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哈勃太空望远镜:天文学家分享17张最佳太空照片

看这些图:哈勃望远镜,揭示宇宙过去与现在的美

哈勃太空望远镜:天文学家分享17张最佳太空照片

在这个特别的专题中,我们邀请了顶尖的天文学家来亲自挑选跟他们最有科学相关性的哈勃太空望远镜图片。他们选择的这些图片并不总是那些在互联网上无数的“最佳”画廊里出现的彩色壮丽剪影,而是侧重他们展现的科学视角所产生的影响。

坦妮娅山,维多利亚博物馆

哈勃太空望远镜:天文学家分享17张最佳太空照片

我一直最喜欢的天体是猎户座星云,一种美丽的周围的气体云正在积极形成恒星的星云。当我第一次通过一个小望远镜看到星云时,我还是一个高中生,当我能手动将望远镜调整指向正确方向,在一阵寻找之后,最终在天空找到星云的位置时,它给了我一种成就感。(那个望远镜并没有一个自动“直接定位”的按钮)

当然,在很久以前的那个夜晚我看到的是一团黑白分明的稀薄气体云。哈勃所做的一件奇妙的事情就是揭示宇宙的颜色。这张猎户座星云的照片,是我们最好的机会去想象如果我们能去那里近距离观察星云,它会是什么样子。

许多哈勃的图片已经成为了标志性的,对于我而言,乐趣就是看到这漂亮的图像以将科学与艺术结合在一起的方式来吸引公众。在我办公室的入口处,有这幅图像巨大的一个复制品,贴在4米宽2.5米高的墙上。我可以告诉你,这是开始每一个工作日的好方法。

迈克尔.布朗 莫纳什大学

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1994年7月,苏梅克-列维9号彗星碎片与木星撞击,是天文学家们首次提前发出行星碰撞的警告。世界上许多望远镜,包括修复的哈勃望远镜,都把目光投向了这颗巨大的行星。

彗星坠毁也是我在天文观测方面的第一次专业经历。在斯特罗姆落山一个寒冷的圆顶上,我们希望看到木星的卫星反射彗星碎片撞击木星远端的光线。不巧的是,我们没有看到来自木星卫星的闪光。

但是,哈勃望远镜却得到了一个令人惊奇和意想不到的画面。撞击木星的远侧产生了羽状物,这些羽状物升到木星云层的远上方,以至于他们短暂的进入了地球的可视范围。

木星绕着它的轴旋转时,巨大的黑色伤疤进入了视野。每个伤痕都是彗星碎片撞击的结果,有些疤痕的直径比我们的月球还大。对于全球的天文学家来说,这是一个非常另人瞠目结舌的景象。

威廉.库思,爱荷华大学

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哈勃高级观测摄像机

4月21日,第111天,2013年,13:47:42(世界时)图a

4月22日,第112天,2013年,08:34:54(世界时)图b

这组照片显示出了2013年土星北极出现的壮观的紫外极光。这两张照片拍摄相隔仅18小时,但显示出极光亮度和形状的变化。我们使用这些图像来更好地了解太阳风对极光的影响有多大。

我们使用哈勃望远镜的图片,就像我的天文学家同事们获得的这些照片,来监测极光,同时使用在土星周围的轨道上的卡西尼号宇宙飞船,观测与光相关的无线电发射。我们能够确定极光的亮度与较高的射电强度有关。

因此,我可以利用卡西尼号的连续无线电观测来告诉我极光是否活跃,即使我们并不总是有图像可看。这涵盖着许多卡西尼号研究人员和地球天文学家的努力。

约翰.克拉克,波士顿大学

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这张木星北极光的远紫外图像显示了哈勃科学仪器能力的稳步提高。太空望远镜成像光谱仪(STIS)的图像首次显示了我们刚刚开始了解的极光辐射的全部范围。

早期的广域和行星照相机2(WFPC2)显示木星的极光发射随行星旋转,而不是与太阳的方向固定,因此木星的行为不像地球。

我们知道有极光来自于从木卫一沿磁场流向木星的兆安电流,但我们不确定这会与其他卫星一起发生。虽然有许多木星与太空望远镜成像光谱仪STIS一起拍摄的紫外线图像,但我喜欢这张,因为它清楚地显示了木星的卫星IO(木卫一),Europa(木卫二),Ganymede(木卫三)的磁足迹所发出的极光。木卫一的辐射也清楚地显示了极光幕的高度。对我而言它看起来是三维的。

