看這些圖:哈勃望遠(yuǎn)鏡，揭示宇宙過(guò)去與現(xiàn)在的美
在這個(gè)特別的專(zhuān)題中，我們邀請(qǐng)了頂尖的天文學(xué)家來(lái)親自挑選跟他們最有科學(xué)相關(guān)性的哈勃太空望遠(yuǎn)鏡圖片。他們選擇的這些圖片并不總是那些在互聯(lián)網(wǎng)上無(wú)數(shù)的“最佳”畫(huà)廊里出現(xiàn)的彩色壯麗剪影，而是側(cè)重他們展現(xiàn)的科學(xué)視角所產(chǎn)生的影響。
坦妮婭山，維多利亞博物館
我一直最喜歡的天體是獵戶座星云，一種美麗的周?chē)臍怏w云正在積極形成恒星的星云。當(dāng)我第一次通過(guò)一個(gè)小望遠(yuǎn)鏡看到星云時(shí)，我還是一個(gè)高中生，當(dāng)我能手動(dòng)將望遠(yuǎn)鏡調(diào)整指向正確方向，在一陣尋找之后，最終在天空找到星云的位置時(shí)，它給了我一種成就感。（那個(gè)望遠(yuǎn)鏡并沒(méi)有一個(gè)自動(dòng)“直接定位”的按鈕）
當(dāng)然，在很久以前的那個(gè)夜晚我看到的是一團(tuán)黑白分明的稀薄氣體云。哈勃所做的一件奇妙的事情就是揭示宇宙的顏色。這張獵戶座星云的照片，是我們最好的機(jī)會(huì)去想象如果我們能去那里近距離觀察星云，它會(huì)是什么樣子。
許多哈勃的圖片已經(jīng)成為了標(biāo)志性的，對(duì)于我而言，樂(lè)趣就是看到這漂亮的圖像以將科學(xué)與藝術(shù)結(jié)合在一起的方式來(lái)吸引公眾。在我辦公室的入口處，有這幅圖像巨大的一個(gè)復(fù)制品，貼在4米寬2.5米高的墻上。我可以告訴你，這是開(kāi)始每一個(gè)工作日的好方法。
邁克爾.布朗 莫納什大學(xué)
1994年7月，蘇梅克-列維9號(hào)彗星碎片與木星撞擊，是天文學(xué)家們首次提前發(fā)出行星碰撞的警告。世界上許多望遠(yuǎn)鏡，包括修復(fù)的哈勃望遠(yuǎn)鏡，都把目光投向了這顆巨大的行星。
彗星墜毀也是我在天文觀測(cè)方面的第一次專(zhuān)業(yè)經(jīng)歷。在斯特羅姆落山一個(gè)寒冷的圓頂上，我們希望看到木星的衛(wèi)星反射彗星碎片撞擊木星遠(yuǎn)端的光線。不巧的是，我們沒(méi)有看到來(lái)自木星衛(wèi)星的閃光。
但是，哈勃望遠(yuǎn)鏡卻得到了一個(gè)令人驚奇和意想不到的畫(huà)面。撞擊木星的遠(yuǎn)側(cè)產(chǎn)生了羽狀物，這些羽狀物升到木星云層的遠(yuǎn)上方，以至于他們短暫的進(jìn)入了地球的可視范圍。
木星繞著它的軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，巨大的黑色傷疤進(jìn)入了視野。每個(gè)傷痕都是彗星碎片撞擊的結(jié)果，有些疤痕的直徑比我們的月球還大。對(duì)于全球的天文學(xué)家來(lái)說(shuō)，這是一個(gè)非常另人瞠目結(jié)舌的景象。
威廉.庫(kù)思，愛(ài)荷華大學(xué)
哈勃高級(jí)觀測(cè)攝像機(jī)
4月21日，第111天，2013年，13：47：42（世界時(shí)）圖a
4月22日，第112天，2013年，08：34：54（世界時(shí)）圖b
這組照片顯示出了2013年土星北極出現(xiàn)的壯觀的紫外極光。這兩張照片拍攝相隔僅18小時(shí)，但顯示出極光亮度和形狀的變化。我們使用這些圖像來(lái)更好地了解太陽(yáng)風(fēng)對(duì)極光的影響有多大。
