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第9章 哈勃

美国天文学家爱德温·哈勃是研究现代宇宙理论最著名的人物之一,是河外天文学的奠基人。他发现了银河系外星系存在及宇宙不断膨胀,是银河外天文学的奠基人和提供宇宙膨胀实例证据的第一人。

一、哈勃的生平

1889年11月20日,哈勃生于美国密苏里州的马锡菲。在七兄弟姊妹中排行第三。他父亲受聘于一家保险公司,要在芝加哥工作,因此举家移居惠斯登。他在学校的成绩优异,而且年龄又比同班同学小两年,因此他经常喜欢表现自己的才华,吸引别人注意。他喜欢户外活动,是一位运动健将,篮球、足球、田径,样样皆精。

哈勃在伊利诺的芝加哥大学读物理学,并于1910年在芝加哥大学取得数学和天文学的学士学位。哈勃原本喜爱天文学,但父亲希望他修读法律,他只好服从,所以当他获得了罗得奖学金而进入英国的牛津大学时,他主修了法律,不过亦选修了一些与天文有关的科目。在牛津大学期间,他开始对英国人的生活方式产生了兴趣,他学习英国人的口音,模仿英国人的衣着,甚至吸起烟斗来。1912年,他从牛津大学毕业了,从此他以律师为职业。

哈勃

1913年,哈勃的父亲因为疟疾和肝病去世了,他返回美国跟家人到肯塔基定居。

1914年,哈勃迁往威斯康辛,并在芝加哥大学的叶凯士天文台从事研究工作。他详细研究天空中的星云状天体。他对大小麦哲伦云特别感兴趣,采用了1912年美国天文学家勒维特利用造父变星的光度变化特征来测量麦哲伦云跟地球的距离的技巧,从而推断麦哲伦云位于我们的本银河系以外。

1917年,哈勃在芝加哥大学完成了天文学的博士学位。同时,加州威尔逊山天文台的天文学家乔治·艾莱利·黑尔邀请他一同工作。当时正赶上美国向德国宣战,他暂时拒绝而加入了美军。后来,他完成了论文,在考试合格三天后到职。首先他被派驻法国,然后被调往德国直到1919年。离开军队时,他的官阶为少校。

1923—1924年,在威尔士逊天文台,哈勃还发现仙女座大星云的12颗造父变星,根据周光关系,推算出它们位于银河系以外,是与银河系一样的恒星系统,这一发现是哈勃成为星系天文学的奠基人。

1924年2月26日,哈勃与一位富有的银行家的女儿共偕连理。

1924年底,哈勃在美国天文学会上宣布了关于河外星系这一重要发现。于是,最终解决了漩涡状星云是否是处于银河系外的天体系统的问题,并翻开了探索大宇宙的新一页。然后,他陆续发现其他河外星系,它们都好像本银河系一样拥有自己的星团和新星等天体。就是这样,他的岛宇宙概念便建立起来。从1925年起,他研究了河外星系的结构,又把它们分类;其中97%呈椭圆或漩涡状,其余3%为不规则星系。

1926年,哈勃提出河外星系形态分类法,称为“哈勃分类”,一直沿用到今天。

哈勃开始利用这些星系中的造父变星来计算星系与地球间距离的同时,他又量度这些星系光谱中的红移程度,借以计算星系正在远离地球的速度。1929年,哈勃发现距离地球越远的星系,后退的速度便越快——这就是哈勃定律,也是宇宙膨胀的首要证据。他发现到遥远星系的恒星的光的色度是有变化的,远离的恒星会变红,接近的恒星会变蓝,即恒星是会移动的,而这证明了宇宙在膨胀。

1931年,爱因斯坦到访威尔逊山天文台,他强调哈勃的观测结果更正了自己相对论对固定宇宙的推测,令威尔逊山天文台和哈勃自己都声名大噪。20世纪30年代中期,哈勃亦研究了星系在宇宙中的分布,并发现分布是均匀的。

1942年4月,国防部委任哈勃为弹道学专家。当他在马里兰对最新的军事武器进行研究时,他已经发现武器的破坏力,而日本遭原子弹轰炸后所造成的恶果,使他在1945年二次世界大战结束后积极反对核武器。

1948年,哈勃转到帕罗马山工作。不久他被证实患上心脏病。

1953年9月27日,哈勃病逝。

二、哈勃的科学成就

哈勃的著作有《星云世界》《用观测手段探索宇宙学问题》等。他还获得太平洋天文学会奖章和英国皇家天文学会金质奖章。

1929年,哈勃发现河外星系视向退行速度v与距离d成正比,即哈勃定律。哈勃定律揭示宇宙是在不断膨胀的。这种膨胀是一种全空间的均匀膨胀。因此,在任何一点的观测者都会看到完全一样的膨胀,从任何一个星系来看,一切星系都以它为中心向四面散开,越远的星系间彼此散开的速度越大。

哈勃对星系、宇宙膨胀和宇宙的大小的研究贡献良多。他发现漩涡状的星云其实是好像我们银河系般的星系。他又确认出仙女座大星系中的造父变星,证明河外星系的存在,并把它们分类,同时又发现星系光谱中的红移现象,证明星系间正互相远离,这发现给予宇宙膨胀理论极大的支持。