弗雷德.沃森,澳大利亚天文台

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(图上左侧文字:冥王星面)

仔细看看这些矮行星冥王星的图像,它们显示了哈勃能力极限的细节,再过几天,它们就过时了,没人会再看它们了。

为什么呢?因为在五月初,随着“新视野”号飞船接近7月14日的交会时间,它将与冥王星保持足够的距离,以便它们的相机能够显示出更好的细节。

然而, 这一系列可以追溯到21世纪初的图片,给了行星科学家迄今为止最好的领悟,这些斑驳的颜色揭示了冥王星表面化学成分的微妙变化。例如,中心图像中突出的黄色区域有过多的冷冻一氧化碳。为什么会这样还是未知的。

鉴于冥王星的直径只有月球的2/3,但却比月球远了几乎1.3万倍,因此哈勃的图片更加引人注目。

克里斯.廷尼,新南威尔士大学

哈勃太空望远镜:天文学家分享17张最佳太空照片

我曾经把我妻子带到办公室向她自豪地展示了在英澳望远镜(Anglo-Australian Telescope )上用一台(当时的)新的和(当时的)最先进的8192*8192像素成像仪进行的一些成像观测的结果。这些图片太大了,他们需要被打印在多张A4纸上,然后粘在一起,形成了一个覆盖整面墙的巨大的星团黑白地图。

当她看了一眼说“像霉菌”时,我崩溃了。

这说明最好的科学并不总是最漂亮的。

我选择的哈勃最棒的图像时2012年的另一张也“看起来像霉菌”的照片,但是在图像的中心隐藏着一个明显不起眼的模糊点。然而,它代表了对后来发现的褐矮星最冷例子的确认探测。距离太阳不到10秒差距(32.6光年)的物体,其温度约为350开尔文(77摄氏度),比一杯茶还凉。

至今,它仍然是我们在太阳系外发现的最冷的致密物体之一。

卢卡斯.麦克瑞,德克萨斯州农工大学

哈勃太空望远镜:天文学家分享17张最佳太空照片

2004年,我是一个团队的一员,该团队使用在哈勃望远镜上安装的先进测量相机(ACS),在45天内12次分别观测了附近一个漩涡星系(梅西埃106)的一个小区域。这些观测使我们能够发现超过200个造父变星变量,这对于测量到星系的距离并最终确定宇宙的膨胀率(适当地命名为哈勃常数)非常有用。

这种方法需要对造父变星的亮度进行适当的校准,这可以在梅西埃106中完成,这要归功于对这个星系的距离(2480万光年,误差3%)非常精确的估计,该估计是通过对围绕其中心的巨大黑洞(不包括在图像中)运行的水云的无线电观测获得的。

几年后我参与了另外一个项目,该项目将这些观测值作为稳健宇宙距离阶梯的第一步,并在总不确定度为3%的情况下确定了哈勃常数的值。

霍华德.邦德,宾夕法尼亚州立大学

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其中最令我兴奋的一张照片-尽管它从未成名-是我们奇怪的爆炸性恒星V838单核星周围的第一次光回波。它的爆发是在2002年1月被发现的,大约一个月后,它的光回波被发现,都来自小型地面望远镜。

尽管爆炸产生的光直达地球,但它也会向侧面射出,从附近的尘埃中反射出来,然后到达地球,产生“回声”。

宇航员号在2002年3月为哈勃望远镜提供了服务,安装了新的高级测量相机。4月,我们是第一批使用ACS进行科学观测的。

我总喜欢思索美国宇航局怎么知道V838发出的光是从20000光年以外的地方射向我们的,并及时安装了ACS。这张照片,即使只有一种颜色,也令人惊叹。在接下来的十年里,我们获得了更多哈勃望远镜对回声的观测,它们是最壮观的,也是最著名的,但我始终记得当我看到第一个回波时我的震撼。

菲利普.卡雷特, 爱荷华大学

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星系孕育了恒星。一些恒星塌缩成黑洞结束了它们“正常的”生命,在那之后,新的生命随着被气体驱动的强大的X光线发射器吸附的伴星开始。