我們使用哈勃望遠(yuǎn)鏡的圖片，就像我的天文學(xué)家同事們獲得的這些照片，來(lái)監(jiān)測(cè)極光，同時(shí)使用在土星周?chē)能壍郎系目ㄎ髂崽?hào)宇宙飛船，觀測(cè)與光相關(guān)的無(wú)線電發(fā)射。我們能夠確定極光的亮度與較高的射電強(qiáng)度有關(guān)。
因此，我可以利用卡西尼號(hào)的連續(xù)無(wú)線電觀測(cè)來(lái)告訴我極光是否活躍，即使我們并不總是有圖像可看。這涵蓋著許多卡西尼號(hào)研究人員和地球天文學(xué)家的努力。
約翰.克拉克，波士頓大學(xué)
這張木星北極光的遠(yuǎn)紫外圖像顯示了哈勃科學(xué)儀器能力的穩(wěn)步提高。太空望遠(yuǎn)鏡成像光譜儀（STIS）的圖像首次顯示了我們剛剛開(kāi)始了解的極光輻射的全部范圍。
早期的廣域和行星照相機(jī)2（WFPC2)顯示木星的極光發(fā)射隨行星旋轉(zhuǎn)，而不是與太陽(yáng)的方向固定，因此木星的行為不像地球。
我們知道有極光來(lái)自于從木衛(wèi)一沿磁場(chǎng)流向木星的兆安電流，但我們不確定這會(huì)與其他衛(wèi)星一起發(fā)生。雖然有許多木星與太空望遠(yuǎn)鏡成像光譜儀STIS一起拍攝的紫外線圖像，但我喜歡這張，因?yàn)樗宄仫@示了木星的衛(wèi)星IO（木衛(wèi)一），Europa（木衛(wèi)二），Ganymede（木衛(wèi)三）的磁足跡所發(fā)出的極光。木衛(wèi)一的輻射也清楚地顯示了極光幕的高度。對(duì)我而言它看起來(lái)是三維的。
弗雷德.沃森，澳大利亞天文臺(tái)
（圖上左側(cè)文字:冥王星面)
仔細(xì)看看這些矮行星冥王星的圖像，它們顯示了哈勃能力極限的細(xì)節(jié)，再過(guò)幾天，它們就過(guò)時(shí)了，沒(méi)人會(huì)再看它們了。
為什么呢？因?yàn)樵谖逶鲁?，隨著“新視野”號(hào)飛船接近7月14日的交會(huì)時(shí)間，它將與冥王星保持足夠的距離，以便它們的相機(jī)能夠顯示出更好的細(xì)節(jié)。
然而， 這一系列可以追溯到21世紀(jì)初的圖片，給了行星科學(xué)家迄今為止最好的領(lǐng)悟，這些斑駁的顏色揭示了冥王星表面化學(xué)成分的微妙變化。例如，中心圖像中突出的黃色區(qū)域有過(guò)多的冷凍一氧化碳。為什么會(huì)這樣還是未知的。
鑒于冥王星的直徑只有月球的2/3，但卻比月球遠(yuǎn)了幾乎1.3萬(wàn)倍，因此哈勃的圖片更加引人注目。
克里斯.廷尼，新南威爾士大學(xué)
我曾經(jīng)把我妻子帶到辦公室向她自豪地展示了在英澳望遠(yuǎn)鏡（Anglo-Australian Telescope ）上用一臺(tái)（當(dāng)時(shí)的）新的和（當(dāng)時(shí)的）最先進(jìn)的8192*8192像素成像儀進(jìn)行的一些成像觀測(cè)的結(jié)果。這些圖片太大了，他們需要被打印在多張A4紙上，然后粘在一起，形成了一個(gè)覆蓋整面墻的巨大的星團(tuán)黑白地圖。
當(dāng)她看了一眼說(shuō)“像霉菌”時(shí)，我崩潰了。
這說(shuō)明最好的科學(xué)并不總是最漂亮的。
我選擇的哈勃最棒的圖像時(shí)2012年的另一張也“看起來(lái)像霉菌”的照片，但是在圖像的中心隱藏著一個(gè)明顯不起眼的模糊點(diǎn)。然而，它代表了對(duì)后來(lái)發(fā)現(xiàn)的褐矮星最冷例子的確認(rèn)探測(cè)。距離太陽(yáng)不到10秒差距（32.6光年）的物體，其溫度約為350開(kāi)爾文（77攝氏度），比一杯茶還涼。
