哈勃與望遠鏡的故事

郭紅鋒

1917年，美國加利福尼亞的威爾遜山天文臺建成了一架主鏡口徑為100英寸（約2.5米）的反射鏡—胡克望遠鏡。在此后的30年內，它一直是世界上最大的望遠鏡，有許多重要的天文成果出自這臺望遠鏡，其中包括著名美國天文學家愛德溫·哈勃（以下簡稱為“哈勃”）使用這臺望遠鏡觀測的結果和在宇宙學方面的重大貢獻。

一、發現河外星系

1922～1924年期間，哈勃使用胡克望遠鏡觀測到仙女座大星云里的變星，并計算出它們的距離遠在幾百萬光年之外，遠超出當時已知的銀河系（約10萬光年）的尺度，從而得出了仙女座大星云不是銀河系內的天體，而是銀河系外的龐大天體系統。進一步觀測證實了某些“星云”其實是銀河系外的、與銀河系類似的、遙遠的星系，即“河外星系”。隨后，哈勃又對星系進行了分類研究，被譽為“星系天文學之父”。

二、發現宇宙膨脹

哈勃在研究河外星系的過程中，又發現大多數星系都在遠離我們而去（退行），且距離越遠，退行的速度越快，從而發現了宇宙正在膨脹的驚人事實。這一結論是顛覆性的，因為早期天文學家一直到愛因斯坦，都認為宇宙是靜止的，而現在哈勃卻告訴人們宇宙是在膨脹著的。

宇宙膨脹現象的發現，讓科學家們意識到了宇宙在遙遠的過去存在一個開端，也就是說宇宙的年齡其實是有限的。

三、現代宇宙學模型

宇宙膨脹的意思是：不管你在哪里，往哪個方向看，遠處的星系都在遠離你而去，近處的星系都朝著你而來。反過來說，似乎在之前的某一個時刻，這些星系都應該聚集在一個點上，從那一點開始膨脹到現在的樣子。哈勃的發現暗示著宇宙存在一個時間和空間的起點，在起點時刻，宇宙處于一個空間為零、密度無限的奇點。

20世紀30年代，比利時天文學家勒梅特首次提出了宇宙大爆炸假說。1946年，美國物理學家伽莫夫正式提出大爆炸理論，認為宇宙由大約140億年前發生的大爆炸劇烈擴張而成。這一學說被當時的同行笑稱為“Big Bang”，即大爆炸。但今天大量的觀測事實和理論分析都支持宇宙大爆炸理論模型，它已被國際學術界主流科學家所接受。

四、哈勃太空望遠鏡

為了紀念科學家哈勃對人類認識宇宙的貢獻，1990年4月24日，人類成功發射到地球大氣層之上的光學望遠鏡被命名為哈勃太空望遠鏡。哈勃望遠鏡口徑為2.4米，長度約16米，帶有多種觀測暗弱天體的儀器，在地面之上約640千米的軌道上環繞地球，巡視宇宙。

哈勃望遠鏡接收地面控制中心（位于美國馬里蘭州的霍普金斯大學內）的指令，并將各種觀測數據通過無線電傳輸回地球。由于它位于地球大氣層之上，因此獲得了地基望遠鏡所沒有的好處：影像不受大氣湍流的擾動，且無大氣散射造成的背景光，還能觀測會被臭氧層吸收的紫外線。哈勃望遠鏡的發射運行，成功彌補了地面觀測的不足，幫助天文學家解決了許多天文學上的基本問題，由它拍攝的超深空視場照片則是天文學家目前能獲得的最深入、最敏銳的太空光學影像。

哈勃太空望遠鏡發射后已經進行了超過100萬次的觀測，積累了大量精確的觀測數據，對天文學各領域產生了深遠的影響。哈勃望遠鏡的觀測已經解決了一些基本的宇宙學上的問題，它發現了星系是由更小的結構演化而來，發現了超大質量的黑洞在星系中心存在的普遍性，證實了宇宙的加速膨脹，拍攝到了星云內恒星的誕生，分析了太陽系外行星的大氣層，支持了行星際的探測任務。可以說，哈勃望遠鏡的成就是目前任何望遠鏡都無法相比的。

哈勃望遠鏡在軌運行30多年來，一直在源源不斷地將美麗的宇宙圖像傳回地球，取得了許多突破性發現，不斷帶給我們驚喜，讓我們有幸能觸碰億萬光年外的神秘。它捕捉到的照片正從根本上改變著我們對宇宙的認識。