科学研究史上的一项技术奇迹之哈勃望远镜


科学研究史上的一项技术奇迹之哈勃望远镜

自1990年4月24日哈勃太空望远镜升空的30年来,哈勃望远镜的观测发现无论从行星学或是到宇宙学几乎都让所有天文学研究领域经历了一场革命。迄今为止,这架望远镜共拍摄了3万多幅天体照片以及超过57万幅的其他照片。帮助天文学家解决了许多天文学上的疑难问题,使得人类对天文学有了更多的深入了解。

科学研究史上的一项技术奇迹之哈勃望远镜

哈勃望远镜的重大发现

1.宇宙的年龄

在哈勃望远镜发射升空前,天文学家一直用确定宇宙膨胀率的方式测定宇宙年龄。膨胀率这个值被称之为“哈勃常数”。由于哈勃常数具有很高的不确定性,天文学家最后计算出的宇宙年龄并不精确。哈勃望远镜的其中一项重任就是帮助天文学家测定宇宙的准确年龄。哈勃望远镜通过计算数十颗被称之为“造父变星”的脉动变星亮度,帮助天文学家完成了测定宇宙年龄的目标。由于脉动变星的亮度是太阳的1000倍。在得出它们的亮度之后,天文学家又计算出这些恒星与地球之间的距离。通过这种研究以及其他相关分析,天文学家确定了更为精确的哈勃常数以及宇宙年龄,宇宙年龄应该在137.5亿年左右。

科学研究史上的一项技术奇迹之哈勃望远镜

2.暗能量与宇宙加速

天文学家通过哈勃望远镜观测爆炸恒星发出的光线,发现了暗能量。这种能量充斥着宇宙各个角落。暗能量是一种神秘的能量形态,能够产生与引力相反的排斥力。此外,哈勃望远镜还发现了能够证明暗能量数十亿年来一直与引力“拔河”的证据。在暗能量的影响下,星系之间不断提高速度彼此远离对方,进而让宇宙不断加速膨胀。暗能量在宇宙能量中的比重占到70%左右,但对于这种神秘能量,天文学家几乎一所所知。希望以后能够在揭示暗能量本质的道路上再向前迈进一步。

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3.星系处于不断成长状态

通过哈勃望远镜对外层空间的不断观测,表明宇宙在很久以前就已经发生了变化,这一发现证明,星系随着时间流逝会通过与其他星系合并的方式生长,最终成长为我们现在所看到的巨大星系。借助于包括“哈勃深场”和“哈勃超深场”在内的一系列独特观测设备,天文学家发现大的星系是在漫长的岁月变迁中由体积更小的星系碰撞合并后形成,而且每个星系的形状也不规则。

通过哈勃望远镜对星系稠密的中心区域进行探测,提供出了几乎所有超大星系中心地带都含有超大质量黑洞的决定性证据。由于黑洞的引力巨大,以致能吞噬所有靠近的物质。这些诡异的现象由于无法直接观测,天文学家也无法给出光线究竟能不能逃出黑洞的魔爪,但能证明宇宙中存在着超大质量的黑洞。

哈勃望远镜对三十多个星系的研究表明,星系和黑洞之间是存在密切的联系。研究发现,黑洞质量大小取决于其寄主星系核球的质量。核球越大,黑洞的质量也越大。这种亲密关系意味着,黑洞可能随其寄主星系的演变,以隐藏于那些星系核心内的气体和恒星为食。

科学研究史上的一项技术奇迹之哈勃望远镜

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4.探寻超远距离的行星

哈勃空望远镜通过深入观测整个银河系外,发现了18万颗恒星以及16个绕各类恒星轨道运转的潜在外星体。其中五个代表新的极端类型的行星—“超短周期行星”,这些行星绕其恒星公转的时间却不到一个地球日。天文学家发现,一颗已知系外行星的大气中含有钠、氧、氢、碳等化学元素,由于表面温度太高不适于生命存在。只能测量出生命的基本条件和化学构成。哈勃望远镜还拍摄到了一颗位于25光年外南鱼座的恒星Fomalhaut。这颗恒星周围由约346亿公里的巨大盘状碎片围绕着,使得天文学家对系外的恒星有了进一步了解。

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5.暗物质的存在

暗物质是一种肉眼看不见的物质,占据了宇宙总质量的大部分,构成了宇宙的基本结构。虽然天文学家看不到这种暗物质,不过,通过观测暗物质的引力,结合引力透镜技术(弯曲和放大更遥远天体所发出的光线)。研究了50万个遥远星系的照片绘制出暗物质的三维图,提供出了主要以星系存在的正常物质聚集于最稠密暗物质区域的最佳证据。揭示了宇 宙是一个由暗物质构成的松散网络。

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哈勃望远镜简介

以著名天文学家哈勃命名的“哈勃”号太空望远镜,是迄今发射上天直径最大的望远镜,它总长12.8米,镜筒直径4.28米,主镜直径2.4米连外壳孔径为3米,全重11.5吨,是一座完整的太空天文台。为人类了解太空完成许多天文研究工作。它能够单个地观测星群中的任一一颗星并能确定宇宙的大小与起源。它能分析河外星系确定行星系间的距离,并能对行星、黑洞、类星体和太阳系进行研究,并且能画出宇宙图和太阳系内各行星的气象图。它将使人类观测宇宙的视野扩大350倍。使人类看到宇宙中140亿光年前发出的光。

科学研究史上的一项技术奇迹之哈勃望远镜

主要设备

它所携带的最先进设备有6种:宽视场行星照相机。它灵敏度高,观测波段极宽,可以使用紫外和红外线观测太阳系行星,还可对银河系和河外星系进行观测,并且照片清晰度非常高。

暗弱天体照相机。它是两个既独立又相似的完整天体和探测系统,可探测到暗至23—29等的星体。

暗弱天体摄谱仪。它可对从紫外到近红外波段的辐射进行光谱分析,又可以测算它们的偏震。

高分辨率摄谱仪。它能对紫外波段进行分光观测,能观察更暗弱、更遥远的天体。

高速光度计。它可在可见光波段和紫外波段范围内对天体作精确测量,可确定恒星目标的光度标准。

精密制导遥感器。共有3台,分别用于望远镜定向系统和天体位置精密测量与定位。

纪录片《哈勃三十年:揭示宇宙奇观》

本文参加【科学V计划】,内容为作者原创。

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