至今，它仍然是我們?cè)谔?yáng)系外發(fā)現(xiàn)的最冷的致密物體之一。
盧卡斯.麥克瑞，德克薩斯州農(nóng)工大學(xué)
2004年，我是一個(gè)團(tuán)隊(duì)的一員，該團(tuán)隊(duì)使用在哈勃望遠(yuǎn)鏡上安裝的先進(jìn)測(cè)量相機(jī)（ACS），在45天內(nèi)12次分別觀測(cè)了附近一個(gè)漩渦星系（梅西埃106）的一個(gè)小區(qū)域。這些觀測(cè)使我們能夠發(fā)現(xiàn)超過(guò)200個(gè)造父變星變量，這對(duì)于測(cè)量到星系的距離并最終確定宇宙的膨脹率（適當(dāng)?shù)孛麨楣?shù)）非常有用。
這種方法需要對(duì)造父變星的亮度進(jìn)行適當(dāng)?shù)男?zhǔn)，這可以在梅西埃106中完成，這要?dú)w功于對(duì)這個(gè)星系的距離（2480萬(wàn)光年，誤差3%）非常精確的估計(jì)，該估計(jì)是通過(guò)對(duì)圍繞其中心的巨大黑洞（不包括在圖像中）運(yùn)行的水云的無(wú)線電觀測(cè)獲得的。
幾年后我參與了另外一個(gè)項(xiàng)目，該項(xiàng)目將這些觀測(cè)值作為穩(wěn)健宇宙距離階梯的第一步，并在總不確定度為3%的情況下確定了哈勃常數(shù)的值。
霍華德.邦德，賓夕法尼亞州立大學(xué)
其中最令我興奮的一張照片-盡管它從未成名-是我們奇怪的爆炸性恒星V838單核星周?chē)牡谝淮喂饣夭?。它的爆發(fā)是在2002年1月被發(fā)現(xiàn)的，大約一個(gè)月后，它的光回波被發(fā)現(xiàn)，都來(lái)自小型地面望遠(yuǎn)鏡。
盡管爆炸產(chǎn)生的光直達(dá)地球，但它也會(huì)向側(cè)面射出，從附近的塵埃中反射出來(lái)，然后到達(dá)地球，產(chǎn)生“回聲”。
宇航員號(hào)在2002年3月為哈勃望遠(yuǎn)鏡提供了服務(wù)，安裝了新的高級(jí)測(cè)量相機(jī)。4月，我們是第一批使用ACS進(jìn)行科學(xué)觀測(cè)的。
我總喜歡思索美國(guó)宇航局怎么知道V838發(fā)出的光是從20000光年以外的地方射向我們的，并及時(shí)安裝了ACS。這張照片，即使只有一種顏色，也令人驚嘆。在接下來(lái)的十年里，我們獲得了更多哈勃望遠(yuǎn)鏡對(duì)回聲的觀測(cè)，它們是最壯觀的，也是最著名的，但我始終記得當(dāng)我看到第一個(gè)回波時(shí)我的震撼。
菲利普.卡雷特， 愛(ài)荷華大學(xué)
星系孕育了恒星。一些恒星塌縮成黑洞結(jié)束了它們“正常的”生命，在那之后，新的生命隨著被氣體驅(qū)動(dòng)的強(qiáng)大的X光線發(fā)射器吸附的伴星開(kāi)始。
為了更好的理解黑洞X射線雙星與恒星形成之間的關(guān)系，我獲得了這張美杜莎星系的哈勃圖像（紅色）。美杜莎的驚人外觀之所以出現(xiàn)，是因?yàn)樗莾蓚€(gè)星系之間的碰撞-“毛發(fā)”是一個(gè)星系因另一個(gè)星系的引力而被撕裂的殘留物。錢(qián)德拉X射線天文臺(tái)的圖片中藍(lán)色顯示的是X射線。藍(lán)色的點(diǎn)是黑洞雙星。
較早的工作表明，X射線雙星的數(shù)量與宿主星系形成恒星的速率成正比。這些美杜莎圖像讓我們得以證明，即使在星系碰撞的過(guò)程中，這種關(guān)系也是成立的。
