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椭圆形、蝶状、涟漪状......这些星空照片该怎么看?

时间:2020-04-27 12:30:27 作者: 来源:51区未解之谜网 手机阅读

制作:中国科普

生产:优雅而直立

生产者:计算机网络信息中心

在轨道上运行30年后,哈勃拍摄了许多恒星、恒星、圆柱或螺旋的壮丽图像……这些宇宙图像是什么?

了解了这些图片的含义,也许下次你看到它们的时候,你就可以从科学的角度理解它们的奇迹,而不是停下来欣赏令人眼花缭乱的效果。

在解释具体的照片之前,我们首先需要了解大型望远镜的观察策略。

每个大型望远镜在设计之前就已经计划好了它的观测目标。这些目标和任务将是未来许多年最高水平设备最重要和最有效的科学产出。它不仅将引领科学界,而且最适合向公众推广。

对哈勃来说,它的空的高级位置,它分辨和收集光的能力,它的特殊仪器,以及它与其他科学项目的竞争,都决定了它的观察焦点:宇宙学,星际物质,银河动力学,恒星演化,和高能天体。我们看到的星星空图片都属于这些主要类别。

在哈勃发射的20多年前,它的使用已经在1969年的报告“大型望远镜的科学使用”中计划好了。

不懂这些深奥的名词吗?

没关系,让我们用简单的语言来谈论如何识别照片中的天体,以及这些美丽的照片如何与这些深奥的名词和人类最重要的前沿发现联系起来。

壮丽的螺旋星系

星系,也称为宇宙岛,是由无数恒星和尘埃组成的运行系统,就像银河系一样。

星系摄影是天体最美丽的照片之一。尽管它们的形状不断变化,但通过观察下面显示的旋涡结构,很容易判断它们是否是星系。

星系NGC 1300中间为棒状,周围有旋臂,被称为“棒螺旋星系”。银河系也是一个螺旋星系。

由于大多数星系都是扁平的圆盘,当斜向或侧向面对我们时,只能看到椭圆甚至是一条窄线。横跨夜空的银河系是我们银河系的横截面。

在NGC 4710星系的一侧,中间的黑暗杂质是一个尘埃盘。

一些特殊星系的尘埃盘扭曲了

星系图像很好地反映了哈勃的多波段重组。例如,在下图中,不仅有淡黄白色的光晕和暗红色的尘埃,还有蓝色和白色的星星点和粉红色的云(发射紫外线)。分析这些物质的分布可以探索重要的信息,例如恒星是如何形成的。

旋涡星系M74

有些星系不太规则,甚至有些相互吸引、撕裂和纠缠。这可以通过计算地图上的几个银河核心很容易地看到。星系如何运行也是一个亟待解决的重要难题。

斯蒂芬五重奏包含五个相互吸引的星系。左上角的黄色椭圆星系最远,受影响较小。

两个撕裂的星系Arp 273形成了玫瑰的形状。

大犬座两个合并的螺旋星系。

NGC 4676的两个星系也被称为“老鼠”星系,因为它们的长尾巴被重力拉出。

数以千计的光点都在一个地方,这是宇宙的最深处。

所谓的深空照片是宇宙最深处的图像。它的特点是显而易见的:数千万个光点聚集在一起,每个光点都有一个星系的形状。换句话说,它们有区域,而不是真正的点。用天文术语来说,它是“展览源”而不是“点源”。

天空熔炉基地的深处。当哈勃凝视足够长的时间,一千万个新的世界出现在黑暗的天空中。

哈勃拍摄深空的能力是独一无二的。深空星系的光线非常暗,需要长时间曝光。例如,上面的深层照片是连续拍摄了11.3天。地面上的望远镜受到大气辉光的干扰,几乎不可能获得如此清晰的效果。

背景星系的规则形状被前景阿贝尔2218星系团中的金黄色巨大天体扭曲成一个弧形。

在星系的背景中也发现了一种神奇的现象,即爱因斯坦预言的“引力透镜”。根据广义相对论,质量物体周围的光会弯曲,就像一面扭曲的镜子。在上图中,我们可以看到原始的短而厚的背景星系在前景星系附近延伸成许多飘渺的弧线。

很难区分星团和深层磁场吗?看看光点是否可见

在银河系内,恒星也聚集在一起。星团和远场照片的区别在于星团中的每颗恒星都是没有面积和形状的光点。

天炉座星团3号被称为球状星团,因为大量恒星聚集在一个球状区域。

大麦哲伦星系中的一簇恒星,蓝色年轻恒星刚刚从粉红色星云中出现。

在银河系的中心,人马座看起来像一个拥有惊人恒星密度的“珠宝盒”。

高能天体,宇宙中最耀眼的时刻

星系是数千亿颗恒星的集合。但是有时候,来自天体的爆炸能量相当于整个星系的能量。

许多星系照片包含能量极高的天体,其中最强大的是星系中心的超大质量黑洞。在哈勃拍摄以下照片的支持下,世界各地的几个射电望远镜进行了合作,并继续跟进,最终形成了去年在世界范围内引起轰动的黑洞照片。

