哈勃望遠鏡，以別樣的方式打開我們的視野，引領我們走向浩渺太空
2023-03-31 11:58:06
哈勃望遠鏡是如何讓我們觀察到宇宙中第一個星系的
哈勃太空望遠鏡於1990年4月24日發射。在這張照片中，發射臺39a和39b都搭載太空梭，這在歷史上還是第一次。美國航空公司空美國航天局
30年前的4月24日，哈勃太空望遠鏡發射升空。這是一個顯著的裡程碑，因為哈勃的預期壽命只有10年。
哈勃壽命長的主要原因之一是它可以被徹底檢修和完善。這是因為太空梭參觀了哈勃望遠鏡並帶來了新的觀測設備。
哈勃首次發射時，它的設備可以觀察紫外線和可見光。紫外線的波長很短，肉眼看不見，但可見光是肉眼可見的。1997年的維護任務為哈勃望遠鏡增加了觀察近紅外光的設備。近紅外光波很長，肉眼看不見。哈勃望遠鏡觀察近紅外光的新裝置有兩個主要功能:望遠鏡可以觀察比以前更深的宇宙。同時，恆星形成的地方充滿了星塵，望遠鏡也能看到星塵的更深處。
我是亞利桑那大學的天體物理學家。我用近紅外光來進一步了解宇宙的規律，比如恆星的形成和宇宙學。大約35年前，我能夠為哈勃建造一個近紅外照相機和光譜儀。這是一生一次的機會。我的團隊設計並製造了照相機，改變了人們觀察和理解宇宙的方式。在我們的指導下，該設備由位於科羅拉多州博爾德的波爾航天公司製造。
肉眼可見的光是輻射的一部分，也稱為電磁波譜。較短波長的光具有較高的能量，較長波長的光具有較低的能量。哈勃太空望遠鏡主要觀察可見光(如彩虹所示)，也可以觀察部分紅外輻射和紫外輻射。美國航空公司空美國航天局/約翰·霍普金斯大學應用物理實驗室/西南研究所(美國航天局/JHUAPL/SwRI)
在20世紀早期，埃德溫·哈勃(以哈勃的哈勃空望遠鏡命名)發現宇宙一直在膨脹，從遙遠星系輻射的光波被拉長變紅，這種現象被稱為紅移。距離越遠，紅移現象越明顯。這是因為物體越遠，光到達地球並接近我們所需的時間就越長，而宇宙正在越來越大。
目前，歷史上最遙遠的星系圖像是利用哈勃的紫外波段和其他光學設備拍攝的，即1996年發布的著名的北哈勃深空(NHDF)圖像。然而，受紅移的限制，拍攝的照片已經達到了哈勃望遠鏡所能達到的極限，哈勃望遠鏡已經將最遠星系的所有光線從可見光發展到紅外光。
在第二次維護期間，哈勃望遠鏡增加了一些新的儀器和設備，其中之一是久負盛名的近紅外照相機和多目標光譜儀(NICMOS，聲音「尼克·莫斯」)。NICMOS上的近紅外照相機觀察了北哈勃深空(NHDF)的區域，甚至發現所有由遙遠星系發出的光都在近紅外範圍內。
尼克莫斯曾經記錄了一張非常經典的照片——銀河系中心的一個巨大星團。這是由於NICMOS的紅外攝像能力，它使我們能夠透過中心厚厚的氣體和塵埃雲進行觀察。NARS/JHUAPL/索羅門群島
天文學家有特權觀察過去發生的事情，他們稱之為「回溯時間」目前，我們對宇宙年齡最精確的測量是13.7億年。光在一年中傳播的距離稱為光年。NICMOS觀測到的最遠星系距離我們約13億光年，這意味著NICMOS探測到的光已經「太空旅行」13億年了，我們看到的圖像與13億年前的情況相同，當時宇宙只有現在年齡的5%。這是第一個出現的星系，它形成新恆星的速度是宇宙中大多數星系的1000倍。
隱藏在塵土中
儘管天文學家研究恆星形成已經有幾十年了，但仍然存在許多問題。部分問題是大多數恆星是由分子和塵埃雲形成的。塵埃吸收紫外線並形成大多數恆星發出的可見光，這使得哈勃的紫外線和光學儀器很難研究這一過程。
