云(planetary nebula)，不過(guò)它跟行星其實(shí)并沒(méi)有什么關(guān)系。今天已知的行星狀星云約有2,000個(gè)。哈勃以空前的精度，揭露出它們格外復(fù)雜的形狀。
　　一些星云展示出一組形如牛眼的同心圓環(huán)。這可能意味著拋射過(guò)程并不連續(xù)，而是周期性的。奇怪的是，由此推算出來(lái)的兩段拋射期之間的時(shí)間間隔約為500年，用動(dòng)力學(xué)脈動(dòng)(dynamic pulsation)來(lái)解釋太長(zhǎng)，用熱力學(xué)脈動(dòng)(thermal pulsation)來(lái)描述又太短。(在動(dòng)力學(xué)脈動(dòng)中，恒星處于引力和氣體壓力的太極推手之中，本身會(huì)收縮和膨脹，這種脈動(dòng)的周期通常為幾百天；而在熱力學(xué)脈動(dòng)中，恒星核心附近的氫氣層經(jīng)歷了突發(fā)的熱核反應(yīng)，從而改變恒星結(jié)構(gòu)，打破了平衡狀態(tài)，這個(gè)過(guò)程通常將持續(xù)幾千年。)因此，我們還不清楚同心圓環(huán)的確切本質(zhì)。
　　4、宇宙分娩
　　很久以前，天文學(xué)家就已經(jīng)知道，噴涌而出的狹窄氣流標(biāo)明了恒星誕生的地點(diǎn)。初生的恒星能夠發(fā)射出一對(duì)準(zhǔn)直的噴流，長(zhǎng)度可達(dá)好幾光年。［譯注：所謂準(zhǔn)直，是指噴流的方向性極佳，如同激光一樣，射出很遠(yuǎn)仍然只是一個(gè)很小的光斑，而不像手電筒射出的光線，三五米開(kāi)外就已經(jīng)發(fā)散得很大。］我們還沒(méi)能完全理解它的形成過(guò)程。最有希望的假說(shuō)與大規(guī)模的磁場(chǎng)有關(guān)，它纏繞在這個(gè)年輕天體周圍的塵埃氣體盤(pán)中。經(jīng)過(guò)電離的物質(zhì)就像穿在繩子上的珠串一樣，被迫沿著磁力線流動(dòng)，隨著繩子的旋轉(zhuǎn)而被拋擲出去。哈勃已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，這些噴流確實(shí)起源于物質(zhì)盤(pán)的中心，為這種理論圖景提供了第一份直接證據(jù)。
　　原先有另一種想法認(rèn)為，這些環(huán)恒星盤(pán)(circumstellar disk)應(yīng)該會(huì)深深埋藏在形成它們的氣體云中，因而不可能看得到。這種觀點(diǎn)已經(jīng)被哈勃推翻。實(shí)際上，哈勃揭露了幾十個(gè)原行星盤(pán)(protoplanetary disk，也被稱為proplyd)的行蹤，它們大都映襯在明亮的星云背景上，形如一個(gè)個(gè)剪影。在哈勃觀測(cè)過(guò)的年輕恒星之中，至少有一半看似擁有類似的物質(zhì)盤(pán)。事實(shí)證明，形成行星所需的原料，在銀河系中是普遍存在的。
　　5、星系考古
　　天文學(xué)家認(rèn)為，較大的星系，例如銀河系和仙女座大星系(Andromeda)，是通過(guò)吞并較小的星系成長(zhǎng)起來(lái)的。這種復(fù)雜的成長(zhǎng)歷程所留下的蛛絲馬跡，應(yīng)該被記錄在恒星的排布、年齡、成分和速度之中。在破譯星系成長(zhǎng)歷史這方面，哈勃功不可沒(méi)。它對(duì)仙女座星系的恒星“暈”所做的觀測(cè)就是一例。星系暈是包裹在主星系盤(pán)周圍的稀薄的球狀結(jié)構(gòu)，由恒星和星團(tuán)構(gòu)成。天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)，在仙女座大星系的暈中，恒星的年齡千差萬(wàn)別：最古老的有110億年到135億年，最年輕的只有60億年到80億年。