邁克.艾克利奧斯，賓夕法尼亞州立大學(xué)
一些哈勃圖像顯示了相互作用和合并的星系，比如天線（NGC 4038和NGC4039），老鼠（NGC 4676），車(chē)輪星系（ESO 350-40), 還有許多沒(méi)有昵稱的星系。
這些是星系演化中常見(jiàn)的暴力事件的壯觀例子。這些圖像跟我們提供了關(guān)于這些相互作用過(guò)程中的精妙細(xì)節(jié)：星系的扭曲，氣體向中心的輸送，以及恒星的形成。
當(dāng)我向公眾解釋我自己的研究背景時(shí)，我發(fā)現(xiàn)這些圖像非常有用，這些星系中心的超大質(zhì)量黑洞吸積氣體?？臻g望遠(yuǎn)鏡科學(xué)研究所（STScl)的弗蘭克.薩摩斯制作了一段非常簡(jiǎn)潔實(shí)用的視頻，展示了我們用這些圖像與星系碰撞模型進(jìn)行對(duì)比而學(xué)到的知識(shí)。
邁克爾.德林克沃特， 昆士蘭大學(xué)
我們最好的計(jì)算機(jī)模擬告訴我們，星系是通過(guò)相互碰撞和融合而成長(zhǎng)的。同樣，理論也告訴我們，當(dāng)兩個(gè)螺旋星臂碰撞時(shí)，它們應(yīng)該形成一個(gè)大橢圓星系。但事實(shí)上看到它發(fā)生完全是另一回事。
這張美麗的哈勃圖像捕捉到了一次星系碰撞。這不僅告訴我們，我們的預(yù)測(cè)是好的，還讓我們可以開(kāi)始計(jì)算細(xì)節(jié)，因?yàn)槲覀儸F(xiàn)在可以看到實(shí)際發(fā)生了什么。
當(dāng)氣體云碰撞時(shí)會(huì)觸發(fā)新恒星形成的焰火，當(dāng)旋臂分裂時(shí)會(huì)發(fā)生巨大的扭曲。我們還有很長(zhǎng)的路要走，才能完全理解大星系是如何形成的，但是像這樣的圖像正在指明方向。
羅伯特.索利亞，國(guó)際射電天文學(xué)研究中心-科廷大學(xué)
這是由M87星系核的超大質(zhì)量黑洞（處女座星團(tuán)中的最大星系，距我們5500萬(wàn)光年）驅(qū)動(dòng)的準(zhǔn)直噴射流的最高分辨率視圖。
噴流從圍繞黑洞的熱等離子體區(qū)射出（左上角），我們可以看到它在6000光年的距離內(nèi)穿過(guò)銀河系。在這個(gè)驚人的圖像中，射流的白色/紫色光由圍繞磁場(chǎng)線旋轉(zhuǎn)的電子流以大約98%光速的速度產(chǎn)生。
理解黑洞的能量收支是天體物理學(xué)中一個(gè)富有挑戰(zhàn)性和吸引力的問(wèn)題。當(dāng)氣體落入黑洞時(shí)，大量的能量以可見(jiàn)光、X射線和幾乎以光速運(yùn)動(dòng)的電子和正電子噴流的形式釋放出來(lái)。利用哈勃望遠(yuǎn)鏡，我們可以測(cè)量黑洞的大?。ū任覀冦y河系的中心黑洞大一千倍）、其噴流的能量和速度，以及使它準(zhǔn)直的磁場(chǎng)的結(jié)構(gòu)。
基恩.卡爾通，賓夕法尼亞州立大學(xué)
當(dāng)我的哈勃太空望遠(yuǎn)鏡提議在1998年被接受時(shí)，這是我一生中最激動(dòng)的事情之一。想象一下，對(duì)于我來(lái)說(shuō)，望遠(yuǎn)鏡將捕捉到斯蒂芬五重星系，一組令人驚嘆的緊湊星群！
在接下來(lái)的10億年里，斯蒂芬五重星系將在彼此引力的指引下，繼續(xù)它們宏偉的舞蹈。最終，他們將合并，改變它們的形式，并最終成為一個(gè)整體。
