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望向宇宙的眼

作者:苗千

2022-11-23·阅读时长21分钟

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这些人类的眼睛望向宇宙的四面八方,见证恒星的诞生和死亡、星系的形成。它们凝视着这无尽膨胀的宇宙深处,那里既是我们的来处,也将是我们的归处。

望向宇宙的眼

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美国国家航空航天局的马歇尔太空飞行中心。美国国家航空航天局工程师厄尼·赖特 (Ernie Wright) 看着六个准备就绪的詹姆斯·韦布太空望远镜的主镜部分准备开始最后的低温测试(图片来源:NASA,MSFC,David Higginbotham)

指向天空的望远镜

荷兰制造眼镜的工匠汉斯·利柏希(Hans Lippershey)在1608年注册专利,声称他制造的一种名为“kijker”的仪器可以把图像放大三倍时,不会想到自己将开启一个怎样的时代(关于第一个制造望远镜的人,史学界尚存在争议。利柏希第一个为望远镜申请了专利)。这种望远镜适合用于航海或是战场。但仅仅在望远镜被发明一年之后,意大利人伽利略·伽利莱(Galileo Galilei)在1609年就第一次将一架他自己制作的望远镜指向了天空。

汉斯·利柏希在研究他的望远镜

经过不断改进,伽利略制造出了一架能够放大30倍的望远镜。这架在如今看来极为简陋的望远镜不仅为他赢得了一个帕多瓦大学的终身教职,还让他第一次看到了月球表面的山峰和撞击坑、明亮的土星环,随后还发现了木星的四颗卫星。一开始,伽利略还以为自己发现了四颗新的行星,但随后他注意到,这四颗卫星是在围绕着木星而非地球转动,这与当时占主流地位的地心说不符。当时的宗教势力依然强大,但伽利略更愿意相信自己的眼睛。正是通过望远镜进行天文学观测,伽利略的宇宙观越来越倾向于日心说——尽管这种危险的宇宙观让他的余生一直都处于教会的软禁之中。

在1610年3月,伽利略迅速出版了他的天文学观测发现《星际信使》(Sidereus Nuncius)。借助着望远镜,伽利略笔下所描述的月球并非亚里士多德心目中“完美的圆形”,它的表面与地球表面有很多的相似之处。几乎与之同时,英国天文学家托马斯·哈利奥特(Thomas Harriot)也通过望远镜观测绘制了一幅详细的月球地图。伽利略甚至利用望远镜观测了太阳——他发现太阳是一个旋转的、有着不完美暗点的球体。随后意大利天文学家弗朗切斯科·西齐(Francesco Sizzi)发现太阳表面的暗点也会发生变化。

从17世纪初望远镜被发明开始,人类对于宇宙的理解开始突飞猛进。望远镜犹如有生命一般,开始了其进化的历程,变得越来越大,越来越复杂。伽利略使用过的最大的望远镜只有1.2米。随后“现代光学之父”约翰内斯·开普勒(Johannes Kepler)、荷兰物理学家克里斯蒂安·惠更斯(Christiaan Huygens)等人不断改进伽利略望远镜的构造,开发了折射望远镜。一反之前望远镜使用一个凹透镜和一个凸透镜的做法,开普勒望远镜使用两个凸透镜。这样的望远镜视场更大,但镜中的图像会上下颠倒。到了17世纪中叶,天文望远镜已经能够将天体放大100倍。借助着这样的观测设备,人类观测到了土星的卫星“Saturni Luna”(它在之后重新命名为“Titan”),也首次观测到了猎户座星云(Orion Nebula)。

可以说,正是借助着天文望远镜的出现,17世纪的天文学家们得以相对精确地观测太阳系内部的诸多天体。也可以为当时以艾萨克·牛顿为首的一众欧洲物理学家提供源源不断的观测数据,最终促成了第一次物理学革命的爆发。物理学家想要理解物质运动的规律,需要能够相对精确地计时。当时人们并没有足够精准的计时器具,在日常生活中进行的物理学实验通常不值得信赖。而天体运行有着明确的周期性,便于计时,于是就成为物理学家们推导、总结和验证物体运动规律的最佳对象。依靠着天文学家的观测数据,从天体运行的轨迹出发,牛顿终于建立了以万有引力和三大定律为中心的力学体系。