光的波長越長或越紅，它吸收的光就越少。這就是為什麼日落時的光線必須穿過長長的布滿灰塵的天空，呈現紅色。
然而，近紅外光通過塵埃的時間比紅光燈短。近紅外攝影和多目標光譜儀(NICMOS)可以用哈勃圖像質量觀察恆星形成區域，以確定恆星形成位置的細節。一個很好的例子是哈勃拍攝的鷹狀星雲，也被稱為創造之柱。
光學圖像顯示了雄偉的石柱，似乎表明在更大的空處形成了恆星。然而，NICMOS圖像顯示不同的圖片。在NICMOS圖像中，大多數柱子是透明的，沒有星星。星星只在柱子的頂部形成。光學柱只反射來自附近一群塵埃空的恆星的光。
可見光中的鷹星雲，美國宇航局，歐洲空機構和哈勃遺產組
在這張哈勃空望遠鏡的圖像中，鷹星雲是創造的支柱。在這裡，可以通過紅外光看到柱子，紅外光穿透了被覆蓋的灰塵和氣體，並展示了一個更加奇怪但同樣令人驚奇的柱子視圖。
美國航天局(美國航天局)、歐空局(歐洲空機構)/哈勃望遠鏡和哈勃望遠鏡遺產小組
紅外線時代的到來
1997年，當NICMOS被添加到HOST(哈勃空望遠鏡)時，美國國家航空航天局沒有未來的紅外線也空飛行計劃。隨著國家信息通報管理系統的結果變得明顯，這種情況變化很快。根據NICMOS的數據，科學家們已經了解到宇宙中完全形成的星系比預期的要早得多。尼克莫斯的圖像也證實了宇宙的膨脹正在加速，而不是像以前認為的那樣減緩。繼NHDF紅外圖像之後，2005年哈勃超深場圖像進一步顯示了遙遠年輕星系的近紅外成像功能。因此，美國航天局決定投資詹姆斯·韋伯空望遠鏡(JWST)，它比哈勃望遠鏡大得多，完全用於紅外觀測。
2009年5月，哈勃望遠鏡擁有了第三代廣域照相機，近紅外成像儀成為這一代照相機的一部分。該相機採用改進的NICMOS(近紅外相機和多目標光譜儀)探測器陣列，具有更高的靈敏度和更寬的視場。詹姆斯·韋伯的空望遠鏡(哈勃的「繼任者」)配備了更多版本的NICMOS探測器陣列，其波長覆蓋範圍比他們的前輩更大。
韋伯望遠鏡預計將於2021年3月發射0+號，隨後是廣域紅外巡天望遠鏡，它將構成美國宇航局未來0+號任務的主體。這些項目都是由哈勃的近紅外觀測推動的。最初，美國宇航局對近紅外相機和光譜儀的投資使哈勃望遠鏡長出了「紅外眼睛」，從而確保了近紅外觀測的成功。隨著韋伯望遠鏡的出現，天文學家有望看到宇宙中最早的星系。
相關知識
哈勃空望遠鏡(通常被稱為「哈勃」或「哈勃」)於1990年發射進入低地球軌道，目前仍保持其位置。他不是0+望遠鏡的創始人，但他是最大、用途最廣的0+望遠鏡之一。他不僅作為一個重要的研究工具，而且作為天文學中的「公共關係吉祥物」而聞名。哈勃望遠鏡以天文學家埃德溫·哈勃的名字命名，與康普頓伽馬射線天文臺、錢德拉x射線天文臺和斯皮策0+望遠鏡一起被稱為「美國航天局的四個天文臺」。
哈勃望遠鏡配有一個2.4米(7.9英尺)的反射鏡，它的四個主要儀器在電磁波譜的紫外、可見和近紅外區域進行觀測。哈勃望遠鏡的軌道使它的拍攝工作不受大氣的「幹擾」，這就是為什麼它拍攝的高清晰度照片較少受到背景光的幹擾，而留下地面望遠鏡。它記錄了一些最詳細的可見光圖像，使得觀察太空成為可能。許多哈勃觀測給天體物理學帶來了突破，例如宇宙膨脹速率的測定。
作者:《漫步時光》、《斯萊特林》、《天使》、《漫長的冬天》
風雲:天文志願者團隊
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