为了更好的理解黑洞X射线双星与恒星形成之间的关系,我获得了这张美杜莎星系的哈勃图像(红色)。美杜莎的惊人外观之所以出现,是因为它是两个星系之间的碰撞-“毛发”是一个星系因另一个星系的引力而被撕裂的残留物。钱德拉X射线天文台的图片中蓝色显示的是X射线。蓝色的点是黑洞双星。

较早的工作表明,X射线双星的数量与宿主星系形成恒星的速率成正比。这些美杜莎图像让我们得以证明,即使在星系碰撞的过程中,这种关系也是成立的。

迈克.艾克利奥斯,宾夕法尼亚州立大学

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一些哈勃图像显示了相互作用和合并的星系,比如天线(NGC 4038和NGC4039),老鼠(NGC 4676),车轮星系(ESO 350-40), 还有许多没有昵称的星系。

这些是星系演化中常见的暴力事件的壮观例子。这些图像跟我们提供了关于这些相互作用过程中的精妙细节:星系的扭曲,气体向中心的输送,以及恒星的形成。

当我向公众解释我自己的研究背景时,我发现这些图像非常有用,这些星系中心的超大质量黑洞吸积气体。空间望远镜科学研究所(STScl)的弗兰克.萨摩斯制作了一段非常简洁实用的视频,展示了我们用这些图像与星系碰撞模型进行对比而学到的知识。

迈克尔.德林克沃特, 昆士兰大学

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我们最好的计算机模拟告诉我们,星系是通过相互碰撞和融合而成长的。同样,理论也告诉我们,当两个螺旋星臂碰撞时,它们应该形成一个大椭圆星系。但事实上看到它发生完全是另一回事。

这张美丽的哈勃图像捕捉到了一次星系碰撞。这不仅告诉我们,我们的预测是好的,还让我们可以开始计算细节,因为我们现在可以看到实际发生了什么。

当气体云碰撞时会触发新恒星形成的焰火,当旋臂分裂时会发生巨大的扭曲。我们还有很长的路要走,才能完全理解大星系是如何形成的,但是像这样的图像正在指明方向。

罗伯特.索利亚,国际射电天文学研究中心-科廷大学

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这是由M87星系核的超大质量黑洞(处女座星团中的最大星系,距我们5500万光年)驱动的准直喷射流的最高分辨率视图。

喷流从围绕黑洞的热等离子体区射出(左上角),我们可以看到它在6000光年的距离内穿过银河系。在这个惊人的图像中,射流的白色/紫色光由围绕磁场线旋转的电子流以大约98%光速的速度产生。

理解黑洞的能量收支是天体物理学中一个富有挑战性和吸引力的问题。当气体落入黑洞时,大量的能量以可见光、X射线和几乎以光速运动的电子和正电子喷流的形式释放出来。利用哈勃望远镜,我们可以测量黑洞的大小(比我们银河系的中心黑洞大一千倍)、其喷流的能量和速度,以及使它准直的磁场的结构。

基恩.卡尔通,宾夕法尼亚州立大学

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当我的哈勃太空望远镜提议在1998年被接受时,这是我一生中最激动的事情之一。想象一下,对于我来说,望远镜将捕捉到斯蒂芬五重星系,一组令人惊叹的紧凑星群!

在接下来的10亿年里,斯蒂芬五重星系将在彼此引力的指引下,继续它们宏伟的舞蹈。最终,他们将合并,改变它们的形式,并最终成为一个整体。

自那以后,我们已经用哈勃望远镜观测到了其他几个紧凑的星系群,但斯蒂芬五重奏将永远是特别的,因为它的气体已经从星系中释放出来,并在星系间恒星形成的剧烈爆发中被点亮。当我们建造哈勃望远镜,并且推动我们的思维从宇宙中窥见这些信号的意义的时候,活着是多么美好的事情啊。感谢所有制造和维护哈勃望远镜的英雄。

杰拉德.刘易斯, 悉尼大学

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当哈勃望远镜于1990年发射时,我正攻读引力透镜效应的博士,引力透镜是一种质量在光在宇宙中传播时弯曲其路径的行为。

哈勃拍摄的阿贝尔2218(Abell 2218)大质量星系团的图像,将引力透镜效应带入了清晰的焦点,揭示了星系团中存在大量的暗物质-将数百个星系团捆绑在一起的物质-是如何将远距离的光源放大数倍的。

当你深入观察图像时,这些高度放大的图像就像细长的条纹一样清晰可见,这些扭曲的小星系通常是不可能被探测到的。

它让你停下来想一想,这些引力透镜,就像天然望远镜一样,利用不可见物质的引力来揭示我们通常看不见的宇宙惊人细节!