自那以后，我們已經(jīng)用哈勃望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)到了其他幾個(gè)緊湊的星系群，但斯蒂芬五重奏將永遠(yuǎn)是特別的，因?yàn)樗臍怏w已經(jīng)從星系中釋放出來(lái)，并在星系間恒星形成的劇烈爆發(fā)中被點(diǎn)亮。當(dāng)我們建造哈勃望遠(yuǎn)鏡，并且推動(dòng)我們的思維從宇宙中窺見(jiàn)這些信號(hào)的意義的時(shí)候，活著是多么美好的事情啊。感謝所有制造和維護(hù)哈勃望遠(yuǎn)鏡的英雄。
杰拉德.劉易斯， 悉尼大學(xué)
當(dāng)哈勃望遠(yuǎn)鏡于1990年發(fā)射時(shí)，我正攻讀引力透鏡效應(yīng)的博士，引力透鏡是一種質(zhì)量在光在宇宙中傳播時(shí)彎曲其路徑的行為。
哈勃拍攝的阿貝爾2218（Abell 2218）大質(zhì)量星系團(tuán)的圖像，將引力透鏡效應(yīng)帶入了清晰的焦點(diǎn)，揭示了星系團(tuán)中存在大量的暗物質(zhì)-將數(shù)百個(gè)星系團(tuán)捆綁在一起的物質(zhì)-是如何將遠(yuǎn)距離的光源放大數(shù)倍的。
當(dāng)你深入觀察圖像時(shí)，這些高度放大的圖像就像細(xì)長(zhǎng)的條紋一樣清晰可見(jiàn)，這些扭曲的小星系通常是不可能被探測(cè)到的。
它讓你停下來(lái)想一想，這些引力透鏡，就像天然望遠(yuǎn)鏡一樣，利用不可見(jiàn)物質(zhì)的引力來(lái)揭示我們通常看不見(jiàn)的宇宙驚人細(xì)節(jié)！
瑞秋.韋伯斯特，墨爾本大學(xué)
引力透鏡效應(yīng)是質(zhì)量對(duì)宇宙時(shí)空形狀影響的一種非凡表現(xiàn)。本質(zhì)上，有質(zhì)量的地方，空間是彎曲的，所以在遠(yuǎn)處看到的物體，在這些質(zhì)量結(jié)構(gòu)之外，它們的圖像是扭曲的。
這有點(diǎn)像海市蜃樓，事實(shí)上，法國(guó)人用這個(gè)詞來(lái)形容這種效果。在哈勃望遠(yuǎn)鏡的早期，一幅巨大星系團(tuán)的透鏡效應(yīng)的圖像出現(xiàn)了：微小的背景星系被拉伸和扭曲，但卻像雙手一樣擁抱著星系團(tuán)。
我驚呆了。這是對(duì)這臺(tái)運(yùn)行在遠(yuǎn)高于地球大氣層的望遠(yuǎn)鏡非凡分辨率的贊頌。從地面上看，這些非常微弱的銀河光會(huì)被抹掉，與背景噪音無(wú)法區(qū)分。
我在三年級(jí)天體物理學(xué)課的班上，探索了哈勃望遠(yuǎn)鏡拍攝的100張最佳照片。他們對(duì)氣體云非同尋常但真實(shí)的色彩印象最深。然而，我不能通過(guò)一幅圖像來(lái)展示質(zhì)量對(duì)我們宇宙結(jié)構(gòu)的影響。
金維川，德州農(nóng)工大學(xué)
在廣義相對(duì)論中，愛(ài)因斯坦假設(shè)物質(zhì)可以改變時(shí)空并使其彎曲。一個(gè)有趣的結(jié)果是，宇宙中非常大的物體會(huì)放大來(lái)自遙遠(yuǎn)星系的光，本質(zhì)上成為宇宙望遠(yuǎn)鏡。
有了哈勃望遠(yuǎn)鏡，我們現(xiàn)在可以利用這種強(qiáng)大的能力及時(shí)回望，尋找第一星系。
這張哈勃圖片顯示了一個(gè)星系群，它有足夠的質(zhì)量將來(lái)自遙遠(yuǎn)星系的光彎曲成明亮的弧形。我研究生時(shí)第一個(gè)項(xiàng)目是研究這些非凡的物體，今天我仍然用哈勃來(lái)探索跨越宇宙時(shí)間的星系的本質(zhì)。
艾倫.達(dá)菲，斯威本科技大學(xué)
