哈勃望远镜

哈勃望远镜在发射升空后,到第五次维修前都发现了什么?

1.造父变星,“哈勃”的高分辨率在识别近距星系中造父变星的过程中扮演了重要的角色。尽管造父变星很明亮,但是它们在地面望远镜的照片中也会和其他恒星混在一起而无法分辨。这就无法识别出造父变星的光度变化,或者是在一个星团中找出其中的造父变星。与之形成对比的是,对于具有高分辨律的“哈勃”来说即使是非常遥远的造父变星,它也能把它和它附近的恒星分开。这样一来使得可定出距离的星系数目一下子就扩大了1,000倍。在“哈勃”上天之前,使用造父变星确定近距星系的距离就已经被列入了“哈勃”的核心计划。造父变星核心计划已经使用“哈勃”数百个轨道时间来分析了36个星系中的造父变星,所有这些对造父变星的观测还将用来对距离阶梯中更高的一级(例如超新星和塔利-费希尔关系)进行校正。
2.“哈勃”对于恒星天文学最重要也是最漂亮的贡献就是它研究了诸如猎户星云之类的恒星形成区。在这些区域,明亮的大质量恒星会电离气体云,使得它们在光谱中具有明亮的发射线。“哈勃”对猎户星云的早期观测发现,其中聚集了许多被浓密气体和尘埃盘包裹的年轻恒星。尽管已经从理论上和甚大天线阵的观测中推测出来了这些盘的存在,但是直到“哈勃”所拍摄的高分辨率照片才第一次直接揭示出了这些盘的结构和物理性质。
3.从“哈勃”对中子星的观测结果来看,即使是中子星这样看上去更为对称的天体也诞生自恒星非对称的死亡。中子星是大质量恒星超新星爆发之后留下的超高密度恒星残骸。尽管这些大质量恒星初始的质量要大于太阳,但是中子星的直径只有大约几千米,这使得它在光学波段上很暗弱。而中子星的光学辐射却是我们确定它温度和大小的重要手段,由此可以告诉我们许多有关其内部奇异核物质的大量信息。哈勃空间望远镜已经识别出了多个中子星的光学对应体,而且通过多次观测发现有一些中子星在银河系中的运动速度尽然可以高达惊人的每秒100千米甚至更高。这些观测暗示了,尽管初始恒星是球形,但是超新星爆发无疑狠狠地“踢”了中子星一“脚”,只有这样它才能以如此高的速度离开它的诞生地。
4.哈勃”的观测还在超新星爆发和神秘的γ射线暴之间建立起了联系。在“哈勃”刚发射的时候,人们还不清楚这些γ射线暴是来自我们的银河系内还是来自银河系之外。随后的卫星观测证实了γ射线暴发生在银河系之外,而“哈勃”对其余辉的观测则把这些暴发锁定在了河外星系中的大质量恒星形成区。由此“哈勃”也令人信服地证明了这些剧烈的爆发和大质量恒星死亡的直接联系。而由这些观测所引发的理论研究则显示这些爆发可以解释在最古老的恒星上所观测到的反常元素丰度。
5.“哈勃”已经革新了我们对黑洞的认识以及它们在星系形成中的作用。在“哈勃”发射的时候,超大质量黑洞一般被假设来解释遥远类星体不同寻常的高光度和光谱中的特殊谱线以及近距活动星系核的光度。然而并没有确凿的证据能证明类星体本身就是星系,或者目前所有星系中有早期类星体所留下的黑洞。一些地面的观测强烈地暗示,一部分距离我们最近的星系中心可能拥有大质量的致密天体,但是还远无法证实它们就是黑洞。
6.自从有了“哈勃”之后,天文学家第一次看到了年轻星系的形状和结构,而它们看上去又是那么得惊人。与我们在今天看到的旋涡星系和椭圆星系不同,“哈勃”所拍摄的哈勃深空区以及超深空区的照片揭示出了大量的星系。
7.针对白矮星,“哈勃”使用这一方法进行了一系列的观测。在形成以后,白矮星的中心便不再具有能源。因此它会渐渐地冷却,它的温度和亮度也会按照理论模型计算出的速率下降。通过比较理论模型和观测到的白矮星亮度分布就能推算出白矮星的年龄,进而为白矮星的年龄给出一个牢固的下限。然而,由于白矮星非常暗弱,因此很难和其他的恒星区分开。一个聪明的办法是,天文学家通过“哈勃”进行重复的深度观测,以此来从前景和背景恒星中分离出星团的成员星。原因是星团中的恒星都具有相同的速度,因此它们在两张不同时间拍摄的照片上会发生些许的位移。而这些位移会和前景以及背景恒星有着明显的不同,所以即使对于星团中亮度非常暗的成员星也能被很好地识别出来。由此对白矮星的亮度分布测量就会变得极为精确,进而可以在不依赖于高红移下的不确定观测或者其他基本假设的情况下为宇宙的年龄提供一个可靠的下限。而这一方法唯一依赖的是我们对恒星物理的认识,这就使得它可以对宇宙学基本测量进行独立的检验。而这一测量离开了“哈勃”的高分辨率和高测光(和天体测量)稳定性是无法实现的。
