哈勃望遠鏡上天27年都幹了些啥？(下)

編譯：Camelion

審校：山寺小沙彌

圖0：哈勃空間望遠鏡。由亞特蘭蒂斯號太空梭執行任務離開時拍攝。

上接昨天，在哈勃望遠鏡上天27周年之際，我們接著說——哈勃上天27年，都幹了啥……

圖1:哈勃望遠鏡拍攝的NGC4302（左）和NGC4298（右）在光學和近紅外波段的圖像。

七、柯伊伯帶的大發現

在對太陽系邊緣的矮行星——冥王星的探測中，哈勃在這個冰冷的世界中發現了四顆衛星，分別是水神星（Nix），九頭蛇星（Hydra），冥衛四（Kerberos），冥衛五（Styx）。最近天文學家發現，水神星和九頭蛇星的軌跡很混亂（不可預測）——原因是它繞著一顆相對質量並不是很大的矮行星旋轉。

圖21：這幅合成圖由哈勃望遠鏡拍攝於2012年。其中對小衛星進行了長時曝光（藍色區域），而對冥王星（Pluto）和卡戎（Charon）短時曝光（黑色區域）。

我們知道2015年7月NASA的「新視野號」探測器拍攝了一張冥王星的精彩照片。其實在科學家為「新視野號」安排行程的過程中，哈勃望遠鏡起了重要的作用——是它從上世紀90年代到2010年這些年對太陽系邊緣的探測，為「新視野號」繪製了旅行的地圖。2014年哈勃望遠鏡在柯伊伯帶發現了兩個天體，命名為2014 PN70和2014 MU69，隨後的旅途中將調整「新視野號」去拜訪後者。

此外哈勃望遠鏡還在鳥神星附近發現了一個直徑為161千米左右的衛星。鳥神星是柯伊伯帶中第二亮的冰狀矮行星，其直徑只有大約1400公里，距離太陽有77億公里遠，在2005年才被帕洛馬爾天文台發現。奇怪的是，這顆衛星（MK2）像木炭一樣黑，而鳥神星卻像雪一樣明亮。

圖22：在矮行星鳥神星上方的小點為鳥神星的衛星MK2，直徑約為161千米。

八、跟進小行星帶的演化

在火星和木星之間存在著一條布滿碎石和小行星的「帶」，在這地方小行星們經常會發生碰撞。在一個有著灰塵拖尾的點狀物體附近，哈勃望遠鏡觀測到了一個奇怪的X形圖案的結構。這種結構被認為可能是兩個小天體發生對撞產生的，其相對速度約為子彈的五倍。天文學家一直都認為小行星帶會在小行星之間的碰撞後而慢慢變得更加零碎，但這次則是首次通過觀測證實該猜想。

圖23：一個奇怪的X形碎片區以及後面的塵埃帶，科學家認為這可能是一個體型較小、速度較快的小行星撞入了一個體型較大、速度較慢的小行星。

另外哈勃望遠鏡還觀測到一個擁有六個「彗星尾巴」的小行星。計算機模擬表明，這些尾巴可能是由一系列塵埃噴射事件產生的。

圖24：小行星P/2013 P5的圖像和其他小行星不一樣，它有多條塵埃尾跡，且這些尾跡隨著時間發生變化。

九、見證恆星誕生

哈勃望遠鏡的紅外探測器能夠穿透厚重的塵埃雲，而在這些塵埃雲中，有成千上萬的恆星在燃燒著它們的生命。哈勃望遠鏡對這些星雲的觀測表明，在這些恆星誕生的地方，往往伴隨著劇烈的「陣痛」——新星產生出強烈的紫外輻射以及激震前沿，這些輻射會清除掉周圍的塵埃雲。

圖25：Herbig-Haro 47，這張圖中向左右兩側運動的發光物是恆星誕生的標誌，一顆新星就在圖像中心位置，不過現在被塵埃遮擋住了。當這些發光物質在空間中遇到其他塵埃雲時，將會產生弓形激波以及漣漪。

圖26：哈勃望遠鏡觀測到Herbig-Haro 34（HH 34）的一系列噴流。HH 34坐落於獵戶座星雲。

此外，哈勃望遠鏡也以前所未有的精度捕捉到來自新星的發光氣體發出的高能噴流。這些噴流是氣體旋轉流進新形成恆星過程中，被磁場引導，以超音速從恆星兩極噴射而出的副產品。哈勃望遠鏡多年來的工作，使天文學家能夠看到這些噴流隨著時間推移而發生的變化。測量並研究這些變化對於了解新星形成過程中複雜的物理過程非常有價值。

圖27：船底座星雲，被稱為「神秘山」。冷的氫氣以及塵埃向上延伸。在頂部，是一個三光年高的柱子，這個柱子逐漸被附近恆星的亮光和恆星風吹散；同時它還受著內部剛形成的原初恆星摧殘，一個噴流向左右兩個方向噴射而出。

十、記錄恆星的死亡之路

哈勃望遠鏡詳細記錄了類似太陽的恆星是如何一步步走向死亡。

地面上的望遠鏡對這些恆星所拍攝的圖片，基本上都是簡單的球形結構，所以稱之為「行星狀星雲」（注意它們不是行星）。但是哈勃望遠鏡的觀測發現，其實它們有各種各樣複雜的形狀，有些像風車，有的像蝴蝶，有的像沙漏。這些圖片告訴我們，其實恆星在坍縮形成白矮星之前，它拋射其外部氣體層的動力學是非常複雜的，而不像我們以前假設的那樣是球對稱的。