在 人眼看來(lái)，這幅圖像中的夜空是完全空無(wú)一物的。旋臂上不若一粒米厚的微小區(qū)域。哈勃望遠(yuǎn)鏡指向這個(gè)區(qū)域整整12天，讓光線照射到探測(cè)器上，慢慢地，一個(gè)接一個(gè)地，星系出現(xiàn)了，直到整個(gè)圖像充滿了10000個(gè)星系，一直延伸到整個(gè)宇宙。
最遙遠(yuǎn)的是幾百億光年之外的小紅點(diǎn)，時(shí)間可以追溯到大爆炸后幾億年。這幅圖像的科學(xué)價(jià)值是巨大的。它革新了我們關(guān)于早期星系如何形成以及它們?nèi)绾慰焖俪砷L(zhǎng)的理論。我們宇宙的歷史，以及豐富多樣的星系形狀和大小，都包含在一張圖像中。
于我而言，真正使這幅畫(huà)與眾不同的是它讓我們得以一窺我們可見(jiàn)的宇宙規(guī)模。這么小的一個(gè)區(qū)域里有這么多星系意味著整個(gè)夜空中有10億個(gè)星系。一個(gè)完整的星系對(duì)應(yīng)我們銀河系中的每一顆恒星！
詹姆斯.布洛克，加州大學(xué)歐文分校
這就是哈勃望遠(yuǎn)鏡的一切。一個(gè)單一的令人敬畏的視角可以揭示我們的宇宙：它遙遠(yuǎn)的過(guò)去，它不斷發(fā)展的集會(huì)，甚至是把它聯(lián)系在一起的基本物理定律。
我們正透過(guò)星系團(tuán)的中心窺視。這些發(fā)光的白球是巨大的星系，它們主宰著星系團(tuán)的中心。仔細(xì)觀察，你會(huì)發(fā)現(xiàn)漫射的白光碎片從它們身上被撕下來(lái)！這個(gè)星團(tuán)就像一個(gè)重力攪拌器，將許多單個(gè)星系攪拌成一團(tuán)星云。
但星團(tuán)本身只是宇宙故事的第一章?？吹侥切┑{(lán)色的環(huán)和弧了嗎？這些是其他遙遠(yuǎn)星系的扭曲圖像。
星系團(tuán)巨大的引力導(dǎo)致它周?chē)臅r(shí)空扭曲。當(dāng)來(lái)自遙遠(yuǎn)星系的光線經(jīng)過(guò)時(shí)，它被迫彎曲成奇怪的形狀，像一個(gè)扭曲的放大鏡可以扭曲和照亮我們看到的微弱的蠟燭。運(yùn)用我們對(duì)愛(ài)因斯坦廣義相對(duì)論的理解，將星團(tuán)用作引力望遠(yuǎn)鏡，讓我們比以往任何時(shí)候都能看得更遠(yuǎn)、更暗。我們正在回顧遙遠(yuǎn)的過(guò)去，看到130多億年前的星系！
作為一個(gè)理論家，我想要了解星系的整個(gè)生命周期-它們是如何誕生的（小的，藍(lán)色的，充滿了新的恒星），它們是如何成長(zhǎng)的，最終是如何消亡的（大的，紅色的，隨著古老恒星的光芒而褪色）。哈勃可以使我們能夠把這些階段聯(lián)系起來(lái)。這張圖片里最暗最遙遠(yuǎn)的星系注定會(huì)變成怪物星系，就像前景中那些泛著白光的星系一樣。我們?cè)谝环鶋邀惖漠?huà)面中看到了遙遠(yuǎn)的過(guò)去和現(xiàn)在。
參考資料
1.WJ百科全書(shū)
2.天文學(xué)名詞
3. 雪狼普雅- inverse
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參考資料
1.WJ百科全書(shū)
2.天文學(xué)名詞
3.原文來(lái)自：https://www.inverse.com/article/49870-hubble-space-telescope-images-astronomy-day
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