哈勃望遠鏡能拍攝134億光年的星系,為什麼看不清冥王星?

2021-01-18 宇宙天文館

2020年1月,科學界公布了一個重大發現,藉助美國哈勃太空望遠鏡,一個國際天文學家團隊發現了一個此前未被觀測到的星系群,科學家們將其命名為EGS77。這是迄今為止人類已知的最遙遠、最古老的星系群。

哈勃具有如此強大的觀測力,依靠的是什麼?

與地面望遠鏡不同,哈勃太空望遠鏡是人類送入太空中口徑最大的光學望遠鏡,口徑為2.4米,它以每秒將近8公裡的速度繞地球旋轉。為了使哈勃在太空中保持穩定,捕捉到清晰的圖像,科學家們在哈勃上安裝了6個最精細的平衡陀螺儀和多種觀測暗弱天體的科學儀器,比如暗天體照相機、暗天體攝譜儀廣域和行星照相機,哈勃太空望遠鏡在地面之上約640公裡的軌道上環繞地球,不像地面望遠鏡那樣飽受大氣層上湍流的幹擾,故而能拍攝到清晰的宇宙圖像。2019年,哈勃就公布了迄今最完整最全面的宇宙圖譜,上面是哈勃16年內拍攝到的7500張星空照片,包含了265000個星系,有些星系已達133億歲「高齡」。

然而,儘管哈勃太空望遠鏡強大的觀測力給人類帶來了許多突破性發現,但它卻無法觀測到近在太陽系內的冥王星。

這就是冥王星最詳細的圖嗎?在哈勃傳回的照片中,冥王星的圖像只是幾個黃色的像素點,畫面模糊,仿佛高度近視患者摘下眼鏡時,眼前呈現的景象。哈勃既然能看到百億光年外的東西,沒有道理看不清「近在咫尺」的冥王星。為什麼我們無法透過哈勃望遠鏡,看清冥王星的真面目呢?

其實答案很簡單。這完全取決於角直徑。角直徑是用角度當作測量單位,是指被觀測的物體在垂直觀測者視線方向中心的平面上產生的透視投影的直徑,角直徑不是物體的真正直徑,它只是從觀測者的角度看到的按照比例顯示的縮影。為了描述天空中物體的大小,天文學家使用度、弧分、弧秒作為計量,一度為60弧分,一弧分為60弧秒。

以仙女座星係為例,它距離我們約200萬光年,儘管距離很遠,但當我們使用高曝光度的相機,你會發現它比太陽或我們天空中的滿月大6倍。原因就在於,仙女座星系非常大,它的跨度為22萬光年,在這樣的規模上,相距200萬光年並不是很嚴重影響拍攝的問題。仙女座星系的體積以及與我們的距離意味著它在夜空中覆蓋了3°的角直徑。它太大了,以至於哈勃無法將整個星系都拍攝下來,因此,拍攝出的圖片實際上是數百個哈勃曝光的馬賽克。

儘管大多數星系不像仙女座那麼近或那麼大,但它們仍足夠大,能讓哈勃拍攝到它們並查看到有趣的細節,比如距離我們2100萬光年遠的風車星系,即使距離太遠,它還是巨大的。

接著我們再來看看冥王星。

冥王星距離太陽60億公裡,距離地球58.5公裡,直徑為2274公裡,與遙遠的河外星系相比,用近在咫尺形容太陽系內的冥王星毫不為過。

仙女座星系角直徑為3度,而月亮的則為約30弧分,風車星系約為28弧分,冥王星呢,它是0.11弧秒。這使它在我們的夜空中看起來小得離譜。這好比我們站在高樓上向下俯視,我們可以看到各種大大小小的各種距離的物體。我們可以將樓底下的一朵花看作冥王星,它距離我們較近,但它太小了,肉眼望過去很模糊幾乎看不見。然而,馬路對面的一些建築物,它們比花要遠得多,但我們能看得清晰明了。想像一下,這些是哈勃所拍攝的宇宙圖像,哈勃能對遙遠的仙女座星系(那些建築物)成像,而不是更近的冥王星。

這就是為什麼,當「新視野」號探測器將冥王星的高清圖像傳回地球時,這一消息會令全世界震撼的原因了。

通過哈勃,我們無法得到冥王星更清晰的影像,冥王星在我們看來遙遠又神秘。直到2015年,經過9年的星際旅行,美國宇航局發射的新視野號探測器飛掠冥王星附近,成為首顆探測冥王星的人類探測器,而它傳回的照片正式為人類揭開了這顆星球的神秘面紗。

照片中,冥王星模糊的外表被大面積的白色、深橙色和暗紅色覆蓋,我們甚至還看到星球上有一塊心形形狀的區域。

從模糊不清的一個小斑點到紋理清晰明了的高解析度圖像,人們還可以在新視野號探測器傳回的照片中清楚地看到冥王星上存在著冰川、山脈、平原、盆地等更細節的地形地貌。

哈勃望遠鏡運行了近三十年,拍攝了很多令人嘆為觀止的太空影像、還有視野清晰且距離我們數百萬光年遠的星系,科學家們藉此探索出了更多宇宙的秘密。這些圖像和新發現,填補了天文學的許多空白,也讓我們有幸領略到億萬光年外的神秘宇宙的魅力。

未來會如何?哈勃還會揭開什麼驚喜呢?期待哈勃繼續帶給我們更多驚喜。

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