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哈勃太空望远镜30年来给我们的3大启示

宇宙就在那里,且始终在那里,等待我们的发现和探索。


哈勃太空望远镜


1990年4月24日,哈勃太空望远镜升空进入低地球轨道,至今已有30年的历史。在这30年内,共经历了4次大的改变,包括缺陷纠正,维修,更换设备以及安装新仪器。虽然哈勃已经服役30年,人类空间技术早已今非昔比,但它仍是人类历史上最伟大的太空天文台。

回望哈勃的无数发现,不得不感叹它彻底改变了我们对宇宙的认识,从我们的太阳系到迄今为止观察到的最遥远的宇宙深空。然而,哈勃将我们的双眼带入太空,将宇宙拉到我们的面前,比这些具体的发现更有意义的是它给我们带来了三大启示,以推动我们使用这一设备来增进对宇宙的基础了解。


光从遥远的星系中发出,已经在宇宙中穿梭了107.7亿年


一、只要有可能,就以前所未有的方式去看待。

这是建造和运行哈勃天文台的基本动力。在地球表面,天文学家们别无选择的与大气层抗衡。大气层对可见光透明,但会过滤掉其他波段的光线,这无疑会造成在进行宇宙观察时的细节缺失。

虽然在这三十年中,自适应光学技术取得了巨大的进步,即使于哈勃的2.4米主镜相比,地面望远镜都大的多,然而,哈勃望远镜具有许多独特的适用范围,它可以以更高的精度和深度以及更广的波段范围来观察宇宙。


这些图像就是哈勃对同一星系发出的不同波段光进行成像的结果


哈勃与其他天文台相比,在许多方面实现了其自身价值,它的特长主要一下几点:

· 有史以来最高分辨率的紫外线观测,包括前所未有的紫外线光谱,这是地面天文台因大气层原因而无法实现的。

· 无需任何自适应系统或软件处理即可分辨小至0.05弧秒或1/72000度的物理的能力。

· 红外波长达到将近2000纳米,或者是人眼可以看到的最长波长光的三倍。

· 由于太空的低噪音环境,它还可以执行长时间曝光天文学的能力,从而实现深场观察。

哈勃30年来不断突破,一个个新发现不断刷新记录。更大的波长范围,更宽的视野,更高的分辨率都可以使以前的知识黯然失色。三十年来,哈勃用一下重大发现给我们揭示宇宙真理:

· 冥王星的四个新卫星。

· 第一个直接成像的系外行星。

· 围绕新诞生恒星的数十个原行星盘。

· 以数百新超新星揭示宇宙的膨胀历史。

· 有史以来最遥远的星系。

哈勃在人类天文学发展中做出了巨大的贡献,现在它还不老,还可以继续服役,但科学的进步和技术的更新,人们计划以詹姆斯·韦伯太空望远镜,WFIRST和一系列新提案来迈出探索宇宙的下一步。


哈勃在猎户座星云中拍摄的30个原行星盘


二、始终遵循证据。这是所有科学领域中最易被忽视的课程之一,尤其是在哈勃太空望远镜身上。我们可以通过建造哈勃的科学目的来发现这一点。哈勃的命名并非纪念埃德温·哈勃,而是为了测量哈勃常数。

望远镜的设计具有执行这些测量的能力,可以观察到星系的许多不同特性,同时确定它们的亮度,大小,红移以及众多其他特性。经过10年的运作,科学家们发布了哈勃太空望远镜关键项目的结果,成功地确定了宇宙膨胀的速度。


哈勃关键项目图形结果,揭示了宇宙膨胀率为72,上下浮动10%。


但在整个过程中,哈勃给了我们很多意外惊喜。它有助于确定宇宙不仅在膨胀,而且在加速膨胀,且提供了至今为止宇宙加速膨胀的最佳测量数据。通过哈勃,我们还发现了星系的生长和演化,发现了恒星死亡的细节,甚至发现了宇宙的年龄。哈勃带给我们大量星系,同时带来具有重要科学价值的引力透镜图像。

在哈勃之前,我们对于宇宙运行现象已经有了诸多理论证据以及模型,然而,当将哈勃的观测数据加入我们的理论中或者宇宙运转模型中时,所涉及到的大多情况都需要修改,可以说是从细微的修改到彻底的天文知识梳理。

在哈勃的设计之初就牢记特定的科学目标,但最终它却探索到了未知的宇宙角落,帮助打开了科学家从未想过的宇宙未知领域的神秘大门。它带来新的观察结果,新的数据,最终甚至协助科学家推导出新的结论,从而推动科学的发展。

三、多数人认可的理论并不能确定就是真理。错误是任何科学进步的最重要组成部分之一。每一个流行的理论,都可以做出现象预测,这些预测转化为观察性或实验性测试。当测试获得结果时,从未想到的新的问题可能又会随之出现,可能性包括:

· 它们至少在误差范围内与理论的预测相符;

· 它们在很大程度上与理论预测不一致;

· 它们与许多可能的替代方案保持一致,同时排除其他替代方案;

· 或者也许他们完全偏离了共识的思路,指出了需要新的方向或新的考虑因素。


恒星的归宿,向红巨星演变。50亿年后的太阳或许便是上图的样子


有两种方法很诱人,但在科学上都是可疑的,甚至是危险的。一种是假设主导理论是正确的,然后抛弃异常数据,直到结果符合预期。另一个方法是完全依赖数据,而不考虑其他任何问题,并根据获得的新颖结果得出一个推测性的甚至是奇妙的结论。

但是,负责任的行为是尽可能不负责任地分析新数据,就像不知道结果所暗示的那样,然后根据全部可用数据得出结论:所有新数据加上其他研究人员收集的所有其他数据,包括来自补充方法的数据。只有将所有相关信息综合在一起,我们才有希望实现将理论与现实的一致。

在哈勃之前,我们不知道宇宙的膨胀速度,不知道它的年龄;我们不知道恒星和星系是什么时候形成的,最早的星系是什么样的,或者恒星诞生和死亡的细节又是什么样子的。我们甚至都不知道太阳系中是否还有我们之外的行星。

30年后的今天,我们有了所有这些问题的答案,这在很大程度上要归功于这一天文观测台所做的科学贡献。由于将宇宙边界推到新的深度总是会导致需要解释新的现象,从而出现新的问题。在这方面,宇宙边界确实是无止境的。愿我们始终保持足够的好奇心,以探索和解决宇宙摆在我们面前的所有谜团。

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