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“哈勃”眼中的宇宙
（2008年04月12日 20:07）
來源︰中國國家天文
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□作者: 蔣世仰
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文/蔣世仰
“哈勃”空間望遠鏡是美國宇航局建造的在大氣層之外的地球軌道上運行的2.4米天文望遠鏡，觀測波段覆蓋了從近紅外到可見光再到紫外。1978 年開始研制，1989年完成，1990年4月25日升空，耗資約30億美元。但由于主鏡光學系統存在嚴重的球差(一種光學像差)，不得不在1993年12 月2日由航天飛機上的宇航員進行太空行走，實施了規模浩大的維修工作。維修的效果非常好，觀測精度達到甚至超過了原設計目標。其角分辨率比地面的大型望遠鏡高出幾十倍: 始終優于0.1角秒, 極限情況達到0.01角秒。V波段達28等的極限星等也遠遠高于所有的大型地基望遠鏡。
哈勃望遠鏡觀測過的天體數量成千上萬，涉及各種尺度和距離的不同天體。許多選題來自地面望遠鏡觀測結果中的線索和存疑，因此“哈勃”已經成就了大量新發現，實現了大量對以前存疑的肯定或否定，或者給原有的粗疏理論提供了新的細節樣本和新啟示，從而幫助理論學者細化理論而增進理論的可信度。所以，哈勃望遠鏡對于當代天文和天體物理的貢獻是劃時代的，內容極其豐富，很難在一篇短文中詳盡描述。下面摘要介紹一些最具影響的新發現和新成果。
宇宙加速膨脹和暗能量自1920年代美國天文學家哈勃根據觀測到的星系紅移推論出宇宙正在膨脹，天文學家們就在重復測定哈勃常數。利用哈勃望遠鏡對更加遙遠的星系的再次測量發現，距離越遠，哈勃常數越小。這表明，現在的宇宙相對于過去的宇宙在加速膨脹。原因何在呢？推論認為宇宙中70%的物質應當是一種能夠產生斥力的負能量。由于我們既不知道它是什麼也不知道它在什麼地方，所以就叫它暗能量。于是在宇宙學中誕生了一個新的熱門的課題︰暗能量研究。回過頭來看，在哈勃推出宇宙膨脹理論之後，愛因斯坦後悔加上、自認為錯誤的廣義相對論“宇宙常數”又有了新意和存在的合理性。科學家們一方面正花費巨資尋找暗能量，又希望將宏觀的引力理論和微觀的量子理論統一起來解決遇到的新難題。不過也有人用時間衰老來解釋所謂的加速膨脹推論。
哈勃常數和宇宙年齡 利用哈勃望遠鏡在更大距離上重復測量哈勃常數，用造父變星和Ia型超新星作為標準燭光定標得出它的平均值應當是(65+/-5)千米/秒/百萬秒差距。因此在宇宙大爆炸膨脹推論下的宇宙年齡是(155+/-12)億年。這是迄今最為權威的數據。
暗物質引力透鏡哈勃望遠鏡大視場圖像發現了尺度達到260萬光年的暗物質環產生的引力透鏡場景。暗物質是根據觀測推論出來的又一種宇宙物質。它應當佔到總物質的26%。它不發光，但是產生引力效應。我們還無法直接觀測到它究竟是些什麼，但是我們根據它們的引力透鏡效應察覺到了它有趣的存在。
哈勃望遠鏡觀測目標SDSSJ0946+1006引力透鏡系統的照片呈現出一組十分罕見的"雙愛因斯坦環"。愛因斯坦環通常發生在前方大質量星系將後方同心軸星系的輻射彎曲。當這兩個星系完全位于同心軸線時，將在最前方星系上呈現出一個圓環狀發亮區。暗物質在愛因斯坦環中的作用可以清楚地判斷出來。
類星體的家園和超大質量黑洞地面觀測表明類星體或許是遙遠星系的活動核心，里面可能存在著超大質量黑洞。利用哈勃望遠鏡紫外區極高的角分辨率和極限星等，十分確切的肯定了這個觀點。而且還證明其中很大一部分是相互作用星系。這對于解釋中心超大質量黑洞的激活很有幫助︰高分辨率圖像清楚地顯示出環繞中心的塵埃氣體環面，吸積下落的物質提供了能量的來源。還觀測到了地面望遠鏡發現的高紅移類星體吸收體在低紅移區的對應吸收體，並證認為較近距離的星系。同時肯定了低紅移萊曼阿爾法森林譜線的密度比簡單地由高紅移觀測外推求得的要高的猜想。哈勃望遠鏡的觀測還表明，早期的星系的尺度更小，形狀更不規整。統計表明高紅移星系中包含更多的不規則星系和多成分系統。他們的彼此踫撞和融合可能形成了後來的大而規整的星系。還發現，星系的恆星產生率隨紅移而不同。隨著星系的紅移變大，那里的恆星形成率就增高，對紅移等于1.25的星系其恆星產生率達到極大，然後保持恆定直到星系紅移等于5。
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