宇宙中那許多的放大鏡

寒木釣萌

今年4月，科學家們使用大型射電望遠鏡觀測到120億光年外的“火環”星系，圖像很是震撼。那么，宇宙中真有“火環”星系嗎？沒有，它只是引力透鏡的結果。那什么是引力透鏡？它能帶來哪些宇宙的奧秘呢？

熟悉愛因斯坦的人都知道，引力透鏡是他一人研究出來的。

1911年，在廣義相對論還沒有被提出來時，愛因斯坦就發表了《關于引力對光傳播的影響》。文章指出，光線經過太陽附近時，由于太陽引力的作用，會產生彎曲。彎曲的角度他也算出來了，并預言這一現象可以在日全食時進行觀測，同時鼓勵大家去驗證。

德國天文學家弗勞德響應號召，積極地帶隊前去一個小島觀測。但由于第一次世界大戰爆發，觀測沒有順利進行。

這可真是幫了愛因斯坦大忙，因為，他算錯了！

暗自慶幸的愛因斯坦快馬加鞭，趕緊研究廣義相對論。1916年，廣義相對論橫空出世，愛因斯坦本想借此一舉成名，然而沒有。因為沒幾個人理解他的理論，除了學術界，普通大眾知道他的，恐怕也就是他的親戚朋友了。

1917年，愛因斯坦大病之后，坦然地向朋友們說：“我死不死無關緊要，廣義相對論已經問世了，這才是真正重要的。”

這次，愛因斯坦沒有算錯，他根據廣義相對論，重新做了計算，準確算出了光線通過太陽時的偏折角度。于是，他再次號召大家前去驗證。

這次，響應號召的是英國天體物理學家愛丁頓。1919年，愛丁頓率隊跋山涉水，終于觀測到了日全食。光線經過太陽的偏折，并且偏折角度跟愛因斯坦預言的角度一樣！

從此，愛因斯坦出名了，知道他名字的不再是學術界那些人，而是全世界。

愛丁頓也出名了，他很自豪。在一次宴席上，有一位客人對他說：“教授，聽人說世界上只有3個人？？不，只有兩個半人懂相對論。愛因斯坦當然是一個，教授，您也是一個。”

“嗯，不？？”愛丁頓帶著沉思的神情搖了搖頭。“教授，不必謙虛，大家都這么說的。”

“不，我是在想，那半個人是誰？”

瞧，引力透鏡的本質就是光線由于大質量天體的引力而發生偏折，但這還不是引力透鏡的全部。

當愛丁頓把愛因斯坦的預言實現以后，愛因斯坦進一步意識到，在合適的條件下，人們會看到一個單一來源的多個圖像，并把這種現象稱為“引力透鏡”或“重力海市蜃樓”。

然而，愛因斯坦在琢磨“引力透鏡”的時候，只考慮了單顆恒星引力帶來的效果，所以他叼著煙斗，斷言：“引力透鏡”這種現象很可能在可預見的未來無法觀測。

這下，愛因斯坦又失算了。

1937年，瑞士天文學家弗里茨·茲威忽然腦洞大開，他想，既然恒星引力能對光線偏折，那么，巨大的、有千億顆恒星的星系更能左右光線了。當遙遠天體的光從星系旁經過時，產生的引力透鏡現象應該能被觀測到。

引力透鏡不止能產生兩個影像，條件合適的時候，它能產生四重影像。外圍的四個影像，再加上中間的，也就是夾在后端天體與地球之間的前景星系，共同組成了“十”字狀，這被稱為“愛因斯坦十字”。

除了“雙星體”和“愛因斯坦十字”，引力透鏡還會讓一個天體產生更多個影像。如果條件合適，多個影像必然會連在一起，構成一個環，這就是——愛因斯坦環。

對于普通大眾而言，引力透鏡也許就像是宇宙中的神奇魔術而已。但對于天文學家來說，它非常重要，這是愛因斯坦留給人類探索宇宙的一個非常重要的工具。

作用之一：放大鏡

通過以上的例子，我們知道，處于一個大質量天體后方的光源，其亮度和形態都會受到放大或者變形。而“放大”的效果非常管用，因為這相當于宇宙為我們提供了一個個放大鏡。本來，即使窮盡我們目前望遠鏡技術的極限也看不到的天體，但是因為引力透鏡，結果被我們看到了。很多系外行星，就是這樣被發現的。

作用之二：質量測量

光的偏折是由引力帶來的，而引力的大小又是由物質的質量決定的。所以，引力透鏡在當今天體物理學中最拿手的好戲是“質量測量”。幾十億光年之外的星系、類星體等，我們要想直接測量它們的質量真是很難。因為我們看到的星系，也許并不是星系的全部，里面的暗物質我們是看不到的。

但是，如果其后端有天體的光射來，被星系偏折并射向地球后，被我們看到，天文學家就能根據光的偏折程度和其他參數，估算出星系或類星體的質量大小了。此方法簡單、有效，異常好用。

這還告訴我們一個事實，引力透鏡是研究宇宙暗物質的好幫手。

除了這兩個應用外，其實引力透鏡還有很多，未來還會有更多應用。

宇宙廣袤無邊，無數的奧秘等著人類去揭開。而引力透鏡，就是人類探索宇宙的好幫手，在尋找系外行星、研究暗物質等方面，它常常就是那“蛛絲馬跡”。