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『哈勃』30年绕地球飞行16万圈，NASA哈勃望远镜演绎不老传奇( 二 )


哈勃望远镜第三个成果是星系的形成与演化调查 。 通过哈勃深场和哈勃超深场 ， 科学家发现早期宇宙中的星系体积较小 ， 形状也不规则 ， 于是发现了星系通过合并和碰撞重塑外形和质量 。
同时 ， 科学家还确定了星系形成高峰期出现70至80亿年前 ， 在宇宙诞生之后不到10亿年的阶段 ， 恒星形成速率要比峰值低3倍左右 ， 而今天的宇宙中恒星形成速率要比峰值低10倍 。
『哈勃』30年绕地球飞行16万圈，NASA哈勃望远镜演绎不老传奇
本文插图

『哈勃』30年绕地球飞行16万圈，NASA哈勃望远镜演绎不老传奇
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哈勃望远镜第四大成果是发现超大质量黑洞与类星体有关 ， 并且对存在类星体的宿主星系进行了观测 。 在哈勃望远镜之前 ， 没有天文台能够执行这项研究 。 哈勃望远镜研究对象就是M87星系（室女A星系） ， 这里也是动画片中奥特曼的故乡 ， 距离我们5350万光年 。 星系中的超大质量黑洞 ， 质量相当于太阳的66亿倍 ， 事件视界半径远至海王星轨道 ， 2019年公布的M87星系黑洞也是第一张黑洞图像 。 哈勃望远镜发现 ， M87星系的黑洞喷流以光速向外喷射 ， 延伸5000多光年 。
哈勃望远镜第五大成果应该是对系外行星的观测 。 自2009开普勒望远镜升空之后 ， 发现系外行星变成了天文学一个风口 。 事实上哈勃望远镜在1990年代就开始研究如何观测系外行星 。 哈勃望远镜使用的方法是凌日法 ， 当行星周期性通过恒星盘面时 ， 恒星会变暗大约1%至2% ， 据此我们可以推算出行星半径 。
恒星光超过行星大气层 ， 一部分会被原子吸收形成特定的光谱 ， 这样就可以确定行星大气中原子和分子有哪些 ， 以及丰度多少 。 实战观测中 ， NASA发现HD 209458恒星周围的行星大气中有氧元素 ， 这是首次对系外行星大气成分进行确定 ， 哈勃望远镜还对北落师门b（距离地球25.13±0.09光年的一颗行星）进行了首次可见光成像观测 。
太空望远镜有很多 ， 为什么哈勃望远镜独领风骚？
哈勃望远镜虽然不是第一台太空望远镜 ， 但应该是成果最多、影响力最大的太空望远镜 ， 在近30年生涯内无人能敌 。
哈勃望远镜主要工作波段是近红外、可见光和部分紫外 ， 覆盖波长为115纳米至1200纳米 。
近红外主要用来观测被尘埃云遮挡的天体 ， 赋予哈勃透视能力；可见光可拍摄到人肉眼能看见的图像 ， 提升了成像质量；部分紫外可分析星际介质的化学成分、密度、新生恒星的温度 ， 也可以观测白矮星、行星状星云中心天体 ， 它们在紫外波段上有较强的辐射 。
从工作波长上就可以清楚得知 ， 哈勃望远镜本质是将陆基光学望远镜搬到了天上 ， 并且增加了中短波长紫外光谱的观测能力 。 地球臭氧层、大气会吸收掉100纳米至320纳米的中短波长紫外线 ， 在地面上的光学望远镜无法对这部分光谱进行观测 。 在太空望远镜中 ， 波长覆盖可见光的大型平台 ， 除了哈勃望远镜外 ， 还有开普勒太空望远镜、TESS凌日系外行星太空望远镜 ， 盖尔太空望远镜等 。 但这些平台镜面直径太小 ， 任务单一 ， 属于细分领域的太空望远镜 ， 无法与哈勃望远镜匹敌 。
在过去30年内建立的大型陆基望远镜 ， 主要观测波长都在300纳米以上 ， 只能捕捉到可穿透大气层的长波紫外线（波长介于320纳米至400纳米） ， 这部分长波紫外就是把你皮肤晒黑的真凶 。
正在建造中的GMT巨型麦哲伦望远镜主镜面直径为8.4米 ， 工作波长为320纳米至25微米 ， 可覆盖远红外线；主镜面39.3米直径的E-ELT欧洲极大望远镜观测波长为可见光至远红外；主镜面8.2米直径VLT甚大望远镜观测波长为300纳米至20微米；TMT30米直径望远镜工作波长也是可见光至中红外；10米主镜面直径的凯克天文台工作波长为可见光至近红外 。 由此可见 ， 陆基大型光学望远镜的主镜面比哈勃望远镜的2.4米镜面更大 ， 因此从观测能力上看 ， 哈勃在可见光波段上要逊于陆基大型光学望远镜 。


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