相比之下，年輕的恒星就像是老人院里的小孩，它們一定是從其他地方游蕩過(guò)來(lái)的：可能來(lái)源于一些更為年輕的星系(例如后來(lái)被吞并的衛(wèi)星星系)，也可能來(lái)自仙女座大星系本身一些比較年輕的區(qū)域(假如另一個(gè)星系撞過(guò)來(lái)，或者從星系盤(pán)中穿過(guò)，星系盤(pán)會(huì)被攪得天翻地覆，盤(pán)中較年輕的恒星就可能被拋入暈中)。我們銀河系的恒星暈并沒(méi)有包含大量相對(duì)年輕的恒星。因此，盡管仙女座大星系和銀河系外形相似，但哈勃的數(shù)據(jù)暗示，這兩個(gè)星系的成長(zhǎng)史迥然不同。
　　6、超大質(zhì)量黑洞
　　從20世紀(jì)60年代起，天文學(xué)家就推測(cè)出，類星體(quasar，一種看起來(lái)與恒星類似的天體，但是光譜觀測(cè)表明，它們距離我們非常遙遠(yuǎn)，因此它們本身的亮度一定比整個(gè)星系還要明亮?，F(xiàn)在的高分辨率觀測(cè)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，它們正是一些星系的核心)和其他活動(dòng)星系核(active galactic nuclei，明亮而狂暴的星系核心)是由正在吞噬物質(zhì)的巨型黑洞所驅(qū)動(dòng)的。哈勃的觀測(cè)已經(jīng)進(jìn)一步鞏固了這個(gè)理論框架。哈勃仔細(xì)觀察過(guò)的星系，幾乎每一個(gè)的中心最終都被發(fā)現(xiàn)擁有一個(gè)黑洞。這兩項(xiàng)相關(guān)的發(fā)現(xiàn)具有特別重要的意義。首先，類星體的高分辨率照片揭露了它們的藏身之處——明亮的橢圓星系或者相互作用的星系。這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)暗示，必須經(jīng)由一系列特定的事件，才能將物質(zhì)灌輸?shù)街醒牒诙粗?。其次，包裹著星系中心的核?/font>(bulge)的質(zhì)量，與巨型黑洞的質(zhì)量緊密關(guān)聯(lián)。這種關(guān)系暗示，星系與中央黑洞的形成與演化息息相關(guān)。
　　7、最劇烈的爆炸
　　伽馬射線暴(Gamma-ray burst，簡(jiǎn)稱GRB)是伽馬射線的短暫閃光，持續(xù)時(shí)間從幾毫秒到幾十分鐘不等。根據(jù)持續(xù)時(shí)間的長(zhǎng)短(以兩秒左右為界)，它們被區(qū)分成截然不同的兩類：與短伽馬暴相比，長(zhǎng)伽馬暴產(chǎn)生的光子能量更低。根據(jù)康普頓伽馬射線天文臺(tái)(Compton Gamma Ray Observatory)、“BeppoSAX”X射線衛(wèi)星和地面天文臺(tái)所做的觀測(cè)，天文學(xué)家已經(jīng)將長(zhǎng)伽馬暴的產(chǎn)生原因，歸結(jié)為短命的大質(zhì)量恒星的核心坍縮——換句話說(shuō)，長(zhǎng)伽馬暴是超新星爆發(fā)的一種。問(wèn)題是，為什么只有一小部分超新星爆發(fā)能夠產(chǎn)生伽馬暴。
　　哈勃已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，盡管超新星的爆發(fā)地點(diǎn)遍布于星系的恒星形成區(qū)域，但長(zhǎng)伽馬暴卻集中在最明亮的地方，也就是質(zhì)量最大的恒星聚居的地方。此外，與超新星的寄主星系相比，長(zhǎng)伽馬暴的寄主星系明顯更暗，更不規(guī)則，其中包含的重元素也少得多。這一點(diǎn)是非常重要的，因?yàn)榕c那些重元素富集的恒星相比，缺乏重元素的大質(zhì)量恒星所吹出的星風(fēng)(stellar wind)會(huì)更加微弱。這樣，在恒星的一生中，沒(méi)有被星風(fēng)吹走而被保留下來(lái)的質(zhì)量就會(huì)更多；當(dāng)它們死亡的時(shí)候，才會(huì)更重。這些恒星的核心坍縮，傾向于直接形成一個(gè)黑洞，而不是一顆中子星。實(shí)際上，天文學(xué)家將長(zhǎng)伽馬暴歸因于快速旋轉(zhuǎn)的黑洞所產(chǎn)生的準(zhǔn)直噴流。核心坍縮事件能否產(chǎn)生伽馬暴的決定性因素，似乎是恒星生前的質(zhì)量和自轉(zhuǎn)速率。
