哈勃望远镜升空30年，命名者与望远镜都有哪些贡献？
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发布时间：2023-11-11 23:54
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时间：2024-07-11 15:52
在刘慈欣的科幻小说中有这样一个情节，当人类终于造出了以赤道为直径的超级对撞机后，自称“排险者”的外星人突然出现，警告人类如果启动此装置将有毁灭宇宙的危机，人类代表丁仪好奇排险者是如何发现人类在制造危险品的。
排险者回答：“监视地球的仪器发出了警报”
丁仪问：“触发条件是什么？”
排险者答：“在约37万年前，有10个原始人仰望星空的时间超过了危险阈值；一旦有生命认识到这个宇宙奥秘的存在时，那么距它解开就只有一步之遥了”
是的，仰望星空是我们人类所有探索中最浪漫也最伟大的行为，虽然我们作为个体永远没有机会完全了解宇宙，但任何一个时刻人类都比过去更了解我们所存在的这个无限宏伟的空间。
而哈勃这个名字，曾两次以极大的距离突破了人类认知的距离极限，两个30年：1923~1953，1990~2020，人类从未以如此惊人的速度深入星空，缩小自己在宇宙中的定位。
在20世纪初，人类对宇宙的认识已经很久没有进步了，自从哥白尼提出地球不是宇宙的中心，布鲁诺想通每一颗星星都是一个太阳之后，我们的所能观察到的星空只有一个最大单位——银河。
那时的人们只知道我们身处银河之中，银河拥有超过1000亿枚的恒星，直径大于十万光年
多么惊人的数字啊，那这是不是宇宙的全部了呢？
当时有两派不同意见，一些天文学家认为宇宙已经大到超乎想像了，另一些则认为…或许还远没有到极限。
在这其中保守派更多，就算是伟大的爱因斯坦，也倾向于认为宇宙是永恒且有限的。从某种角度来说，这其实是一个更让人安心的答案，人总是对未知的事物恐惧，如果能让好奇心过度的人彻底死心，不也是一个美妙结局吗？
这一次，宇宙奖励了更勇敢的人儿
那么……要如何知道望远镜中的一个黯淡的光斑是银河系内的一颗小恒星还是极遥极远的一颗大恒星呢？
还好，在18世纪天文学家就已经发现了一些特殊的恒星，也正是爱德文·哈勃使用的“量天尺”。
当大质量恒星进入“生命中后期”或普通恒星进入“生命末期时”，会出现周期性的闪烁现象，这些恒星被称为Cepheid variable stars，中文名叫“造父变星”。
恒星的形态是由其核心发光热产生的辐射压力与万有引力对抗的结果，而末年恒星外层都含有大量的氦，氦在高温时吸收光的能力更强会减少能量的散失，所以恒星外层会越来越热，光度也越变越高；但高温会导致膨胀，膨胀又会让散热加速，于是在某个时间膨胀后的恒星外层温度会大幅变低，光度也随之变低。失去了多余的辐射压力后恒星外层又开始下坠，而这又会让温度再次上升。
当恒星膨胀时亮度下降，收缩时亮度上升，这样周而复始不断循环，这就是造父变星在天空闪烁的原因了，“造父变星”这个中文名来源于“仙王座δ”，也就是我国古代天文中“二十八宿之危宿造父星官”其中的一颗星，它的光变周期为5天8小时47分28秒
那么，这些闪烁的恒星对测量宇宙尺度有什么用呢？
1908年，哈佛大学的 亨丽爱塔·勒维特 发现造父变星的越亮，其光变周期越长；因为我们的宇宙被物理定律束缚着，这就导致巨大的天体其内部活动总是比小天体更迟滞，巨恒星周期性光变的从几十到上百天不等，而小恒星的光变常常只有几天到十几天。
发现了这样一个规律后，天文学家就可以通过计算掌握光变周期与恒星质量相对较准确的关系，而恒星质量又与恒星亮度呈正相关，也就可以算出此恒星的大致亮度。
这样思路开始逐渐变得清晰起来，与光源的距离每增加一倍，亮度就会下降为原来的四分之一。当你知道了恒星的真实亮度与观测亮度后，就可以计算出距离了。
而哈勃要做的，正是从星海中找到一颗光变周期足够长而又足够黯淡的恒星。
不得不说，天文学研究与摄影在某些方面有相似之处，虽然不一定要当个器材党，但氪金水平确实决定了天文学家的能力上限。
当时的哈勃掌管着世界首屈一指的威尔逊山天文台254厘米反射望远镜——“胡克”（资助制造的商人之名命名），他在1923～1924年通过反复观测，终于找到了那颗梦寐以求的造父变星——仙女星系（M31）中的M31_V1。
M31_V1的光变周期为30.4天，可见是一枚相当亮的恒星，但它的光线却十分微弱，视星等只有18.2，人眼所能直接看到的最低视星等为6，每上升一个视星等亮度就要下降60%，也就是说它的光只有视力最好的人在青藏高原上所能看到最黯淡星星亮度的0.00001314，即七万六千分之一。
哈勃通过计算，得出M31_V1及其所处的仙女星系距离我们超过70万光年。而公认的银河系直径最多不超过20万光年。