一个全新的牛顿式宇宙观也从此形成,并且将深刻地影响整个世界。在牛顿力学体系所描述的宇宙中,整个宇宙空间如同一个巨大无比的盒子,里面装载着日月星辰以及一切天体。它们彼此之间相互吸引。这个盒子横平竖直,如果有几把足够长的直尺,便可以给宇宙中的每个点都赋予一个独一无二的坐标。在宇宙中还有时间流淌,时间只有一个方向,永远从过去流向未来。在宇宙各处的时间永远保持一致,无论我们在宇宙的任何地方拿出钟表查看时间,指针给出的数字都会是一致的。这样一个略显无趣且机械化的宇宙由上帝所创造,如同一个构造精巧的机械,永不改变。

虽然在研究中用到了大量天文观测数据,但牛顿本人对于天文观测并没有太大的兴趣。即便如此,他受到意大利僧侣的启发,在1668年发明的反射式望远镜还是开启了一个天文学观测的新时代。利用牛顿的发明,通过反射镜片而非透镜进行天文学观测,这种新式望远镜不仅更简单和便宜,易于建造,还解决了天文学观测的色差和图像扭曲等问题。基于牛顿反射望远镜的原理,英国天文学家威廉·赫歇尔(William Herschel)在1789年建造了一个12米长的望远镜。越来越大的望远镜能够给天文学家们提供越来越清晰的视野。借助着巨大的望远镜,赫歇尔发现了木星和土星更多的卫星。

在18和19世纪,折射和反射望远镜都在迅速变大。随着更清晰的视野呈现在眼前,数百个之前不曾被注意到的星云被发现。随后天文学家们利用分光镜,开始分析星系的化学成分以及它们的运行轨迹。树可以长高,但终不能抵天。在到达一定极限之后,更大的望远镜也无法再增强天文观测的效果。地球大气层对天文观测的影响也越来越明显。人们开始幻想摆脱大气层的干扰,在太空中观测宇宙。

詹姆斯·韦布望远镜用近红外相机拍摄到的“创世柱”(图片来源:NASA)

一个生动宇宙的诞生

正如在17世纪牛顿宇宙观的建立是基于天文观测和一整套理论体系完成的双重作用,想要摆脱掉这种机械的概念,形成一个全新的宇宙观,也需要在理论和天文观测两方面都取得决定性的进步。在20世纪初发生的“第二次物理学革命”以及随后在天文观测领域取得的进步,为一个全新宇宙观的诞生创造了条件——尽管这两者并非是在同时发生。

在第二次物理学革命接近完成,爱因斯坦的广义相对论已经被学术界所接受之后,关于宇宙的形态和由来,依然存在着两种对立的观点。一种观点认为宇宙诞生于一次“大爆炸”(Big Bang);而另一种观点则被称为“稳态宇宙理论”(Steady State theory),认为宇宙的形态不曾改变,并且将永恒存在。

当时关于宇宙的疑问远不只这些。要知道,即便是在100年前,科学家们对于宇宙的理解也与今日大相径庭。当时大多数科学家还认为宇宙中只有一个星系,那就是我们所在的银河系。即便有少数人猜测在宇宙中还存在着其他星系,却无法获得支持性的观测证据。银河系究竟是不是宇宙中唯一的星系?宇宙究竟有多大?宇宙是否从来如此,永远都不会发生改变?