　　事實(shí)證明，對(duì)短伽馬暴的鑒別更加困難。直到去年，HETE 2(高能暫現(xiàn)源實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星2號(hào))和雨燕號(hào)(Swift)衛(wèi)星才最終鎖定了寥寥幾個(gè)短伽馬暴事件。哈勃和同樣在太空中運(yùn)行的錢德拉X射線天文臺(tái)(Chandra X-ray Observatory)發(fā)現(xiàn)，這些爆發(fā)釋放的總能量比長(zhǎng)伽馬暴少，而它們所處的星系類型也更加多樣，甚至還包括了早已不再誕生恒星的橢圓星系。顯然，這些短伽馬暴跟短命的大質(zhì)量恒星沒(méi)有直接的聯(lián)系，它們與恒星的殘骸有關(guān)。最合理的假說(shuō)認(rèn)為，這些短伽馬暴是在兩顆中子星并合的過(guò)程中產(chǎn)生的。、
　　8、遙遠(yuǎn)的太空邊疆
　　天文學(xué)的最終目標(biāo)之一，就是要盡可能地追溯我們星系及其前輩的演化，一直回溯到靠近宇宙大爆炸起點(diǎn)的時(shí)刻。為了讓我們能夠?qū)︺y河系過(guò)去的模樣有個(gè)概念，天文學(xué)家竭力拍攝了許多星系的照片。這些星系的年齡各不相同，囊括了從幼年到成年的各個(gè)階段。到目前為止，在其他天文臺(tái)的共同協(xié)作之下，哈勃已經(jīng)對(duì)天空中的幾塊小片區(qū)域——哈勃深場(chǎng)(Hubble Deep Fields)、哈勃超深場(chǎng)(Hubble Ultra Deep Field)和大天文臺(tái)宇宙起源深空巡天(Great Observatories origins Deep Survey)進(jìn)行了長(zhǎng)時(shí)間的曝光，將最遙遠(yuǎn)(因而也最古老)的星系帶到我們眼前。
　　這些超靈敏的圖片揭露出一些處于宇宙早期的星系。當(dāng)時(shí)宇宙的年齡僅有幾億年，大約是現(xiàn)在宇宙年齡的5%。與現(xiàn)在的星系相比，那些星系的尺寸較小，形狀更不規(guī)則。由此可見(jiàn)，今天的星系是由較小的星系聚集而成(而不是恰好相反，由較大的星系分裂而來(lái))?；厮莸礁鼮榫眠h(yuǎn)的過(guò)去，這是哈勃的繼任者——目前正在建造的詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡(James Webb Space Telescope)的主要目標(biāo)。
　　這些長(zhǎng)時(shí)間的曝光觀測(cè)，還對(duì)宇宙中恒星形成的速率進(jìn)行了追蹤。隨著宇宙年齡的增長(zhǎng)，恒星的形成也經(jīng)歷了潮起潮落。大約在70億年以前，宇宙中的恒星形成率似乎達(dá)到了頂峰，現(xiàn)在的形成率只及當(dāng)年的1/10。甚至在宇宙還相當(dāng)年輕——只有10億歲的時(shí)候，恒星的形成率就已經(jīng)不低了——大約是峰值形成率的1/3。
　　9、宇宙的年齡