哈勃望远镜长13.3米,直径4.3米,重11.6吨,造价近30亿美元,于1990年4月25日由美国航天飞机送上高590千米的太空轨道。哈勃望远镜以时速2.8万千米沿寂静的太空轨道运行,默默地窥探着太空的秘密。

哈勃望远镜是有史以来最大、最精确的天文望远镜。它上面的广角行星相机可拍摄到几十到上百个恒星照片,其清晰度是地面天文望远镜的10倍以上,其观测能力等于从华盛顿看到1.6万千米外悉尼的一只萤火虫。

1999年4月,利用哈勃望远镜拍摄的深空图像,美国纽约州立大学斯托尼布鲁克分校的研究人员发现了宇宙边缘附近有一个距离地球130亿光年的古老星系,这是迄今为止人类所发现的最遥远的天体;利用全新的近红外仪器,透过茫茫的星际,人们发现了“皮斯托”星,这是至今发现的最大的一个天体。利用哈勃望远镜的宽视场和行星摄像机,科学家获取了第一张伽马射线爆发的光学照片;哈勃望远镜上的超级摄谱仪又向人们揭示了超新星的化学成分。

哈勃望远镜所收集的图像和信息,经人造卫星和地面数据传输网络,最后到达美国的太空望远镜科学研究中心。利用这些极其珍贵的太空图像和宇宙资料,科学家们取得了一系列突破性的成就。沉寂多年的天文学领域,正发生着天翻地覆的变化。

哈勃望远镜预计2010年“退休”。21世纪的太空望远镜研制计划正紧锣密鼓地在全世界范围内展开。

1楼昵称:开心果

哈勃太空望远镜为什么这么享誉卓著呢?

2楼昵称:妞妞

哈勃太空望远镜以美国天文学家爱德温·哈勃命名,天文学家哈勃在20世纪20年代的发现改变了人们对宇宙的认识,他发现的星系整体退行现象成为大爆炸宇宙论的基石之一;而哈勃望远镜也已经创造了另一个哈勃时代,它的发现已经并将继续改写人类的天文学教科书。

3楼昵称:豆豆

实际上,“哈勃太空望远镜”这个名字在大众层面上的含义早已不仅仅是一架天文观测设备。

4楼昵称:草根

2005年,在哈勃升空15周年纪念的时候,全美的100多家博物馆、科学中心、天文馆、空间中心都为它举办了庆祝活动,仅仅是欧洲空间局名为“哈勃:发现的15年”的DVD光盘就向全球赠送了50万张。

5楼昵称:冷风吹儿

在亚马逊网站,以“哈勃太空望远镜”为关键词的图书搜索结果就有将近3000条,其中的专题书籍数不胜数。“我们的世界因为有了环地而行的哈勃而变得更加丰富多彩。”《从哈勃看宇宙》一书的作者卡罗琳·皮特森在一篇博客短文中写道。

1990年4月24日,哈勃天文望远镜顺利进入预定轨道,在太空服役的15年中,哈勃的功劳是不言而喻的。

十大发现之一:

哈勃的主要任务之一就是帮助天文学家测定宇宙的准确年龄。现在,哈勃将宇宙的年龄精确到130亿至140亿年之间。

十大发现之二:

哈勃望远镜在对暗能量的研究工作中扮演了至关重要的角色。暗能量是一种神秘形态的力,起到宇宙气体“踏板”的作用,加速了宇宙膨胀的速度。

十大发现之三:

哈勃望远镜在一颗木星般大小的行星的大气中,发现了钠、氢、碳以及氧元素。这个独一无二的观测结果证明,哈勃和其他望远镜可以从其他一些天体的大气中进行化学构成的采样工作。

十大发现之四:

哈勃给天文学家提供了一个“剪贴本”,里面全是一些关于早期宇宙的快照。其中包括在探索纵深宇宙的过程中,一系列独一无二的资料图片:如“哈勃深空”等。

十大发现之五:

哈勃望远镜拍摄下来一个巨大的椭圆星系的图像:M87。

十大发现之六:

1999年1月23日哈勃望远镜捕捉到了伽马射线爆炸的景象。这是当时人们纪录过的最大规模的一次伽马射线爆炸。

十大发现之七:

自从恒星状球体在1963年被首次发现,天文学家就开始试图弄清这些位于宇宙外部区域的类星体是如何持续产生强大、耀眼的光亮的。天文学家使用哈勃望远镜追踪到这些恒星状球体的“家”(宿主星系),并且证明它们位于这些星系的中心区域。

十大发现之八:

哈勃望远镜拍摄到了猎户星云中的原行星盘,这些资料显示证明,烤盘形状的尘埃盘围绕着年轻恒星的现象是很平常的。

十大发现之九:

哈勃望远镜拍摄到一些清晰可见的黑色疤痕向人们揭示出,1994年7月份一颗命名为苏梅克·列维9号的彗星断裂成21个碎块撞击木星的情景,撞击产生的蘑菇形的火球冲击到了木星的上空。

十大发现之十:

哈勃望远镜拍摄到一组跳跃的颜色中烁烁发光的行星状星云,向人们描绘出垂死恒星的最后色彩。

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