量子力学和相对论的诞生改变了人类理解自然界的方式。但是想要真正认识宇宙,获得更新的宇宙观,还需要对宇宙进行直接观测,利用望远镜去测量各种天体和地球之间的距离,取得可信的数据。一个获得过法学硕士学位、担任过中学篮球教练、擅长重量级拳击的年轻人埃德温·哈勃(Edwin Hubble)通过他在20世纪上半叶持续不断的宇宙观测,再一次彻底地改变了人类的宇宙观。

1949年,埃德温·哈勃和威尔逊山天文台的的施密特望远镜

从芝加哥大学毕业之后,哈勃在美国威斯康星州的叶凯士天文台(Yerkes Observatory)开始了他的天文观测生涯。但他天文生涯的大部分时间都是在威尔逊山天文台(Mount Wilson Observatory)度过,利用当时世界上最大的天文望远镜——100英寸胡克望远镜(100-inch Hooker Telescope)进行宇宙观测。借助着100英寸胡克望远镜,哈勃把目光投向了天空中那些暗淡、模糊,像云一样的物体。

这些在天空中暗淡且模糊的目标在当时被称为旋涡星云(spiral nebulae)。它们也是一个困扰了天文学家多年的难题:旋涡星云究竟只是在银河系中聚集的气体,还是与银河系类似的遥远星系?哈勃选择仙女座星系(Andromeda Galaxy)作为目标,想要解开这个难题。几百年来,仙女座星系在天空中都像是一片模糊的星云,直到1923年,哈勃终于能够分辨出星云中单独的恒星。

想要解开旋涡星云之谜,关键在于能够测量距离。哈勃利用天空中一些亮度会发生周期性变化的天体造父变星(Cepheid variable star)进行测距——这种天体自身的亮度与其亮度变化的周期有关。通过观测它们亮度的变化计算出它们的实际亮度,再对比它们被观测到的亮度,就可以换算出它们与地球的距离——得出的数据让哈勃意识到这些天体不可能存在于银河系之内。这些模糊的星云,大多都是距离我们极其遥远,与银河系类似的星系(哈勃在当时对于仙女座星系与地球的距离计算有误。根据现代更准确的观测手段计算,仙女座星系距离银河系大约250万光年,是距离银河系最近的大型棒旋星系)。之后哈勃继续观测天空中的其他星云,最终确定在宇宙中除了银河系之外,还存在着数以百万计的其他星系。

人类对于宇宙的认识被拓宽了。

根据观测经验,哈勃依据星系的外观将星系大致划分为椭圆和螺旋两大类,之后他又建立了一套更为精细的“哈勃星系分类法”(Hubble Classification Scheme)。这套方法至今还影响着天文学家。而另一个问题还没被解答:我们的宇宙究竟处于什么样的状态之中?它究竟是会发生变化,有着开端和未来,还是将永远存在,永不改变?

想要解决这个问题,不仅需要测量天体与地球之间的距离,还要能够测量它们彼此之间的相对速度。这就需要测量遥远天体的光线到达地球的光谱。因为光速不变,如果宇宙中的天体正在远离地球,那么它发射的光线在到达地球时,可见光波段的光谱会向红端移动,称为红移;反之则会向蓝端移动,称为蓝移。红移或是蓝移越大,说明相对速度也就越高。

早在1912年,在罗威尔天文台(Lowell Observatory)工作的天文学家维斯托·斯里弗(Vesto Slipher)就测量过一些星云的光谱,发现它们都发生了红移。但斯里弗的计算结果显示这些星云与地球的相对速度只有大约每秒钟600英里。哈勃与同事米尔顿·赫马森(Milton Humason)利用100英寸胡克望远镜测量了24个星云与地球的距离以及它们与地球的相对速度,得出了一个惊人的发现:宇宙中的所有天体都在离我们远去,而且越是遥远的天体退行的速度也就越快。这个发现后来被称为“哈勃定律”[Hubble’s Law。2018年国际天文联合会将其重命名为哈勃-勒梅特定律(Hubble-Lema?tre Law)]——它至今仍然是现代宇宙学研究的一个核心定律,也让哈勃在人类宇宙学研究中拥有了一个极为特殊的位置。

在1929年3月15日,哈勃根据自己的观测数据,发表了关于星系距离与其红移关系的结论。尽管哈勃的观测结果显示出整个宇宙都处于膨胀的状态之中,但受困于当时观测条件的限制,哈勃和同事利用100英寸胡克望远镜也只能观测和测量与地球临近的星系,对于那些更加遥远的星系则无能为力。持怀疑观点的人自然也可以发问:整个宇宙的状态是否都是如此?有什么理论可以支持这样的结论?