　　埃德溫·哈勃(Edwin Hubble)以及其他人在20世紀(jì)20年代所做的觀測(cè)表明，我們生活在一個(gè)正在膨脹的宇宙之中。星系正以一種對(duì)稱的方式彼此飛散開(kāi)來(lái)，暗示著空間本身的結(jié)構(gòu)正在伸展。哈勃常數(shù)(Ho)是當(dāng)前宇宙膨脹速率的一個(gè)指標(biāo)，也是確定宇宙年齡的關(guān)鍵參數(shù)。原因很簡(jiǎn)單：Ho是星系之間彼此遠(yuǎn)離的速率；因此，如果不考慮任何的加速和減速，Ho的倒數(shù)就確定了一個(gè)時(shí)間，也就是當(dāng)初所有的物質(zhì)都必然聚集在一起的時(shí)刻。Ho的數(shù)值還在星系的成長(zhǎng)、輕元素的產(chǎn)生和宇宙演化階段的時(shí)間定標(biāo)方面，起到了一定的作用。因此，準(zhǔn)確地測(cè)定哈勃常數(shù)，從一開(kāi)始就成了與它同名的太空望遠(yuǎn)鏡的主要目標(biāo)之一，這也不足為奇。
　　在實(shí)際操作中，確定這個(gè)數(shù)值就意味著要測(cè)定鄰近星系的距離——這項(xiàng)以困難而著稱的任務(wù)曾在20世紀(jì)引發(fā)了一場(chǎng)異常激烈的論戰(zhàn)。哈勃太空望遠(yuǎn)鏡對(duì)31個(gè)星系之中的造父變星(Cepheid variable)進(jìn)行了權(quán)威的研究，這類恒星與眾不同的脈動(dòng)透露了它們的本征亮度，暴露出它們的距離。［譯注：造父變星是一類奇特的變星，它們的變光周期與本身的亮度之間，存在著一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。因此測(cè)得亮度變化周期(非常容易測(cè)量)，就能推算它們的亮度。再結(jié)合恒星表現(xiàn)出來(lái)的亮度，根據(jù)近亮遠(yuǎn)暗的規(guī)律，就能確定這顆恒星的距離。因此，造父變星又被稱為“量天尺”。］通過(guò)這種方法得出的Ho數(shù)值，精度達(dá)到10%左右。再加上對(duì)宇宙微波背景輻射(cosmic microwave background)的測(cè)量，哈勃常數(shù)的數(shù)值表明，宇宙的年齡為137億年。
　　10、正在加速膨脹的宇宙
　　1998年，兩個(gè)相互獨(dú)立的天文學(xué)家小組投下了一枚“重磅炸彈”：宇宙的膨脹正在加速。天文學(xué)家過(guò)去總是假設(shè)，宇宙的膨脹必定是減速的，因?yàn)樾窍禃?huì)通過(guò)引力彼此吸引，這應(yīng)該會(huì)阻礙它們的分離。驅(qū)使宇宙加速膨脹的原因，被許多人視為當(dāng)代物理學(xué)中最大的謎團(tuán)。一種還有待論證的假設(shè)認(rèn)為，宇宙中包含著一些迄今無(wú)法看到的成分——人們稱之為暗能量(dark energy)。我們將哈勃、地基望遠(yuǎn)鏡和微波背景輻射的觀測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)合在一起，結(jié)果暗示，這種暗能量占據(jù)了宇宙總能量密度的大約3/4。
　　這種加速?gòu)拇蠹s50億年前開(kāi)始，在此之前，宇宙的膨脹越來(lái)越慢。2004年，哈勃發(fā)現(xiàn)了16顆遙遠(yuǎn)的超新星，它們爆發(fā)的時(shí)間橫跨過(guò)這個(gè)重要的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。暗能量是什么樣的？這些觀測(cè)為有關(guān)這個(gè)問(wèn)題的理論，設(shè)下了更有意義的限制條件。最簡(jiǎn)單(不過(guò)，從某些方面來(lái)說(shuō)，也是最神秘)的可能性是：暗能量是空間本身所蘊(yùn)含的一種能量形式，盡管從其他角度來(lái)看，空間中可能空無(wú)一物。在搜尋遙遠(yuǎn)的超新星，圈定暗能量性質(zhì)這方面，哈勃太空望遠(yuǎn)鏡至關(guān)重要，暫時(shí)還沒(méi)有其他天文望遠(yuǎn)鏡能夠與之媲美。哈勃在暗能量探索中所起的作用，大概就是天文學(xué)家如此渴望NASA維持哈勃運(yùn)轉(zhuǎn)的最大的、也是惟一的原因。