至此，哈勃终结了关于银河是否即宇宙的争论，“仙女大星云”变成了“仙女星系”，我们的银河系与其平起平坐，变成了广阔宇宙中的两座孤岛…
保守派的代表，著名天文学家哈洛·沙普利（Harlow Shapley）说：“他摧毁了我的宇宙……”。
是的，当时保守派害怕的是，如果承认银河外还有星系，那么至少要将宇宙的直径增加一倍。而事实上哈勃的计算出了点问题，当时的人们并不知道造父变星其实有两种，而M31_V1是属于偏暗的那种，在现在的计算下仙女星系距我们超过250万光年。
仙女星系的恒星数与发光量约是银河系的2倍，直径与银河系相当，是这个宇宙中离我们最近的大星系，是极遥远但也最近的，两万亿枚星系中的近邻。
那一天，哈勃与勒维特将宇宙的尺度一口气扩大了50万光年，第一次认知距离的爆炸就此展开……
既然已经承认了宇宙必然远大于银河，人类自然急切地想要知道天空到底能有多远，我们还能找到更远更远的星系吗？
在当时其实已经到达了瓶颈，地面上的望远镜无论再怎么加大直径，也没有办法看清更远的天空了，面对着深空中那些模糊的斑块，天文学家望而兴叹。
为什么呢？
炎炎夏日烈阳当空之时，我们会很容易就能注意到一种现象——远处的物体如隔着一层水帘一般微微晃动；这与水折射光线的原理一样，密度不同的空气也会将光的路径弯折。
厚厚的大气层因为重力与温度的影响上下密度差别极大，会将穿越几十亿光年远道而来的微弱光子路径扭曲，所以当望远镜的分辨率高到一定数值时，无论如何增加直径也没有办法看到更清晰的图像了。
那么这个极限是多少呢？差不多2.5米，正是哈勃当年使用的胡克望远镜的直径。也就是说从20世纪20年代开始，天文学研究的距离极限就已经被摸到了，在直到1992年的60多年中，人类最多只能看到距离银河系约70亿光年的模糊光斑，我们只是知道它是星系，仅此而已。
是的，直到1992年是因为那一年哈勃空间望远镜可以正常运转了，几经讨论大家一致认为以 爱德文·哈勃 给人类首台摆脱了大气层桎梏的望远镜命名最适合不过了，哈勃望远镜也一定能像哈勃教授一样再次给人类带来距离上的飞跃。
不负众望，哈勃空间望远镜将地基望远镜的极限分辨率一口气提升了50倍，从那一刻起，所有迷一样的光斑都变得清晰起来，人类研究宇宙的红地毯猛然向前展开了数百米，从来没有触及过的深空就在路的两边。
而哈勃望远镜第一次深深地震撼所有人并不仅仅是提升了分辨率而已，1995年哈勃将镜头对准了天空一个看似全黑的点。历经10天342次的曝光之后，天文学家将获得的数据进行合成，得到了一张真正意义上*所有人认识的照片：哈勃深空视场（Hubble Deep Field, HDF）。
这张照片中包含了3000个天体，除了少数单独的恒星外其它全部！都是！星系！
这不仅仅是观测距离的爆炸性增长，我们认识中的天体数量也在呈爆炸式增长，大如银河的宇宙提供的1000亿颗恒星已经令很多人感到惶恐不安了，而如今“恒星”被升级为了“星系”，每个星系又包含少则百万多则数千亿颗恒星。
宇宙之大真的远远超出了常人的理解范畴，你真的能感受所谓的1000亿与1000亿亿到底有什么不同吗？区别无非是多读了一声“亿”而已吧……
更震撼的是因为物理定律的束缚，人类认识到我们永远没有机会看到宇宙的全貌，空间在加速膨胀，比远处的光抵达我们的速度更快，每过去一秒都有若干颗从来未被观测到过的星星永远地坠入黑暗。
而正是因为膨胀，所以人类看得越远就看得越早；哈勃可以拍到最远133亿光年外的星系，那是宇宙很早很早星系刚形成不久时放出的光。令人惊叹，小小的人类竟然能直接观察到星星们的过去，了解有关宇宙诞生时的秘密。
2020年4月24日是哈勃升空30周年，最初它的设计寿命是15年，如今超龄服役了1倍时间，在2009年最后一次维护后，哈勃就已经被视做“能干一天是一天”了。在这28年间哈勃拍摄出了无数令人震撼，惊叹的宇宙图象；可以这么说，哈勃在岗的每一天，人类都能比昨天更深入地了解宇宙，对“哲学三大问题”产生更清晰的认识。
下一代空间望远镜“詹姆斯·韦伯”的升空日期还在推延，垂垂老矣的哈勃彻底失去功能的日子也在无形中接近；即便如此人类对星空探索的步伐依然不会停止，在计算机科学不断进步的今天，搭载了自适应光学矫正系统的地基望远镜也可以达到接近哈勃的观测能力，也是时候退休了，人类的第一台也是唯一一台空间望远镜。
无论如何，感谢哈勃教授与哈勃望远镜将全人类带入两个广阔的全新世界。“觉宇宙之无穷，识盈虚之有数”，从某种意义上来说，我们能看到多远，宇宙就有多大
向你们致敬！
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时间：2024-07-11 15:53
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