基于哈勃与同事的天文观测结果,物理学家们利用爱因斯坦在1917年发表的论文《广义相对论下的宇宙观》(Kosmologische Betrachtunge-nzur Allgemeinen Relativit?tstheorien)将理论与观测实践结合在了一起。人们开始把广义相对论作为研究宇宙的工具——一个丰富多彩、物质和时空相互作用的动态时空呈现在人们面前。现代宇宙学诞生了。

被这个天文学发现改变最大的,可能正是爱因斯坦本人。根据爱因斯坦提出的广义相对论,物质和时空之间会相互作用。不同于牛顿机械化的宇宙模型,广义相对论所描绘的宇宙是一个非常不稳定的宇宙模型,它的平衡非常容易被打破,从而处于膨胀或是收缩之中。但爱因斯坦本人却根深蒂固地认为宇宙应该处于一种永远存在的静态。为了让广义相对论方程也能呈现出一个静态的宇宙,他甚至在其中加上了一个“宇宙学常数”(cosmological constant)。在理解了哈勃的发现之后,爱因斯坦果断地舍去了这个多余的宇宙学常数,并将它称为自己“一生中最大的错误”。(但是在20世纪末人类发现了暗能量之后,人们认为这个常数可能死而复生,其数值可能并不为0,并且与宇宙中的暗能量有关。)

1931年,爱因斯坦访问威尔逊山天文台

在理论和实际的不同层面,一个人可能呈现出完全不同的态度。爱因斯坦提出了革命性的理论,但是在利用广义相对论理解宇宙方面,他的态度却始终保守。科学家们通过广义相对论预言了黑洞及引力波的存在,爱因斯坦却始终对此存疑。尽管后来他不得不承认引力波确实存在,但仍然认为人类可能永远都无法探测到这种过于微弱的效应。由此可见,无论是一个人还是一个社会,其固有的观念往往极为牢固,想要对其进行改变,不可能只通过理论推导,往往还需要坚实的实验证据。天文学观测的意义也就在于此。

如果说整个宇宙都处于膨胀状态,所有天体都在离我们远去,那么宇宙的过去又是什么样的?关于宇宙是否存在一个开端,长期以来都曾是一个哲学问题。如今已经发现了宇宙膨胀的证据,那么以此反推,便可以得出在某段时间之前,宇宙中的所有物质都源于一个非常紧凑致密的状态——这就是宇宙的开端。但静态宇宙的观念传统依然强大,并不是所有科学家都能够接受宇宙有一个开端的想法。“宇宙开端论”和“静态宇宙论”两派相互对立。在1949年3月的一次电台讲座中,相信“静态宇宙论”的英国科学家弗雷德·霍伊尔(Fred Hoyle)将他并不信服的“宇宙开端论”描述为“大爆炸”(Big Bang)。他没有想到的是,后来支持宇宙存在开端的天文学证据越来越多,而他随口而出的这个词因为通俗易懂,便成为如今人们所熟知的描述宇宙开端的“宇宙大爆炸”。

美国物理学家和无线电工程师卡尔·央斯基和他的研究设备(约1940年)

突破视觉与大气层的限制

在1932年,贝尔实验室的无线电工程师卡尔·央斯基(Karl Jansky)在设置一个直径大约30米、高6米,用来接收波长约14.6米无线电波的天线时,发现了一种大约每天都会涨落一次的背景杂音。经过几个月的精密测量,央斯基发现这种背景杂音的周期是23小时56分——这正是地球相对于宇宙的自转周期。由此可以判断,这种背景杂音并非来自太阳,而是来自于银河系的中心。

虽然之后央斯基想要进一步研究这种来自银河系中心的无线电波的想法没有得到贝尔实验室的支持,但他在1933年发表的论文《明显的外太空电子干扰源头》(Electrical Disturbances Apparently of Extraterrestrial Origin)仍然被认为是开启了人类射电天文学时代的标志。可见光属于电磁波,在可见光的频率范围之外进行射电天文学观测,从此便成为20世纪天文学家的一项主要任务。为了探测超出人类视觉范围、波长更长频率更低的射电信号,天文学家们开始建造越来越多,也越来越大的射电望远镜。这些天文望远镜状如“大锅”的独特形状,也成为人类进行宇宙探测的标志之一。

