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    宇宙最不可思議的一張照片:從看似空無一物的空間,捕捉到數萬億恒星

    2020-05-17  一萬里的...


      這或許是宇宙最不可思議的一張照片,它被稱為“哈勃深場”(Hubble Deep Field)。

      24年前,哈勃空間望遠鏡發布了最早的深場圖,它所展示的畫面令所有人震驚——圖片中含有的恒星和星系數量多到令人難以置信的地步。圖片經過長時間的曝光,從天空中一個極其微小的原本看似空無一物的空間捕捉到了這些天體,其中包含數以千計的星系和數萬億的恒星。

      在這張圖像發布后的20幾年里,哈勃空間望遠鏡的后續觀測提供了越來越豐富的信息,一次又一次地刷新著我們對宇宙的認知。

      圖片中的天文學家名為羅伯特·威廉姆斯(Robert Williams),哈勃深場的想法就是由他出的。他建議將哈勃空間望遠鏡鏡對準一片“虛無之所”。盡管這個想法遭到了同事們的不認可,但他仍然堅持了下去。

      威廉姆斯將目光鎖定在大熊星座(Ursa Major)附近的針尖般大小的區域,結果卻發現那那看起來空無一物的空間里,有著3000多個星系。后來他說:“科學發現需要冒險。”

      在哈勃深場圖像中,只有少數亮點是相對較近的恒星,更多的其實是遙遠的星系,有些星系甚至已經有130多億年的歷史了。在如今的宇宙中,我們周圍的星系大多是螺旋星系和橢圓星系。而哈勃深場則揭示了早期宇宙的星系結構,那時星系的結構才剛剛形成,因此具有大量形狀奇特的星系。

      第二張哈勃深場聚焦于南半球的一片天空。新圖像與原始圖像有很多相似之處——這正是我們所期待的,因為如果宇宙在任何方向上看起來都大致相同,就會出現這樣的畫面。

      2004年,哈勃空間望遠鏡用改進后的拍攝儀器,捕捉到了這張哈勃超深場(HUDF)圖像。穿越數十億光年的空間,宛若抵達了宇宙的“核心”處取樣,顯示了大約10000個星系。

      圖像中那些最小的星系離我們最遙遠,其中最早的可以追溯到宇宙約只有8億歲的時候。這張圖片是哈勃空間望遠鏡在繞地運行400圈的過程中,經過800次左右的曝光拍攝而成的。

      哈勃超深場圖像揭示的是天爐星座中的一小塊區域,這個星座最早由18世紀的法國天文學家尼可拉·路易·拉卡伊(Nicolas Louis de Lacaille)首先用法語將其命名為化學爐。

      2009年,在一次維修任務中,哈勃空間望遠鏡使用了一種新的儀器。這次,它能在近紅外波段對哈勃超深場圖像中所顯示的天空區域進行觀測。

      這樣的觀測幾乎只能通過太空中的望遠鏡來實現,因為地球的大氣層會阻止大部分紅外線到達地面。在紅外波段的天文觀測對揭示早期宇宙的秘密至關重要。

      圖像中最暗淡、最紅的天體是在宇宙大爆炸后6億年就已經形成的星系。在這張圖像之前,天文學家從來沒有觀測到如此早期宇宙中的星系。

      2012年的“哈勃極深場”(XDF)展現的是哈勃超深場中心的一小塊天空區域,它是哈勃在10年的時間中,總曝光時間超過200萬秒,對同一小片區域拍攝的2000多張圖像的結合。

      圖像中含有大約5500個星系,其中最黯淡的星系的亮度大約只有肉眼可見亮度的十億分之一。圖像中最年輕的星系尚處于宇宙的“嬰兒時期”,大約是宇宙大爆炸后的4.5億年。

      HUDF-ABYSS(2019)圖片來源:ABYSS HST Ultra Deep Imaging Project

      在2019年,ABYSS哈勃超深場項目發布,這是對近紅外哈勃超深場(HUDF)圖像進行改進處理后得到的ABYSS版本。這種新的觀測結果顯示,在巨大的星系周圍出現了之前從未見過的暗淡微光,其中一些光點的大小是之前測量結果的兩倍。


      哈勃遺珍場(Hubble Legacy Field)是一幅由哈勃空間望遠鏡在16年時間里,獨立曝光將近7500次而形成的圖像。這張圖像是宇宙中最大、最全面的星系“歷史書”。

      它展示了遙遠宇宙的全景,包含了大約265000個星系,其中每個星系都包含了數十億顆恒星。它可以跨越133億年的時間跨度,追溯到宇宙剛剛誕生5億年的時間。圖片中最黯淡、最遙遠的星系亮度,僅為肉眼可見亮度的百億分之一。

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