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哈勃太空望远镜:20年的宇宙敬畏

2009年5月13日,在STS-125任务中,亚特兰蒂斯号航天飞机捕获并锁定在地球轨道上,哈勃太空望远镜矗立在其货舱中。

在过去的20年里,哈勃太空望远镜彻底改变了人类看待宇宙的方式。从很多方面来说,它可能是自四个世纪前伽利略用它凝视夜空以来最具影响力的望远镜。

最伟大的见解往往使世界看起来比以前更广阔。以哈勃望远镜为例,它帮助发现的最重要、可能也是最有资金支持的发现就是这样完成的,它揭示了宇宙的膨胀速度比任何人都知道的要快。

1990年4月24日,美国国家航空航天局(NASA)和欧洲航天局(European Space Agency)联合发射了哈勃太空望远镜(Hubble Space Telescope),搭载的是发现号航天飞机。该望远镜光学系统的一个缺陷使其视觉模糊,并将这台标志性的太空望远镜变成了一台潜在的无轨道望远镜。

但哈勃望远镜的建造是为了由乘坐美国国家航空航天局的宇航员进行升级。1993年,第一批太空机械人员修复了哈勃望远镜的视觉缺陷,接下来还有四次维护和维修任务。

美国国家航空航天局上一次前往哈勃是在2009年5月,当时亚特兰蒂斯号航天飞机的机组人员向轨道天文台打了最后一个服务电话。他们更换了哈勃望远镜的旧电池和磨损的部件,恢复了从未设计用于太空固定的破损相机,并增加了两个新仪器。结果:哈勃太空望远镜比以往任何时候都更强大。

以下是哈勃望远镜最伟大的天文成就:

哈勃最伟大的发现

科学家们将这种加速膨胀背后的罪魁祸首称为“暗能量”,现在人们认为它占整个宇宙质量能量总和的74%。相比之下,普通物质只占4.6%。

哈勃太空望远镜的科学操作中心太空望远镜科学研究所的天体物理学家马里奥·利维奥说:“暗能量的发现非常令人惊讶,我认为这是它帮助做出的最伟大的发现。”“我们仍然不知道它到底是什么。这种暗能量的性质在某种程度上是当今物理学面临的最大问题。”

哈勃望远镜不仅让宇宙看起来更大,因为它正在发展轨道望远镜,还暗示着我们还有很多东西需要学习。

太空望远镜科学研究所所长马特·芒廷说:“这产生了一种巨大的谦卑感,因为我们发现了我们对宇宙的了解如此之少,从暗能量到暗物质,再到星系如何在130亿年的宇宙历史中发生变化。”“这完全改变了人们对宇宙的看法。”

一个惊人的发现

哈勃望远镜发射时,其主要任务之一是发现宇宙的诞生。在轨道望远镜部署之前,它非常不确定宇宙的年龄,这可能会导致可笑的可能性,比如比宇宙年龄大的恒星。

通过比以往任何时候都更准确地测量遥远星系的位置和移动速度,哈勃大大缩小了宇宙膨胀的速度,有助于将宇宙年龄的估计值精确到137.5亿年。然而,通过解开宇宙之谜,它出乎意料地发现了一个更为深刻的谜——“宇宙的六次膨胀正在莫名其妙地加速,而不是像人们预期的那样由于星系的引力而减慢。”

早期有人认为,“宇宙计算常数”可能存在于对抗物质引力的排斥力的作用下,爱因斯坦提出了最著名的建议。然而,在哈勃之前,“没有观测,没有人特别认真地对待这些推测,”Livio说。

暗能量的承诺

解开暗能量之谜可能会使物理学发生革命性的变化。它引发了关于宇宙起源的新理论,比如现实的隔膜碰撞引发了宇宙死亡和重生的无休止循环。这也引发了人们对宇宙命运的猜测,增加了暗能量以大撕裂结束宇宙的可能性。

尽管如此,暗能量仍有许多未知之处。一种观点是,它实际上来自于量子力学理论认为应该存在于真空中的能量。

问题是,如果暗能量是真空能量的结果,那么它可能有多强的初步计算结果比我们实际看到的暗能量高出惊人的120个数量级。这是一个1,后面有120个零。

Livio说:“即使你进一步完善估计,你仍然会错过50多个数量级的标记,这又是荒谬的。”“另一种可能性是,它是某种场,但我们不明白为什么会有这个场,也不明白它是否以某种方式与宇宙膨胀的原因有关。第三种可能性是真的根本没有暗能量,但我们必须改变我们的引力理论,爱因斯坦的广义相对论在我们看到了更大范围的宇宙。"

Livio指出,在每一种情况下,“我们都在谈论我们对物理学的理解发生的根本性变化,这是支配宇宙的非常基本的物理理论。”

自从伽利略之后就没有了

芒廷说:“可以公平地说,当你回顾历史时,哈勃望远镜将拥有与伽利略望远镜一样多的望远镜。”“没有一台望远镜能像哈勃望远镜那样吸引公众。这是公众参与的方式。每个人都可以看到它的照片‘你不必知道如何阅读拉丁语来阅读伽利略的‘星际信使’,就能了解他在做什么。”

哈勃的革命性影响很大程度上来自于它的持久力。Livio说:“它已经被服务了五次,每次这样的任务都让Hubble能够用新的仪器更新自己,每次几乎都是一台新的望远镜,这样它就可以不断做出新的发现。”

在哈勃望远镜的最后一次任务之后,“我们预计它至少还能持续五年,”Mountain说。“原则上,如果我们运气好、聪明,我们可能会庆祝哈勃的30岁生日。”


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