瑞秋.韦伯斯特,墨尔本大学

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引力透镜效应是质量对宇宙时空形状影响的一种非凡表现。本质上,有质量的地方,空间是弯曲的,所以在远处看到的物体,在这些质量结构之外,它们的图像是扭曲的。

这有点像海市蜃楼,事实上,法国人用这个词来形容这种效果。在哈勃望远镜的早期,一幅巨大星系团的透镜效应的图像出现了:微小的背景星系被拉伸和扭曲,但却像双手一样拥抱着星系团。

我惊呆了。这是对这台运行在远高于地球大气层的望远镜非凡分辨率的赞颂。从地面上看,这些非常微弱的银河光会被抹掉,与背景噪音无法区分。

我在三年级天体物理学课的班上,探索了哈勃望远镜拍摄的100张最佳照片。他们对气体云非同寻常但真实的色彩印象最深。然而,我不能通过一幅图像来展示质量对我们宇宙结构的影响。

金维川,德州农工大学

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在广义相对论中,爱因斯坦假设物质可以改变时空并使其弯曲。一个有趣的结果是,宇宙中非常大的物体会放大来自遥远星系的光,本质上成为宇宙望远镜。

有了哈勃望远镜,我们现在可以利用这种强大的能力及时回望,寻找第一星系。

这张哈勃图片显示了一个星系群,它有足够的质量将来自遥远星系的光弯曲成明亮的弧形。我研究生时第一个项目是研究这些非凡的物体,今天我仍然用哈勃来探索跨越宇宙时间的星系的本质。

艾伦.达菲,斯威本科技大学

哈勃太空望远镜:天文学家分享17张最佳太空照片

在 人眼看来,这幅图像中的夜空是完全空无一物的。旋臂上不若一粒米厚的微小区域。哈勃望远镜指向这个区域整整12天,让光线照射到探测器上,慢慢地,一个接一个地,星系出现了,直到整个图像充满了10000个星系,一直延伸到整个宇宙。

最遥远的是几百亿光年之外的小红点,时间可以追溯到大爆炸后几亿年。这幅图像的科学价值是巨大的。它革新了我们关于早期星系如何形成以及它们如何快速成长的理论。我们宇宙的历史,以及丰富多样的星系形状和大小,都包含在一张图像中。

于我而言,真正使这幅画与众不同的是它让我们得以一窥我们可见的宇宙规模。这么小的一个区域里有这么多星系意味着整个夜空中有10亿个星系。一个完整的星系对应我们银河系中的每一颗恒星!

詹姆斯.布洛克,加州大学欧文分校

哈勃太空望远镜:天文学家分享17张最佳太空照片

这就是哈勃望远镜的一切。一个单一的令人敬畏的视角可以揭示我们的宇宙:它遥远的过去,它不断发展的集会,甚至是把它联系在一起的基本物理定律。

我们正透过星系团的中心窥视。这些发光的白球是巨大的星系,它们主宰着星系团的中心。仔细观察,你会发现漫射的白光碎片从它们身上被撕下来!这个星团就像一个重力搅拌器,将许多单个星系搅拌成一团星云。

但星团本身只是宇宙故事的第一章。看到那些淡蓝色的环和弧了吗?这些是其他遥远星系的扭曲图像。

星系团巨大的引力导致它周围的时空扭曲。当来自遥远星系的光线经过时,它被迫弯曲成奇怪的形状,像一个扭曲的放大镜可以扭曲和照亮我们看到的微弱的蜡烛。运用我们对爱因斯坦广义相对论的理解,将星团用作引力望远镜,让我们比以往任何时候都能看得更远、更暗。我们正在回顾遥远的过去,看到130多亿年前的星系!

作为一个理论家,我想要了解星系的整个生命周期-它们是如何诞生的(小的,蓝色的,充满了新的恒星),它们是如何成长的,最终是如何消亡的(大的,红色的,随着古老恒星的光芒而褪色)。哈勃可以使我们能够把这些阶段联系起来。这张图片里最暗最遥远的星系注定会变成怪物星系,就像前景中那些泛着白光的星系一样。我们在一幅壮丽的画面中看到了遥远的过去和现在。

参考资料

1.WJ百科全书

2.天文学名词

3. 雪狼普雅- inverse

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