哈勃望遠鏡30年遙望深空,高光時刻之精確「哈勃常數」

2020-11-29 科學黑洞

一切都要從最初來講起,6500萬年一顆直徑10公裡的小行星撞擊地球,從而導致了恐龍大家族的滅絕,恐龍的滅絕讓哺乳動物的發展有了更多的空間和資源,某種意義上來講人類應該感謝那一場小行星撞擊地球,不然很可能到目前為止,地球上也不會發展出智慧文明。但是最初的人類每天只會擔心著填飽肚子,沒有時間去仰望星空,當然今天其實也是如此。

實際上人類渴望星空,在我國古代就有專門來研究星空的「職業」,當然那個時代只要是通過肉眼觀星。但是隨著發展放大鏡出現了,最後望遠鏡也出現了。大約在400年前,伽利略對普通望遠鏡進行了改造,放大倍數達到8倍。伽利略第一次把望遠鏡指向星空,那也是人類「人類太空之夢」開始的時刻。伽利略用望遠鏡觀測到了木星周圍的四顆小天體,也就是今天所說的木衛一、木衛二、木衛三和木衛四。

伽利略的發展某種意義上來說支持了哥白尼的日心論觀點,但是在17世紀那個時代,宗教是核心,每個人都不能忤逆了宗教的權威。因此伽利略也攤上事了,被軟禁起來。

哈勃太空望遠鏡的出現

但是至此人類知道了用這種特殊的工具可以讓星空細節變得更加清晰,幾個世紀過去了,人類對於望遠鏡的應用受益頗多,但是還不太滿足於此。1946年的時候天文學家萊曼·斯皮策(Lyman Spitzer, Jr.)第一次提出新穎的觀點,他所提出的論文:《在地球之外的天文觀測優勢》再一次把望遠鏡的作用優勢引入到另外一個高度。

這位天文學家認為地球大氣層的存在對於望遠鏡的觀測有著顯著的影響,因為一些波長的電磁波無法完全穿越大氣層來到地面被望遠鏡過看到,那麼就很可能丟失一些重要的信息。經過多番曲折的論證,最後建造太空望遠鏡計劃被批准,1990年4月24日哈勃太空望遠鏡,在美國甘迺迪航天中心由發現者號太空梭成功發射,當發現者號成功送開它的機械臂,哈勃太空望遠鏡也開始了它30年的「觀天之旅」。

愛德文·哈勃、哈勃定律和哈勃常數

愛德文·哈勃是美國一位著名的天文學家,他也是第一位發現宇宙中大部分星系都存在紅移現象,這也證明了宇宙膨脹的事實,被稱為星系天文學之父。一直以來宇宙學家和物理學家都認為宇宙是穩態的,即使愛因斯坦也不能免俗,在1916年愛因斯坦提出廣義相對論之後,曾用廣義相對論場方程針對宇宙進行研究,最後得出了宇宙膨脹的結論。

但是礙於當時的主流科學觀點,都認為生命宇宙是靜態穩定的,愛因斯坦最後在自己的廣義相對論中加入了一個常識,讓宇宙「重歸穩定」。但是後來哈勃通過望遠鏡觀測到,大部分星系都存在著紅移的現象,這也就意味著這些星系都在遠離地球而去。也直接證明了宇宙在碰撞的觀點,既然是膨脹那麼往遠古去追溯自然就會有一個起始點,因此宇宙大爆炸假說也多了一份支持證據。

愛因斯坦甚至親自去哈勃工作的地方親眼看到星系紅移的現象,在後來愛因斯坦的回憶稿中有講過這件事情,愛因斯坦把它認為是自己一生中最大的錯誤。不過,哈勃的發現是至關重要的,他通過觀測發現距離我們越遠的星系退行的速度就越慢,從而提出自己的定律,我們把它稱為「哈勃定律」,在這裡有一個宇宙的膨脹速率被稱為「哈勃常數」

哈勃太空望遠鏡的發射精確了哈勃常數的數值

當無法準確地測量星系之間距離的時候,就不太容易確定宇宙的膨脹速率,但是當哈勃太空望遠鏡升空之後,可以得到更加準確的星系距離的值。通過哈伯太空望遠鏡的最新數據顯示,哈勃常數的數值可能比主流科學公認的要大9%左右,他們所得到的最新哈勃常數值是:73.45 ± 1.66[km/s/Mpc]。具體含義就是距離相差百萬秒差距(330萬光年)的兩個星系,在以大約每秒73公裡的速度,彼此相互遠離。

而目前主流科學認為的哈勃常數數值為67.74 ± 0.46 [km/s/Mpc] 。通過兩者計算出的宇宙年齡相差了大約20億年。

總結

哈勃太空望遠鏡1990年4月24日升空,馬上就要到了它30歲的生日,在這三十餘年的觀測生涯中,它給科學家提供了大量的關鍵信息,無論是從太陽系內的行星,還是銀河系內的星團,或者是更遙遠的河外星系,哈勃太空望遠鏡一刻都沒有休息,一直在矜矜業業的完成自己的工作。在過去的三十年裡,哈勃太空望遠鏡進行了大約100多萬次的觀測任務,它所提供的數據共科學家寫出了1.6萬份經過同行審定的科學論文。

但是不得不說哈勃太空望遠鏡已經垂垂老矣,現在急需一個繼承者,當然韋伯太空望遠鏡也已經準備了二十多年了,預計最早的發射時間是2021年。之所以如此謹慎其實我們也是理解的,因為韋伯太空望遠鏡最後會被發射至日地的拉格朗日L2點,一經發射出去如果有些缺點也無法調整了。

哈勃太空望遠鏡觀測生涯一共經歷了五次大修,全部都是通過太空梭來實現,但是太空梭已經在2011年就全部退役了,也就是意味著即使哈勃望遠鏡再次出問題,我們也無法對它進行維修或者更換科學儀器了。現在哈勃太空望遠鏡就是要堅持到它的繼任者安全升空之後,才能考慮退役的問題。

因此也希望哈勃太空望遠鏡安全的度過三十歲的生日、三十一歲的生日,等待它的繼任者安全升空。

文/科學黑洞,圖片來源網絡趨勢。

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