8.另一个测量宇宙年龄的独立方法是“哈勃”通过造父变星的距离来测量哈勃常数。除了为宇宙提供基本的距离尺度以外,哈勃常数的值也直接和宇宙在今天的膨胀速度有关。因此它的值对于从今天反推到大爆炸就显得极为重要。
9.“哈勃”在发现和监测深入宇宙早期的遥远超新星方面起到了重要的作用。地面上的望远镜由于超新星本身亮度低以及其所在星系的干扰,因此很难在这样遥远的距离上发现超新星。然而有了“哈勃”,超新星就可以干净地从寄主星系中分离出来,进而可以测定它的亮度。这些被精确测定的亮度可以用来限制超新星的距离,进一步可以限制宇宙早期膨胀的属性,也为暗能量模型提供一个强有力的限制。
10.“哈勃”的紫外分光仪使得天文学家们可以探测气体的位置以及气体的质量是如何随着时间变化的。“哈勃”最早的核心计划之一就是通过由氢所产生的吸收线来测量和遥远类星体在同一视线方向上的(相对)近距星系中的气体分布。在这之前用同样的方法也研究了河外星系中气体的分布,但是只有在更大距离上才能来探测宇宙早期的特性。因此无法知晓气体的连续演化史留下了一大块空白。此外,当要在如此遥远的距离上进行研究的话,我们对这些气体会和什么样的天体联系在一起还知之甚少。这些气体是被束缚在星系里的吗?或者它们是分布于星系之间的?只有通过“哈勃”的紫外观测能力才能搞清楚现今这些气体的总量和分布。由此才有可能建立起一条贯穿从宇宙早期一直到现在的气体演化“链条”,并且解释在其他近距星系中所观测到的吸收线。这些早期的研究显示,当气体被吸积进入星系之后会快速地演化,并且存在不同的吸收气体云,其中一些清楚地和星系成协,另一些则位于“宇宙之网”中。最近“哈勃”的紫外分光仪发现了量更大的气体,而数值模拟和随后美国宇航局远紫外分光探测器的观测显示它是一团包围着近距星系的高温、弥散等离子体。这些电离气体所包含的质量甚至比目前已知的恒星和低温气体的质量还要大。
11.
,“哈勃”也在塑造天文文化中扮演了重要的角色。在许多科学领域中,数据是“私有”的,只属于进行这项实验的小组。地面观测所获得的数据在这方面也没有什么不同。然而,“哈勃”由于其特殊性,因此将其所获得的数据无限期地列为“私有财产”显然是不合适的。所以“哈勃”的数据在1年之后就会向所有人开放。这一举措无疑有效地放大了“哈勃”的影响力,使得为了不同的目的不同研究小组都可以来使用它的数据。
在拍摄占据了惊人观测时间的哈勃深空区照片上更是充分体现了数据的“非私有”化。在美国空间望远镜研究所的科学家处理完有关的数据之后,就立即向公众公布了照片。而天文界则随即使用他们各自不同的仪器设备、在不同的波段上对这一片天区也进行了观测。这样一种分享、公开数据的做法是史无前例的,同时它也为后面的许多大型天文计划树立了典范。目前几乎所有的天文巡天都会在项目运转的过程中向公众公布数据以及数据产品,而不是让数据成为少数项目提出人的“专利”。这一新的运转模式引发了一场天文学的“民主变革”,它使得来自小学校或者发展中国家的研究人员也能接触到全世界最好的观测数据。由哈勃空间望远镜监管委员会制定的这些政策则是推动这一变革的关键性步骤。

打困了,剩下的大多很专业了,我这么辛苦,。。。。。。。楼主,你看着办吧
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第1个回答  2020-10-13

哈勃望远镜的一生?

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