圖28：哈勃觀測到大量各種各樣複雜的行星狀星雲。

我們來看兩個例子。哈勃望遠鏡對1987A超新星進行觀測發現，圍繞著死亡的恆星有三個環狀結構。另外，哈勃望遠鏡還觀測到，在中環的內部區域不斷地出現一些由膨脹的波狀物質撞擊而形成的亮區。類似的還有蟹狀星雲M1（在我國宋朝時爆發的一顆超新星，被我國星官觀察到並記錄下來），哈勃望遠鏡對它的觀測揭示了大量之前從來不知道的細節，例如我們發現在其核心處有一個快速旋轉的脈衝星。

圖29：1994年哈勃望遠鏡觀測到的1987A超新星。

圖30：由1987A超新星中心拋射出的一陣波狀物質撞擊到一個已經存在的物質環上（這個物質環圍繞著死去的恆星）。隨之，環上各處的物質被加熱而發光，但是環中間粉紅色的部分卻很難解釋。

圖31：蟹狀星雲M1，是公元1054年人類觀測到的一顆恆星爆發後的遺迹。圖中顏色是為了區分不同的化學成分，現在這些物質都已散入空間中，將逐漸形成新一代的恆星。

十一、探測「光學回聲」

哈勃望遠鏡捕捉到一顆恆星爆發後形成的光反射序列圖像。

2002年1月，一顆紅巨星爆發出一個無法解釋的閃光，然後留下一片看起來像「擴張的泡沫」一般的遺迹。實際上，這泡沫似的遺迹只是閃光將本來已經存在的塵埃雲照亮了而已。由於光只能以有限的速度——光速傳播，所以閃光花了幾年才到達更遠的塵埃雲，然後照亮它們。這種現象稱為「光學回聲」，就像聲波在遇到峽谷或牆壁時的反射一樣。

圖32：光學回聲——來自麒麟座V838神秘的閃光，照亮了它周圍區域的塵埃雲。

中心的那顆紅巨星為麒麟座V838，離我們大概有2萬光年。在其迸發期間，它的亮度大約是太陽的60萬倍。它的爆發可能是由於吞併了一個鄰星或行星而觸發的。這顆紅巨星周圍的暗縫則是因為這地方沒有塵埃。

十二、尋找行星形成區

天文學家用哈勃望遠鏡證實了行星形成於環繞恆星的塵埃盤。哈勃望遠鏡在獵戶座星雲中首次發現一個繞著大約200顆恆星運轉的原行星盤。隨後通過對附近恆星的巡天觀測，哈勃完成了對塵埃盤完成了最大、最精細的光學圖像勘測。

圖33：在獵戶座星雲中發現的幾個原行星盤。行星盤被星雲發光氣體的光線照亮，顯露出一個輪廓。

這裡用兩個例子來簡單說明一下類似的發現：長蛇座TW和繪架座 。在遮擋住長蛇座TW星的亮光之後，科學家在其塵埃盤中發現了一個神秘的裂縫。這條裂縫很有可能就是由一個正在成長但還看不見的行星引起的，它通過引力不斷地吸引周圍的物質，像滾雪球一樣清掃出一條軌道來。這條軌道大概有19億英里寬，軌道上的物質還沒有被清除乾淨。同樣的，天文學家在繪架座 星也發現了相同的情況。

圖34：繪架座β星周圍塵埃盤的變化（側視圖）。從1997年和2012年拍攝的兩張圖可以看出，後者的裂縫變大，且更清晰。

圖35：長蛇座TW星周圍的塵埃盤裂縫。

十三、觀測星系細節和星系融合

當埃德溫·哈勃發現銀河系不是宇宙的全部，在其之外還有大量的星系時，他給這些星系做了一個基本的分類：漩渦星系、橢圓星系和不規則星系。現在這個以他名字命名的望遠鏡則揭示了這些星系前所未有的細節。此外，隨著哈勃望遠鏡觀測的距離越遠，它看到的景象也就越奇異怪誕，這是因為越往深處看宇宙越年輕，此時宇宙尺寸還很小，星系也很年輕，它們之間也更容易相互吸引而碰撞。

圖36：Sombrero星系（M104），一個漩渦星系的近似側視圖，看起來像一個寬邊的墨西哥草帽。

圖37：棒旋星系NGC1300，它的旋臂沒有旋轉到中心，而是連接在包含內核的星系棒的兩端。

圖38：NGC4676，昵稱「小鼠」。在引力作用下，它有一個包含大量恆星和氣體的帶狀結構，就像尾巴一樣。

在這些怪異的星系中，有一些蝌蚪狀的星系，它們是一些正在融合的星系，其融合過程將花費數億年時間。星系的融合會產生湍流和潮汐，這將導致其中的分子雲大量地產生新的恆星。哈勃望遠鏡能夠捕捉到這些星系之間不同時期的圖像，其觀測結果同時也預示著我們銀河系和近鄰M3140億年後的景象。

圖39：天線星系（NGC4038和NGC4039）。這是兩個正在融合的漩渦星系，其藍色區域明亮的節是大量年輕的星團，它們是由於星系融合過程中的湍流產生的。

原文鏈接：https://www.nasa.gov/content/goddard/2017/highlights-of-hubble-s-exploration-of-the-universe

編輯：Alex Yuan

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