哈勃望遠(yuǎn)鏡

一、概述
以著名天文學(xué)家哈勃命名的“哈勃”號(hào)太空望遠(yuǎn)鏡，是迄今發(fā)射上天直徑最大的望遠(yuǎn)鏡，它總長(zhǎng)１２.８米，鏡筒直徑４.２８米，主鏡直徑２.４米連外殼孔徑為３米，全重１１.５噸，是一座完整的“太空天文臺(tái)”。哈勃太空望遠(yuǎn)鏡可以獨(dú)立完成許多天文研究工作。
二、功能指標(biāo)
第一，它能夠單個(gè)地觀測(cè)星群中的任一顆星；第二，它能研究和確定宇宙的大小和起源，以及宇宙的年齡、距離標(biāo)度；第三，它能分析河外星系，確定行星部、星系間的距離；第四，它能對(duì)行星、黑洞、類星體和太陽(yáng)系進(jìn)行研究，并畫(huà)出宇宙圖和太陽(yáng)系內(nèi)各行星的氣象圖。它將使人類觀測(cè)宇宙的視野擴(kuò)大３５０倍，使人類看到宇宙中１４０億光年前發(fā)出的光。
三、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
哈勃望遠(yuǎn)鏡包括全部自動(dòng)化儀器設(shè)備，主鏡、副鏡、成像系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)，中心消光圈、主副鏡消光圈、控制操縱系統(tǒng)和圖像發(fā)送系統(tǒng)，以及兩個(gè)長(zhǎng)11.8米、寬2.3米，能提供2.4千瓦功率的太陽(yáng)電池板，兩部與地面通信的拋物面天線等。
四、主要裝備
它所攜帶的最先進(jìn)設(shè)備有6種：
寬視場(chǎng)行星照相機(jī)。它靈敏度高，觀測(cè)波段極寬，從紫外一直到紅外。不僅可觀測(cè)太陽(yáng)系行星，還可對(duì)銀河系和河外星系進(jìn)行觀測(cè)，且照片清晰度非常高。
暗弱天體照相機(jī)。它是兩個(gè)既獨(dú)立又相似的完整天體和探測(cè)系統(tǒng)，可探測(cè)到暗至23——29等的星體。
暗弱天體攝譜儀。它可對(duì)從紫外到近紅外波段的輻射進(jìn)行光譜分析，又可測(cè)算它們的偏震。
高分辨率攝譜儀。它能對(duì)紫外波段進(jìn)行分光觀測(cè)，能觀察更暗弱、更遙遠(yuǎn)的天體。
高速光度計(jì)。它可在可見(jiàn)光波段和紫外波段范圍內(nèi)對(duì)天體作精確測(cè)量，可確定恒星目標(biāo)的光度標(biāo)準(zhǔn)，又進(jìn)一步識(shí)別過(guò)去人們觀測(cè)到的天體情況。
精密制導(dǎo)遙感器。共有3臺(tái)，分別用于望遠(yuǎn)鏡定向系統(tǒng)和天體位置精密測(cè)量定位。
五、使用狀況和取得的成果
自發(fā)射到目前，已經(jīng)過(guò)去了11年。期間，還于1993、1997、1999、2002年四次對(duì)它進(jìn)行了修理和儀器更換。“哈勃”望遠(yuǎn)鏡在投入天文觀測(cè)后，得天獨(dú)厚，獲得了一些重大發(fā)現(xiàn)，令科學(xué)家們激動(dòng)不已。它的最初目的是通過(guò)對(duì)中子星、脈沖星、類星體和黑洞的觀測(cè)，深入研究宇宙的起源、結(jié)構(gòu)、組成和演化等難題。1991年，“哈勃”望遠(yuǎn)鏡成功地觀測(cè)到距離地球17萬(wàn)光年的大麥哲倫星云旗魚(yú)座的第三個(gè)輪形星云；成功地拍攝了超新星1987A的清晰照片；它重新量度了大麥哲倫星云的距離為169000±5%光年，而在此以前，誤差高達(dá)±30%以上。1992年初，美國(guó)天文學(xué)家托德·勞爾在亞特蘭大的一次會(huì)議上根據(jù)“哈勃”太空望遠(yuǎn)鏡發(fā)回的資料，公布了一項(xiàng)十分驚人的大發(fā)現(xiàn)：首次在銀河系臨近M87的星系中央，確認(rèn)存在一個(gè)巨大的黑洞。這是迄今為止證明黑洞存在的最直接證據(jù)。1992年4月，“哈勃”望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)了一顆最亮的恒星，其溫度比太陽(yáng)高33倍。1992年5月，它發(fā)現(xiàn)宇宙中最古老的星系有新星形成。