M87中央黑洞发出的粒子流的黄色晕是星系,中央亮点是黑洞的位置。

同样,在下图中,尽管图中有一个巨大的星系,但最重要的是左下角的高能天体——超新星。像亮度变化这样的信息对我们来说是非常新的,也是测量天体之间距离的重要基础。

超新星1994和NGC 4526星系

简而言之,超新星是一颗大质量恒星生命的终结,它会爆炸成灿烂的星云烟花。在下图中,很明显,这种高能爆炸导致物质从两端喷出。

蝴蝶星云NGC 6032

此外,较老的恒星会相对平缓地抛出它们的球形外层,形成具有极高对称性的波纹状星云。古代天文学家把它们误认为行星周围的环,所以它们有一个特殊的名字叫做行星星云。

行星状星云NGC 7293就像一只巨眼

猫眼星云也是典型的行星状星云

然而,在爆炸中心,死星的内层可能浓缩成一个致密的核心,高速旋转并向外发射能量射线。很长一段时间后,对称星云会被辐射击碎,变成如下奇怪的形状。

蟹状星云是超新星爆炸的残留物,其中心有一颗发射能量的脉冲星。

2

DEM L 190星云也被它的中子星搅拌成心形。

星云,天体的温床

除了上面提到的由超新星爆发形成的星云外,还有许多星云形成团块,看不到明显的来源。它们经常形成各种奇怪的形状,所以它们有许多好听的名字。

鹰星云是鹰头部、冠部和羽状部的明亮区域,孕育着恒星。

马头星云(红外波段)

太阳和地球实际上都是由星云中的气体和尘埃形成的。因此,遥远星云中的恒星诞生的时刻对我们自己的起源非常重要。哈勃甚至捕捉到了恒星周围的尘埃(称为“原行星盘”),这些尘埃浓缩成“半成品”行星。

太阳系外行星“北落门B”是在北落门周围的原始行星盘中发现的。

为什么哈勃不能拍摄太阳和水星的照片?

我们习惯于看到主要行星的清晰图像。其中大部分是由在行星附近飞行的探测器拍摄的。行星不难识别。具有清晰地形的天体,如下图所示,一定是太阳系中的行星或它们的天然卫星。

不同半球火星的哈勃照片(南半球夏季)

哈勃望远镜拍摄的行星照片,虽然不一定像探测器拍摄的那样高清晰度,但时间上是昂贵的。任何时候都不可能发射令人兴奋的探测器。当有像卫星飞过和彗星接近这样的突发事件时,哈勃望远镜将会非常有用,如果它在任何时候都在照相机上的话。

木星大气的细节

因此,哈勃拍摄的系统中天体的照片大多包含特殊的动态现象。例如,上图中的木星炸毁了一场飓风,显示出新的红点。下图中的土星显示了南极的极光。

每两天土星极光的变化

此外,你永远也不会在哈勃的图片库里找到太阳和水星。它们太亮了,拍摄它们会烧坏设备。然而,科学家也发现了巧妙的间接方法。就像神话中的英雄通过盾牌反射光线,观察石化的恶魔一样,耀眼的阳光被月亮反射后会大大减少。

2012年,当金星在太阳前面经过时,哈勃瞄准了它在月球上的影子。该阴影包含金星大气折射的微弱阳光,通过它可以识别金星大气的成分。

当然,哈勃不仅拍摄了如此多的天体,还执行了许多特殊任务。例如,在发现引力波之后,它还“跟随风”观察产生引力波的天体(双中子星合并),在光带中看到它的出现,并证实了爆发。

哈勃2017年观测到的双中子星合并引起的涟漪

此外,哈勃与其他波段的望远镜相结合,产生了更多具有科学价值的图片。例如,在下面的子弹状星系团照片中,蓝色部分是哈勃看到的重力透镜的重建材料,红色部分是钱德拉空天文台在x射线波段的样子。两者的结合证明了暗物质的存在。

子弹簇1E 065556是两个簇碰撞的结果。

哈勃发布的图像都很漂亮,但是当浏览这些照片时,我们必须记住它们并不是纯粹出于审美目的。任何大型望远镜的使用时间都很紧。为了使用这些望远镜,世界上最杰出的天体物理学家必须将他们的申请提交给一个严格的委员会进行审查。竞争非常激烈。被批准的观测应用不仅需要有重要的科学意义,而且必须能够充分发挥这台望远镜的优势。

在下面的视频中,可以清楚地看到哈勃观察天体的策略和观察到的天体的特征。每张照片的平均成本超过100万元,这在科学价值和经济价值上都是非常珍贵的。

深空、星团、引力透镜、星系、彗星、行星、卫星、星云、恒星...这些迷人的图像为人类窥视新世界打开了一扇天窗。

哈勃30周年纪念视频(制作:优雅和直立;音乐:未来的世界音乐)

4月24日是哈勃发射30周年。在即将上映的纪录片《哈勃三十年:揭示宇宙奇迹》中,将会看到更多壮丽的恒星空图像。

正如爱因斯坦所说:“关于宇宙最不可理解的事情是它是可理解的。”看着这些天文照片,宇宙的壮丽之美是显而易见的,但也许更令人惊奇的是,随着时间的推移,大自然的美可以被人类欣赏,并深深地印在我们的文明之中。

除了特殊标签,本文中使用的所有图像都来自美国宇航局。

本文仅代表作者的观点,并不代表中国科普博览会的立场。

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