美国物理学家和无线电工程师卡尔·央斯基

射电天文学的开启有着偶然的原因。而在几十年的宇宙探测中,射电天文学最重要的发现之一同样具有戏剧色彩。在1967年10月,剑桥大学卡文迪许实验室的研究生乔丝琳·贝尔·伯奈尔(Jocelyn Bell Burnell)在检查射电望远镜接收到的数据时,发现了一组极其有规律的信号,其重复周期是精确的1.337秒。在接下来的一段时间里,她又注意到这样的信号多次出现。在与导师安东尼·休伊什(Antony Hewish)讨论之后,他们认为这种奇异的信号来自于一种全新的天体,他们为之命名为“脉冲星”(pulsar)。

望远镜突破了人类视觉的限制,还需要突破地球大气层的限制。在地面上观察星星,会发现它们在不断闪烁——这是地球大气层对光线的扰动造成的结果。能否在太空中架设望远镜,在光线被地球大气层吸收和扭曲之前去观察天空?美国天文学家莱曼·斯皮策(Lyman Spitzer)在20世纪40年代提出了这个设想。在1946年7月,斯皮策发表了著名论文《在地球之外的天文观测优势》(Astronomical Advantages of an Extra-terrestrial Observatory),提出了让望远镜进入太空的建议。

实际上,德国物理学家赫尔曼·奥伯特(Hermann Oberth)早在20世纪初就曾经指出,如果让望远镜在真空中工作,没有了大气层的干扰,星星将不再闪烁,同时还可以接收到紫外线和一部分红外线——这些辐射在到达地球时会被大气层吸收。但是要将一个复杂的望远镜发射到太空,在20世纪初期看来,需要一个工程学的奇迹。

随着人类太空技术的进步,第一个摆脱地球大气层的干扰,进入到太空中工作的望远镜是于1968年12月7日升空的“OAO轨道天文台2”(Orbiting Astronomical Observatory 2)。这个重达2吨的太空望远镜由一架半人马座火箭(atlas centaur rocket)发射进入太空,在距离地面750公里的轨道上,通过紫外线望远镜对彗星、行星和星系进行观测。

2003年8月25日,以斯皮策命名的斯皮策太空望远镜(Spitzer Space Telescope)发射升空,在地球轨道上进行红外线观测。斯皮策太空望远镜在最后拍摄了加州星云(California Nebula)的图像之后,最终于2020年1月30日正式退役。根据统计,人类已经发射了超过90架太空望远镜,目前也有超过20架太空望远镜正在地球轨道上工作。

其中最具代表性的太空望远镜当属欧洲空间局(ESA)和美国航空航天局(NASA)从20世纪70年代就开始共同设计建造的哈勃太空望远镜(Hubble Space Telescope)。这架拥有2.4米宽镜面的太空望远镜终于在1990年4月25日升空,在距离地面600公里的轨道上进行观测。它已经在太空中工作了超过30年时间。在这30多年的时间里,科学家们曾经多次对它进行修理和维护,也曾在望远镜上增加各种科学仪器。如今它仍在孜孜不倦地进行宇宙探测,向地球发回各种图像和数据。

宇航员在太空中为哈勃望远镜进行维护工作(图片来源:NASA)