“哈勃”望遠(yuǎn)鏡取得了豐碩的科學(xué)成果。全世界20多個(gè)國(guó)家有2000多名科學(xué)家利用它進(jìn)行了10余萬(wàn)多次科學(xué)觀測(cè)，并在分析的基礎(chǔ)上撰寫(xiě)了數(shù)千篇論文。它取得的主要成就有：一、增進(jìn)了人類對(duì)宇宙年齡和大小的了解；二、證明某些星系中央存在超高質(zhì)量的黑洞；三、觀察了數(shù)千個(gè)星系和星系團(tuán)，探測(cè)到了宇宙誕生早期的“原始星系”，使科學(xué)家有可能跟蹤研究宇宙發(fā)展的歷史；四、對(duì)神秘的類星體和其存在的環(huán)境進(jìn)行了深入觀測(cè)；五、更深入揭示了恒星的不同形成過(guò)程；六、對(duì)宇宙誕生早期恒星形成過(guò)程中重元素的組成進(jìn)行了研究；七、揭示了已死亡的恒星周圍氣體殼的復(fù)雜組成；八、對(duì)獵戶座星云中年輕恒星周圍的塵埃環(huán)進(jìn)行了觀測(cè)，揭示出銀河系中存在其他行星系統(tǒng)；九、對(duì)蘇梅克彗星與木星相撞進(jìn)行了詳細(xì)觀測(cè)；十、對(duì)火星等行星的氣候情況進(jìn)行了觀測(cè)；十一、發(fā)現(xiàn)木星的兩顆衛(wèi)星大氣層中存在氧。
歷史上，很少有望遠(yuǎn)鏡能夠像哈博望遠(yuǎn)鏡這樣，對(duì)天文學(xué)研究產(chǎn)生如此深遠(yuǎn)的影響。不過(guò)，哈勃所起的作用并非大多數(shù)人想象的那樣，基本上，它沒(méi)有作出過(guò)任何一項(xiàng)發(fā)現(xiàn)——因?yàn)?，所有成就都不是由它?dú)立完成的。地基天文臺(tái)的觀測(cè)常常會(huì)發(fā)現(xiàn)一些蛛絲馬跡，但受到自身觀測(cè)能力的限制，得出的結(jié)果往往不能讓人放心。通過(guò)觀測(cè)，哈勃就會(huì)對(duì)結(jié)果作出比較確定的判斷。通過(guò)與其他天文臺(tái)的合作，哈勃已經(jīng)為宇宙描繪了一幅多彩的畫(huà)卷。它迫使理論學(xué)家重新審視那些粗枝大葉的理論，建立新的理論，把那些天文現(xiàn)象解釋得更加精確。簡(jiǎn)而言之，哈勃的影響之所以如此深遠(yuǎn)，并不是因?yàn)樗挥谄渌O(shè)備和技術(shù)之上，而是因?yàn)楣c它們密切結(jié)合，成了一個(gè)整體。
　　2006年4月，這架望遠(yuǎn)鏡度過(guò)了它在太空中的第16個(gè)周年紀(jì)念日。哈勃不僅為天文學(xué)家提供了前所未有的細(xì)節(jié)，還讓全世界的人在家中也能一睹宇宙的奇景。不過(guò)，最近針對(duì)它未來(lái)命運(yùn)的爭(zhēng)論，卻讓這些成就蒙上了一層陰影。在美國(guó)國(guó)家航空航天局(NASA)奮力恢復(fù)航天飛機(jī)飛行的同時(shí)，哈勃的處境也在持續(xù)惡化；除非宇航員飛抵那里，對(duì)它進(jìn)行整修，不然這架望遠(yuǎn)鏡可能會(huì)在2008年中期便早早結(jié)束它的工作生涯。這個(gè)緊要關(guān)口日益臨近，促使我回頭審視哈勃的，也是天文學(xué)過(guò)去的十五年。對(duì)許多研究人員而言，這十五年也是他們研究領(lǐng)域的黃金時(shí)代。

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哈勃望遠(yuǎn)鏡的十大貢獻(xiàn)