在太空中服役近30年的哈勃太空望遠鏡,最近又為人類觀察宇宙提供了一個前所未有的視角。近日,科學家公布了最新的宇宙照片——「哈勃遺產場」,這是迄今最完整、最全面的宇宙圖譜。
宇宙圖譜由哈勃在16年間拍攝的7500張星空照片拼接而成。
哈勃太空望遠鏡已服役近30年。
圖譜中最老星系已133億歲「高齡」
這張照片由哈勃在16年間拍攝的7500張星空照片拼接而成,包含約265000個星系,其中有些已133億歲「高齡」。
哈勃太空望遠鏡已經對宇宙進行了近30年的觀測。自1990年發射以來,哈勃不斷地傳回宇宙的標誌性圖像,使我們能夠更好地理解無限空間。該項目首席研究員、加州大學聖克魯茲分校天文學家加斯·伊林沃斯說:「這幅類似『馬賽克』的圖像包含了宇宙中星系生長的完整歷史,從『呱呱墜地的嬰兒』到成熟的『大人』。」
創建這一圖像的項目始於1995年,當時,天文學家決定讓哈勃望遠鏡連續10天聚焦天空中一個看似漆黑的空間。在此過程中,各種天體從黑暗中浮現出來。由此產生的圖像——「哈勃深場」揭示了數以千計前所未見的星系,其中一些星系的光可追溯到早期宇宙。新圖像由哈勃望遠鏡在過去16年間拍攝的7500張此類圖像拼接而成。哈勃望遠鏡科學家希望這一新圖像能讓天文學家們揭示更多宇宙的秘密。
剛過完29歲生日的哈勃望遠鏡迄今已不眠不休地進行了數萬小時的觀察。
這張照片的誕生也離不開革命性的新技術。就在今年初,NASA就曾公布過迄今為止拍攝的宇宙最深的圖像。
HUDF是天穹座一小塊空間的圖像,據信包含大約1萬個星系。位於卡納裡群島的卡納裡亞天體研究所的研究人員對哈勃望遠鏡拍攝的幾張照片進行了合成處理,公布了修改後的HUDF宇宙圖像。
2009年5月,太空人們安裝了寬視場相機-3,用來收集數據。此前,這架太空望遠鏡已經對地球進行了近20年的探測。新相機的安裝和升級是一項重大挑戰,因為整套儀器無法在地面上進行測試,因此校準極為困難。為了改進校準,NASA不得不分析數千張不同區域的天空圖像。HUDF就是哈勃望遠鏡在230多個小時的觀測過程中,使用寬視場相機-3拍攝的數百張照片的綜合結果。
通過PS將宇宙信息變得可見
在完成這個項目的三年時間裡,研究人員通過重新處理和組合幾張圖像,從較大星系的外圍區域恢復了大量的光。研究人員說:「恢復這些外層區域的恆星發出的光,相當於恢復一個完整星系發出的光。」
這種缺失的光現在已經顯示出一些星系的直徑幾乎是之前認為的兩倍。這一工作其實就是回到哈勃直接觀測到的原始圖像的檔案中,改進合成過程。從而為距離較遠的較小星系,也為最大星系的擴展區域提供最佳的圖像質量。
雖然我們看到的宇宙照片有PS的成分,但也不必因此感覺「被騙」,因為這是必要且遵循嚴格規範的行為。準確來說,PS的過程是將宇宙信息變得可見的過程。
在這個過程中,研究者需要將原始數據進行可視轉換,從望遠鏡拍攝的紅外光譜的不同部分取得灰度數據,然後將它們塗上顏色,像是加上紅色、綠色、藍色的圖層,能夠準確反映人眼看不到的紅外色彩。
這些圖片不光要可視化,還要忠實呈現科學數據。攝像頭的光學特性會在圖像中產生一些原本不存在的東西,也需要從圖像中清理掉。
被PS過的照片通常大小會超過幾個GB,因為其中包含了不同望遠鏡的各種信息層。在宇宙中,人眼看到的東西其實未必都是真的,因為人眼只能看到可見光,而電磁波是個很大的範圍。這就使得PS處理天文照片成為必要,把看不到的信息,轉換成我們能看到的信息。比如溫度的高低等。天文的PS要把看不見的變成看得到的,但絕對不能把沒有的變成有的。信息可以轉換,但不會消失。
通常,天文望遠鏡的原始照片只能捕捉黑白,每一格照片都在不同曝光的情況下拍攝了三幀。後期處理中,先將圖片按對應剪切堆疊在一起,對比出宇宙射線帶來的一些白色光點,將這些隨機噪聲濾除掉。
一旦假恆星被清理,PS「大神」便會把照片縫合起來,逐圖調整像素亮度,通過星球之間的亮度對比,凸顯出他們剛剛「孕育」出來的恆星。接著,將星雲氣體中的氧、氫和硫,分別按紅藍綠三原色進行渲染。這實際上是一個「翻譯色彩」的過程,如此一來,你才能透過層次清晰的色彩解讀出「隱形」的天體物質結構。
測定宇宙膨脹速度離不開這類照片
哈勃望遠鏡拍攝宇宙照片當然可不是為了藝術,而是為了探索。NASA官網近日公布的一項最新研究報告稱,根據哈勃太空望遠鏡數據新測定的宇宙膨脹速度,比歐洲普朗克衛星通過測量宇宙微波背景輻射所預測的速度要快10%左右。類似研究成果就是通過對各類照片中恆星的明暗變化速率得出的。
上述研究中,研究者藉助哈勃太空望遠鏡觀察了位於銀河系衛星星系之一的大麥哲倫星雲(LMC)內的70顆造父變星。造父變星以可預測的速率變暗和變亮,因此被科學家當作測量宇宙距離的「標準燭光」。他們利用這些信息計算出宇宙當前的膨脹速度——哈勃常數的值為74.03公裡/(秒·百萬秒差距)。百萬秒差距(Mpc)約326萬光年。
研究人員稱,新數值的不確定性僅1.9%,為迄今最低。相比之下,普朗克衛星通過觀測宇宙微波背景輻射(宇宙大爆炸遺留下來的餘光)而預測出的值為67.4公裡/(秒·百萬秒差距)。
對於這種差異,他們給出了三種解釋,一種可能性是大爆炸後不久出現了一種「早期暗能量」,使宇宙的膨脹速度超過預期；另一種可能性是宇宙包含一種新的亞原子粒子——暗輻射(包括中微子等),其移動速度接近光速；第三種可能性是暗物質與普通物質之間的相互作用比以前假設的更強烈。
齊魯晚報·齊魯壹點記者任志方