发现大爆炸的余波与加速膨胀的宇宙

人类对宇宙的探测突破了视觉的限制之后,望远镜的形态也开始变得多种多样起来。时间回到1965年,贝尔实验室的两位科学家阿诺·彭齐亚斯(Arno Penzias)与罗伯特·威尔逊(Robert Wilson)在架设和测试一个非常灵敏的接受微波信号的天线时,发现总是有一些无法被排除掉的背景噪声。无论把天线指向哪个方向,噪声的强度似乎都一致。他们反复检查了天线的线路,甚至清除了掉落在天线上的鸽子粪,但这恼人的噪声仍然存在,昼夜不停,全年无休。无奈之下,彭齐亚斯只能向普林斯顿大学的物理学家罗伯特·迪克(Robert Dicke)电话求助。而实际上,当时迪克和他的研究团队正在搜寻的正是这种神秘的信号。根据宇宙大爆炸理论的模型,如果整个宇宙诞生于一种致密、炽热的状态,那么在宇宙中将会充斥着一种略高于绝对零度的微波辐射——这正是宇宙大爆炸的余波。

早在1948年,苏联科学家乔治·加莫夫(George Gamow)就预言了这种辐射的存在,对此无所察觉的迪克在1965年又一次预言了这种辐射的存在。迪克没有想到,在他们尚未展开测试时,这种在宇宙空间里留存了大约140亿年的信号便被彭齐亚斯和威尔逊在无意之中探测到了。迪克也因此在天文学界留下了一句名言:“伙计们,我们被抢先了。”(Boys,we have been scooped.)彭齐亚斯和威尔逊在无意之中发现了宇宙诞生于一场大爆炸的最有力的证据。这种在宇宙空间中无处不在的微波辐射被称为“宇宙微波背景辐射”(Cosmic Microwave Radiation)。

在宇宙大爆炸的作用之下,大约140亿年以来,宇宙一直处于膨胀的状态之中。但是宇宙膨胀的速度又在发生怎样的变化?宇宙中有着数以千亿记的星系,而每个星系中又有数以千亿计的恒星。除了可见物质之外,还有神秘的暗物质。在未来,随着物质之间万有引力的作用,宇宙膨胀会不会变慢甚至是终止,宇宙中的物质会不会重新开始聚合?宇宙的未来究竟是怎样的?想要解答这些问题,就需要精确测量出宇宙膨胀速度的变化。

想要测量宇宙膨胀速度的变化,需要更加精细的观测方法。1998年1月8日,在美国天文学会的年会上,两组科学家不约而同地宣布了一个相同的发现。由索尔·珀尔马特(Saul Perlmutter)领导的超新星宇宙学计划(Supernova Cosmology Project),与由布莱恩·施密特(Brian Schmidt)和亚当·里斯(Adam Riess)领导的高红移超新星搜索队(High-z Supernova Search Team)各自独立发现,宇宙膨胀正在加速之中!

所谓“做出超凡的主张,需要有超凡的论证”,做出这样震惊世界的发现,需要有坚实的观测证据。测量宇宙膨胀的速度的变化,最终发现暗能量,可以说是集合了全世界多个太空望远镜的特长,又经过了长时间探索才得以实现。正如哈勃当年选择通过观测造父变星的亮度计算宇宙中天体与地球的距离。两组科学家都选择了通过宇宙中罕见的“Ia型超新星”(Ia supernovae)作为“标准烛光”(standard candle)来测定距离。Ia型超新星是一种处于爆发状态的亮度固定的天体。通过观测它们的相对亮度,便可以计算它们与地球的距离。

为了寻找和观测这种在天空中罕见的天体,测量宇宙膨胀速度的两组科学家利用位于智利安第斯山脉之中的托洛洛山美洲际天文台(Astronomical Observatory Cerro Tololo)、欧洲南方天文台(European Southern Observatory)、夏威夷的凯克天文台(Keck Observatory),甚至是太空中的哈勃太空望远镜去观测距离不同的超新星,而后再把观测数据传回计算中心,利用超级计算机进行处理,最后终于得出了令人信服的结论。

这个在20世纪末做出的发现也成为至今为止21世纪宇宙学最大的谜题:究竟是什么力量在推动着宇宙加速膨胀?人们只知道这种宇宙中无所不在的力量与万有引力相反,是一种推动空间膨胀的斥力。人们只能叫它“暗能量”(dark enrgy)。算起来,宇宙中最重要的成分其实是这种无所不在的暗能量,它占据了宇宙中质能总量的68%,围绕着星系分布,却又不与普通物质发生反应,只能发生引力作用的暗物质占据了27%;相比之下,构建了我们的身体,以及我们所能触及、见到的一切的“普通物质”,才占到了宇宙质能总量的5%而已。

