阿塔卡瑪——地面最強的望遠鏡,人類尋找另一個地球的利器

2021-01-09 科學新視界

環繞地球旋轉的太空望遠鏡往往會吸引很多人的注意。比如哈勃望遠鏡總是會拍出一些令人賞心悅目的照片,比如克卜勒望遠鏡又發現了兩三個系外行星。相比而言,地面的望遠鏡好像並沒有那麼吸引人,其實不然,地面望遠鏡中也有一些功能非常強大的存在。比如自2011年開始觀測宇宙的阿塔卡瑪陣列望遠鏡。

極大望遠鏡

阿塔卡瑪望遠鏡是毫米/亞毫米波望遠鏡,是一個由66個蝶形天線組成望遠鏡。它們按照一定規律排列在智利的阿塔卡瑪沙漠中的查南託高原。阿塔卡瑪望遠鏡所偵測的波段是毫米波和亞毫米波,處於這個波段的波長覆蓋了大部分的電磁波,是屬於微波光譜末端的短波。

阿塔卡瑪望遠鏡

巨大的蝶形天線組成的組塊賦予了阿塔卡瑪無與倫比的靈敏度,同波段望遠鏡中阿塔卡瑪望遠鏡全球第一。正是因為其先進與精確,阿塔卡瑪望遠鏡經常被用來觀測或者重觀測太空物質。阿塔卡瑪的應用使人類了解了來自更多系外行星的更多我們以前不曾了解的信息。

蝶形天線

阿塔卡瑪可以幫助人類了解古老行星的形成,也能讓人類接收到巨大灼熱的氫氣星雲信息。天文學家曾經就用阿塔卡瑪望遠鏡解決過一個關於圍繞北落師門星的爭議。

在2008年,也就是我們北京奧運會那一年,哈勃太空望遠鏡發現了北落師門星周圍有一顆類系外行星,哈勃望遠鏡是同類望遠鏡中第一個發現這個行星的,而在此之前,所有的系外行星都是通過恆星的光變間接計算發現的。但是通過哈勃望遠鏡我們仿佛可以看到這顆行星像一個巨大且彌散的圓盤裡的光點。

圓盤裡的光點

儘管天文學家已經相當確定在北落師門星附近發現了這顆行星,但是確定性依舊不是100%,因為彌散圓盤中可見的物質大多都是微小的塵粒。但這其中有兩件事是確定的:

第一,它會散射出許多可見光,如果你在可見光的範圍內觀測,你會發現這些塵粒非常明亮。

第二,來自北落師門星太陽風的力可以促使這些塵粒向四周運動。科學家們知道這個圓盤所吸收的可見光的圖像,但這並不代表著這與圓盤真實的結構是一致的,所以嚴格來說,哈勃望遠鏡並沒有完全發現這顆系外行星。

2012年的時候,這一年剛好是倫敦奧運會,天文學家決定研究在北師落門星附近的圓盤在毫米與亞毫米段的波長,這樣可能會透過更多的古老雲團觀察到更深層的結構。於是,阿塔卡瑪望遠鏡派上了用場,阿塔卡瑪看到了一個邊緣清晰的由大規模的塵粒組成的圓環狀內部結構。

圓環狀內部結構

之後,科學家用電腦模擬了這個過程,他們發現這個圓環模型可能是由幾個運行在環內側與外側的環狀帶中的主星塑造的。多虧了阿塔卡瑪,我們才有了更多的證據證明北師落門星附近確實隱藏著至少一顆行星。阿塔卡瑪可以幫助我們人類看到星盤的深處,也可以看到古老宇宙的深處。

隨著宇宙的加速膨脹與光源的不斷遠離,我們所看到的光的波長被拉長的現象稱之為紅移,如果光被拉長到一定尺度後,它就會變得看不見,因為它會經過紅移變到紅外光或者微波範圍,這意味著我們的肉眼根本無法看到十分古老遙遠的事物,而普通望遠鏡也不能夠探測到足夠長的波長,但是如果我們能夠諧調光譜上低能量的部分,我們就能夠觀測到這些本來不可觀測的事物了,就像毫米與亞毫米波的範圍。所以,阿塔卡瑪望遠鏡可以觀測到來自遙遠宇宙的光。

紅移

天文學家已經在一個持續進行的項目中使用阿塔卡瑪重新觀測了來自哈勃望遠鏡的超深空圖像,超深空圖像顯示了一小部分天空中的無數星系,還有更多的星系是哈勃望遠鏡無法觀測到的,而阿塔卡瑪望遠鏡可以看到哈勃看不到的,這將使我們的超深空圖像更加豐富。

哈勃超深空圖像

在去年的時候,天文學家在那片古老的星系中發現了高濃度的一氧化碳,這與恆星的形成有所關聯。與此同時,天文學家已經知道,宇宙中的恆星在形成時一氧化碳的濃度會達到峰值,科學家們原本是不知道是什麼導致了這些恆星的形成的,直到使用了阿塔卡瑪望遠鏡,它讓人類觀測到了宇宙早期的星系並發現了大量的一氧化碳。現在我們知道這些氣體一定為恆星的嬰兒時期提供了合適的必要條件。

阿塔卡瑪還幫助我們了解了為什麼宇宙中巨大的物體總是炙熱的,原因是「萊曼-阿爾法氣泡」結構,之所以這樣叫是因為它們有非常清晰的萊曼-阿爾法光譜線,這是一種由炙熱氫氣發出的具有特定波長的紫外光。所以當我們知道有大量的,發光的氫氣雲漂浮在宇宙空間卻不知道它們為何會發光時,使用阿塔卡瑪就能讓我們知道原因了。

萊曼-阿爾法氣泡

天文學家還發現在萊曼-阿爾法氣泡裡有許許多多的星系群,並且正在以不可思議的速度形成新的星系。並且這些星系中含有的大量氫發出了大量的萊曼-阿爾法輻射,輻射向四周擴散從而影響了周圍的氣體雲,以至於我們看到了大量的模糊的影像。

儘管阿塔卡瑪僅僅使用沒幾年,但是它已經讓天文學家們知道了更多關於宇宙的知識。隨著阿塔卡瑪的使用,更多的研究發現論文不斷地被發表出來,這會使人類的天文知識庫更加豐富,為人類踏上星辰大海之路打下了堅實的基礎。

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