哈勃
太空
望远镜,是
人类天文观测史上的一道分水岭 。自从哈勃
太空
望远镜升空,我们就见识到了数千年来都不曾看到过的
宇宙 。
【著名的哈勃太空望远镜是什么天文望远镜】在此之前,人类能够观测到的宇宙范围只有70亿
光年 。而哈勃通过无与伦比的观测能力,将人类的视野扩展到130亿
光年以外 。在哈勃之前,人类看到的宇宙图片,还都是黑白
照片;而哈勃通过它的相机、光谱仪、多波长滤光片和地面望远镜所不具备的高稳定性,向我们展示了五彩缤纷的宇宙 。
哈勃太空望远镜的贡献,远不止这些 。今天,咱们来盘点一下哈勃太空望远镜的5大重要发现 。
宇宙的年龄
由于光速是有限的,所以宇宙天体发出的光需要经过漫长的岁月才能抵达
地球 。人类
发明了一种独特的距离单位——光年,用光在真空中传播一年走过的距离来定义 。这个完美的定义方式告诉我们:一颗天体距离我们有多少光年,我们看到的它们的模样就是多少年前的样子 。
在哈勃太空望远镜升空之前,我们对于宇宙形成的
时间有着极大的不确定性 。而哈勃望远镜,给了我们答案 。
大约在100年前,
美国
天文学家埃德温·哈勃(哈勃望远镜就是以他的名字来命名)利用加州威尔逊山的100英寸望远镜,证明了
银河系以外的
星系存在 。他还告诉我们:宇宙正在膨胀,越远的
星系远离我们的速度就越快 。
通过反演我们推测,宇宙的诞生本来就是一次大爆炸,从一个奇点爆炸后不断膨胀,形成了今天的宇宙 。而遥远星系的距离和退行速度,可以告诉我们宇宙的年龄到底是多少 。
(图片说明:哈勃太空望远镜拍摄的M100星系照片,右侧的是天文学家Wendy Freedman等人发现的其中三颗造父变星,借此确定了它和我们的距离,从而确定宇宙的年龄)
计算遥远星系的距离有多种,比如造父变星的方法、Ia型超新星的方法、或者是通过红移值来计算 。这里有很多数据是地基望远镜所无法触及的,而哈勃太空望远镜给了我们这样的机会 。
天文学家利用哈勃太空望远镜进行了大量的观测,并且辅以地基望远镜的一些数据,最终得出结论:宇宙形成于大约138亿年前,误差在3%以内 。
宇宙膨胀速度
知道宇宙是怎么来的,我们就想知道宇宙是怎么没的 。未来宇宙会发展成什么样?它有着怎样的归宿呢?这一切的一切,都取决于它以多快的速度进行膨胀,以及膨胀的趋势 。如果宇宙在加速膨胀,那么宇宙可能最终归于沉寂;如果宇宙在减速膨胀,那么未来可能会重新收缩回一个奇点 。
(图片说明:天文学家Adam Riess利用哈勃太空望远镜找到了已知最遥远的Ia型超新星,左下角的图片是上面图片的特写,右下角是对比图 。对比后显示这颗Ia型超新星清晰可见,证明宇宙的膨胀经历过减速,但是在暗能量的作用下又开始加速膨胀)
20世纪90年代末,由Saul Perlmutter和Brian Schmidt领导的两个研究小组进行了一场友好但紧张的“竞赛”,他们的竞赛内容就是通过刚才提到的Ia型超新星确定天体的距离,从而判断宇宙是以怎样的速度和趋势进行膨胀 。如果Ia型超新星比理论值更亮一些,那就证明宇宙的膨胀速度是在变慢的 。
不过,正如他们在使用地面望远镜时发现的结果,遥远星系中的Ia型超新星比预期的要暗淡得多,这意味着它们比预期的更远 。结论很明显:我们的宇宙正处于加速膨胀的状态 。
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