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哈勃25年:改变宇宙认知的10张图片

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今年是哈勃望远镜升空25年周年,为了展现哈勃在25年来在宇宙探索领域所做出的贡献,《科学美国人》西班牙版从哈勃拍摄的宇宙图景中,精选了9张绝美的图片。有些图片极其罕见,比如投影在木星表面上的多个卫星的影子;有些颠覆了我们对宇宙的认知,比如红超巨星的尘埃云展现的神奇光回波现象;还有的呈现出了史诗般辽阔宏伟的场景,比如创生之柱船底座星云

对哈勃的维护工作可直接在轨道上进行,目前已展开了5 次维修和升级任务,都是宇航员搭载航天飞机上太空执行的。最近一次维护是2009年5 月,宇航员搭乘“亚特兰蒂斯”号(Atlantis)航天飞机到达哈勃望远镜所在的位置,为其安装新的仪器,更替旧的陀螺仪和电池组。这次维护不仅全方位提高了哈勃望远镜的观测性能,而且还延长了它的服役期。

我们常常可以看到木星(Jupiter)的4 个大型卫星经过木星前方,但很少能在木星表面上看见它们的影子。同一时间在木星表面上看到多个卫星的影子,则更是极其罕见。幸运的是,在2015年1 月24 日,就出现了一次这样的情形。木卫四(Calisto)和木卫一(Io)刚好经过木星前方,它们和木卫二(Europe)的影子(见左图,木卫二自己没有出现在图片中)就像在木星的云层上留下的模糊污点。视力好的人还可以在木星表面看见较小的木卫五(Amaltea)和木卫十四(Tebe),以及它们的影子。

每隔14 或15 年,从地球上正好可以看到土星环的侧面。土星(Saturn)的卫星大都和土星环处于同一平面,这种排列方式,使我们可以同时看到土星的卫星和卫星投射到土星表面的影子。2009年2 月24 日,4 颗卫星经过土星前方时,哈勃捕捉到了它们的影像。其中最大的土卫六(Titan)的影子投射到了土星的北极附近;而它附近的土卫一(Mimas),一颗小得多的卫星,则将它的小影子落在了土星赤道附近的云层上。此外,在图片上还可以看到土卫四(Dione)和土卫二(Enceladus)。尽管拍摄这张照片时土星距离地球12.5亿千米,但是哈勃却可以分辨出土星表面尺度仅有300 千米的影像细节。

由于火星体积较小,天文学家要想观察到它,可得费一些力气:图中下方那个小圆点是与上一张照片中的土星按同样比例缩小的火星。尽管如此,哈勃还是可以分辨出火星表面16 千米尺度的细节。在这张2001 6 26 日拍摄的照片中,就可以清楚地看到冰晶组成的白色云层和橙色的沙尘暴。

有时候,只看影像会导致我们误判。比如,如果我们将红超巨星麒麟座V838 2002 5 月至2004 10 月的照片进行对比,可以看到,在恒星本身——图中红色核心——膨胀的同时,它周围的尘埃云似乎也在扩散,而实际情况是,这只是光回波”(light echo) 效应造成的一种错觉。尘埃云本身没有膨胀,只是恒星发出的光芒被尘埃云所反射,形成光回波,在地面观察者看来似乎是发生了膨胀。也就是说,由于光传播速度有限,我们只能看到周围的尘埃云从里到外依次被这颗恒星照亮,而不是一下全部照亮,所以看上去就好像是尘埃云在膨胀(以上各图均为同尺度)。

NGC 2207(左边)和IC 2163(右边)是位于大犬座(Canis Major)内的一对旋涡星系,它们就像是一对宇宙的舞者——已经在宇宙的大舞台上表演了数十亿年。在万有引力的作用下,规模较小的那个星系发生了严重的变形,星系中被撕扯出来的气体和恒星,向右延伸了大约10 万光年。在遥远的未来,这两个星系将会融合成一体。

 

IC 418 位于天兔座(Lepus),看起来就像一颗闪耀着光芒的宝石。尽管被称作行星状星云(planetary nebula),但是这些星云跟行星形成没有任何关系:当类似太阳的恒星走到了生命的尽头,抛掉外层的气体,就会形成这样的星云。虽然不使用专业望远镜也可以观察到IC 418,但是这张哈勃拍摄的伪色照片(照片中的颜色代表不同波长的辐射,但不是真实颜色),揭示出了它的细微形态结构,让它又获得了一个绰号,叫做万花尺星云(Espirografo nebula)。

 

Arp 148 得名于它在著名天文学家霍尔顿·阿普(Halton Arp)编撰的《特殊星系图集》(catalog of peculiar galaxies compiled )中的编号——148。它是一对正在发生碰撞的星系,位于大熊座内,距离地球5亿光年。碰撞的结果是这个由环状星系和一段尾巴组合成的新天体——两个星系撞击时产生的激波把物质抛射出来,让它们呈环状分布。因为恒星的个头与它们之间巨大的间隔相比实在微不足道,所以在这次宇宙灾变中,恒星都是毫发无伤的,只是运动的轨迹发生了改变。


右上角这张照片拍摄于1995 年,也是哈勃拍摄的照片中被使用得最多的一张,常常出现在海报、T 恤和屏保上。创生之柱拍摄的是鹰状星云[Eagle NebulaM16,位于巨蛇座(Serpen),距离地球6 500 光年] 中心由星际气体和尘埃组成的柱状结构。这3 根长度为4 光年的柱子是一团巨大的分子云的残留物。这团分子云是一个恒星制造厂,年轻恒星诞生后,产生的星风和紫外辐射让原来的气体云瓦解,将气体成了这个形状,就好像是岩层风化后留下的石柱一样。20 年后,哈勃再次拍摄了同一区域。最新的拍摄技术让“创生之柱”的图像分辨率更高,对比更鲜明。新照片为我们研究星云的形成提供了更加丰富的细节。图片中不同的颜色源于不同波段的多重曝光。


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