在太空中运行的哈勃望远镜(图片来源:NASA)

时至今日,天文望远镜的概念已经发生了巨大变化。从最早透过玻璃镜片去观望宇宙,到如今人类早已突破了视觉的局限,在地面或太空中探测从射电信号到伽马射线等不同频率的电磁波。除此之外,在天上地下,还有各种设备在寻找着包括暗物质在内的来自宇宙的各种粒子。而巨大的引力波探测器,则是一种专门观望黑洞和中子星等致密天体发生碰撞所产生的引力波的特殊望远镜……它们都是人类望向太空,充满着求索精神的眼睛。这些人类的眼睛望向宇宙的四面八方,见证恒星的诞生和死亡、星系的形成。它们凝视着这无尽膨胀的宇宙深处,那里既是我们的来处,也将是我们的归处。

从一个人对宇宙进行充满好奇的一瞥,直到成为全人类共同的事业,宇宙学凝聚着人类最深的好奇心。已经持续工作超过30年的哈勃太空望远镜承载着埃德温·哈勃的名字,在地球轨道上继续探测宇宙深处。而詹姆斯·韦布太空望远镜试图回溯宇宙的历史,找寻宇宙中最早的星系;同时它还在搜寻着临近的行星,分析其大气层的构成,希望能找到一个环境与地球类似的生命的庇护所。未来还有更多的太空望远镜将会升空,现在它们尚在建造之中,或者还只是一个概念的雏形……

发布于2022年11月16日,詹姆斯·韦布望远镜拍摄的最新照片,暗云中的原恒星 L1527(图片来源:NASA)

在期待更多来自太空的消息之前,让我们再看一看这架人类建造过的最大、最复杂,也最昂贵的太空望远镜:詹姆斯·韦布太空望远镜拥有一个巨大的6.5米宽的镜片,整个镜片被分解成18个六边形小镜片。在到达指定位置之后,小镜片们徐徐展开,拼接成一个整体,位置误差不超过10纳米。这些镜片由金属铍制成,表面镀金。太阳、地球、月球都位于镜片的同一侧。在镜片的背后,一个21米宽的巨大遮光罩保证镜片接收到的红外信号可以不受到来自太阳、地球和月球的干扰,并且让其达到真正的低温状态,在零下223度以下的环境中工作。

在未来10年到15年中,这架太空望远镜将给我们带来关于宇宙黎明时期的信息,也可能发现与地球环境类似的行星,在那里也可能存在着生命。英国天文学家伯纳德·洛维尔(Bernard Lovell)曾说:“人类文明的命运将取决于火箭在未来所搭载的究竟是天文学家的望远镜还是一颗氢弹。”詹姆斯·韦布太空望远镜在太空中为人类探寻宇宙最深处的秘密,而它本身就是人类智慧的结晶,一个工程学的奇迹,也已经成为人类探索宇宙的新的象征。

2021年12月25日,法属圭亚那,圭亚那航天中心欧洲航天港发射区。搭载詹姆斯·韦布望远镜的火箭发射升空的瞬间

所谓“偶开天眼觑红尘,可怜身是眼中人”。如果说人类建造的种种指向太空的望远镜是一只只望向宇宙的眼睛,那么人类也曾借助这样的眼睛深情地回望自己。在1990年2月14日,“旅行者1号”(Voyager 1)太空探测器已经完成了它的科学探测任务。在距离地球越来越远,并将最终离开太阳系之际,它调转镜头,拍摄了一张太阳系的“全家福”,当时距离它64亿公里的地球也在这张全家福之内。在后来被传回地球的这张照片中,我们所生活的家园只是上面一个渺小的“暗淡蓝点”。这个宇宙中的“暗淡蓝点”,就是我们永恒的家园,是我们进行宇宙探测的起点。它凝结着我们的所有希望和梦想。在这个渺小的行星之上,人类通过望远镜探寻光的故事仍在继续。

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苗千

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