天文|人类如何发现首个星系的？也许哈勃望远镜会回答这个问题
简介：哈勃太空望远镜在三十年前的4月24日推出 。 这是一个令人印象深刻的里程碑 ， 特别是它有十年的预期寿命 。 哈勃望远镜使用寿命长的主要原因之一是可以通过航天飞机的访问使用新的观测仪器对其进行维修和改进 。 
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图解：哈勃太空望远镜于1990年4月24日发射升空 。 这张照片于39a和39b发射台发射时第一时间摄下 。 图源：NASA
罗杰·i·汤普森 ， 亚利桑那大学天文学教授
哈勃太空望远镜于30年前的4月24日发射升空 。 这是一个令人印象深刻的里程碑 ， 尤其是在它的预期寿命只有10年的情况下 。
哈勃望远镜长寿的主要原因之一是 ， 它可以通过航天飞机的到访 ， 利用新的观测仪器进行维修和改进 。
哈勃望远镜首次发射升空时 ， 它的仪器可以观察到波长短于人眼可见光的紫外线 ， 以及人眼可见光 。 1997年的一次维修任务给它增加了一个仪器来观察近红外光 ， 这是一种比人眼可见光波长更长的光 。 哈勃望远镜的新红外线检测装置提供了两个新的主要功能：能看到比之前更远的太空和能够看到恒星形成的尘埃区域更深处 。
我是亚利桑那大学(University of Arizona)的天体物理学家 ， 从恒星的形成到宇宙学各种角度出发 ， 利用近红外观测来更好地理解宇宙的运行方式 。 大约35年前 ， 我有机会为哈勃建造一个近红外照相机和光谱仪 。 这是一次一生难得的机会 。 我的团队所设计和开发的相机改变了人类看待和理解宇宙的方式 。 仪器是在我们的指导下 ， 在科罗拉多州博尔德的波尔航空航天公司制造出来的 。
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这是用NICMOS拍摄的典型图像 。 它显示了我们银河系中心的一个巨大的星团 。 由于它的红外线功能 ， NICMOS能够透过这些中心区域的尘埃和气体的厚重云层 。 (图片来源:美国国家航空航天局/ JHUAPL SwRI)
看到更遥远更早期的东西
哈勃望远镜(HST)的同名者埃德温·哈勃(Edwin Hubble)在20世纪初发现 ， 宇宙在膨胀 ， 来自遥远星系的光线被转换成更长的、更红的波长 ， 这一现象被称为红移 。 距离越远 ， 偏移越大 。 这是因为物体离我们越远 ， 光线到达地球所需的时间就越长 ， 宇宙在这段时间里就膨胀得越大 。
哈勃的紫外线和光学仪器拍摄了迄今为止所见过的最遥远的星系的图像 ， 这些星系被称为北方哈勃深空 ， 或称NHDF ， 于1996年公布出来 。 然而 ， 由于红移 ， 这些图像已经达到了能够拍摄的距离极限 ， 红移将最遥远星系的所有光线由可见光转移为红外线 。
哈勃望远镜第二次维护任务中增加了一个名字奇怪的新仪器 ， 叫做近红外相机和多目标光谱仪 ， 简称NICMOS ， 读作“尼克·莫斯” 。 NICMOS上的近红外摄像机观察了NHDF的区域 ， 发现了更远的星系 ， 它们所有的光都是近红外的 。
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这是用NICMOS拍摄的典型图像 。 它显示了我们银河系中心的一个巨大的星团 。 由于它的红外线功能 ， NICMOS能够透过这些中心区域的尘埃和气体的厚重云层 。 (图片来源:美国国家航空航天局/ JHUAPL SwRI)
天文学家有能够观察到过去所发生事情的特权 ， 他们称之为“时间回溯” 。 我们对宇宙年龄误差最小的最佳测量值是137亿年 。 光在一年内传播的距离称为光年 。 NICMOS观测到的最遥远的星系距离我们近130亿光年 。 这意味着NICMOS探测到的光已经运行了130亿年 ， 并显示出了130亿年前的星系的样子 ， 当时宇宙的年龄只有现在的5% 。 这些是第一批宇宙创造出的星系 ， 它们形成新恒星的速度是目前宇宙中大多数星系形成恒星的速度的一千倍以上 。
隐藏在尘埃之中
尽管天文学家研究恒星的形成已经有几十年了 ， 但仍然存在很多疑问 。 部分问题在于 ， 大多数恒星是由分子和尘埃组成的星云 。 尘埃吸收了紫外线和大部分恒星形成时发出的光 ， 使得仅仅依靠哈勃的紫外线和光学仪器难以研究这一过程 。
光的波长越长或越偏红 ， 被吸收的就越少 。 这就是为什么太阳落山时 ， 光线必须穿过长长的布满灰尘的空气 ， 才会呈现红色 。
然而 ， 近红外比红光更容易穿过尘埃 。 NICMOS可以用哈勃望远镜的高质量图像观察恒星形成的区域 ， 以进一步确定恒星形成的细节 。 有个很好的例子就是哈勃所拍摄到的鹰状星云 ， 也被称为“创造之柱” 。
这张光学图像显示了雄伟的柱状物 ， 似乎昭示了巨大空间内恒星的形成 。 然而 ， NICMOS图像显示了一个不同的画面 。 在NICMOS图像中 ， 大多数的柱状物是透明的 ， 并没有恒星形成 。 恒星只是在柱状物顶端形成 。 这些光学柱实质上只是一些空洞的尘埃 ， 反射着附近一组恒星发出的光 。
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