关于前天：4月24日祝哈勃望远镜27岁生日快乐
图0：哈勃空间望远镜。由亚特兰蒂斯号航天飞机执行任务离开时拍摄。
上接前天在哈勃望远镜上天27周年之际，我们接着说——哈勃上天27年，都干了啥……
图1:哈勃望远镜拍摄的NGC4302（左）和NGC4298（右）在光学和近红外波段的图像。
七、柯伊伯带的大发现
在对太阳系边缘的矮行星——冥王星的探测中，哈勃在这个冰冷的世界中发现了四颗卫星，分别是水神星（Nix），九头蛇星（Hydra），冥卫四（Kerberos），冥卫五（Styx）。最近天文学家发现，水神星和九头蛇星的轨迹很混乱（不可预测）——原因是它绕着一颗相对质量并不是很大的矮行星旋转。
图21：这幅合成图由哈勃望远镜拍摄于2012年。其中对小卫星进行了长时曝光（蓝色区域），而对冥王星（Pluto）和卡戎（Charon）短时曝光（黑色区域）。
我们知道2015年7月NASA的“新视野号”探测器拍摄了一张冥王星的精彩照片。其实在科学家为“新视野号”安排行程的过程中，哈勃望远镜起了重要的作用——是它从上世纪90年代到2010年这些年对太阳系边缘的探测，为“新视野号”绘制了旅行的地图。2014年哈勃望远镜在柯伊伯带发现了两个天体，命名为2014 PN70和2014 MU69，随后的旅途中将调整“新视野号”去拜访后者。
此外哈勃望远镜还在鸟神星附近发现了一个直径为161千米左右的卫星。鸟神星是柯伊伯带中第二亮的冰状矮行星，其直径只有大约1400公里，距离太阳有77亿公里远，在2005年才被帕洛马尔天文台发现。奇怪的是，这颗卫星（MK2）像木炭一样黑，而鸟神星却像雪一样明亮。
图22：在矮行星鸟神星上方的小点为鸟神星的卫星MK2，直径约为161千米。
八、跟进小行星带的演化
在火星和木星之间存在着一条布满碎石和小行星的“带”，在这地方小行星们经常会发生碰撞。在一个有着灰尘拖尾的点状物体附近，哈勃望远镜观测到了一个奇怪的X形图案的结构。这种结构被认为可能是两个小天体发生对撞产生的，其相对速度约为子弹的五倍。天文学家一直都认为小行星带会在小行星之间的碰撞后而慢慢变得更加零碎，但这次则是首次通过观测证实该猜想。
图23：一个奇怪的X形碎片区以及后面的尘埃带，科学家认为这可能是一个体型较小、速度较快的小行星撞入了一个体型较大、速度较慢的小行星。
另外哈勃望远镜还观测到一个拥有六个“彗星尾巴”的小行星。计算机模拟表明，这些尾巴可能是由一系列尘埃喷射事件产生的。
图24：小行星P/2013 P5的图像和其他小行星不一样，它有多条尘埃尾迹，且这些尾迹随着时间发生变化。
九、见证恒星诞生
哈勃望远镜的红外探测器能够穿透厚重的尘埃云，而在这些尘埃云中，有成千上万的恒星在燃烧着它们的生命。哈勃望远镜对这些星云的观测表明，在这些恒星诞生的地方，往往伴随着剧烈的“阵痛”——新星产生出强烈的紫外辐射以及激震前沿，这些辐射会清除掉周围的尘埃云。
图25：Herbig-Haro 47，这张图中向左右两侧运动的发光物是恒星诞生的标志，一颗新星就在图像中心位置，不过现在被尘埃遮挡住了。当这些发光物质在空间中遇到其他尘埃云时，将会产生弓形激波以及涟漪。
图26：哈勃望远镜观测到Herbig-Haro 34（HH 34）的一系列喷流。HH 34坐落于猎户座星云。
此外，哈勃望远镜也以前所未有的精度捕捉到来自新星的发光气体发出的高能喷流。这些喷流是气体旋转流进新形成恒星过程中，被磁场引导，以超音速从恒星两极喷射而出的副产品。哈勃望远镜多年来的工作，使天文学家能够看到这些喷流随着时间推移而发生的变化。测量并研究这些变化对于了解新星形成过程中复杂的物理过程非常有价值。
图27：船底座星云，被称为“神秘山”。冷的氢气以及尘埃向上延伸。在顶部，是一个三光年高的柱子，这个柱子逐渐被附近恒星的亮光和恒星风吹散；同时它还受着内部刚形成的原初恒星摧残，一个喷流向左右两个方向喷射而出。
十、记录恒星的死亡之路
哈勃望远镜详细记录了类似太阳的恒星是如何一步步走向死亡。
地面上的望远镜对这些恒星所拍摄的图片，基本上都是简单的球形结构，所以称之为“行星状星云”（注意它们不是行星）。但是哈勃望远镜的观测发现，其实它们有各种各样复杂的形状，有些像风车，有的像蝴蝶，有的像沙漏。这些图片告诉我们，其实恒星在坍缩形成白矮星之前，它抛射其外部气体层的动力学是非常复杂的，而不像我们以前假设的那样是球对称的。
图28：哈勃观测到大量各种各样复杂的行星状星云。
我们来看两个例子。哈勃望远镜对1987A超新星进行观测发现，围绕着死亡的恒星有三个环状结构。另外，哈勃望远镜还观测到，在中环的内部区域不断地出现一些由膨胀的波状物质撞击而形成的亮区。类似的还有蟹状星云M1（在我国宋朝时爆发的一颗超新星，被我国星官观察到并记录下来），哈勃望远镜对它的观测揭示了大量之前从来不知道的细节，例如我们发现在其核心处有一个快速旋转的脉冲星。
图29：1994年哈勃望远镜观测到的1987A超新星。
图30：由1987A超新星中心抛射出的一阵波状物质撞击到一个已经存在的物质环上（这个物质环围绕着死去的恒星）。随之，环上各处的物质被加热而发光，但是环中间粉红色的部分却很难解释。
图31：蟹状星云M1，是公元1054年人类观测到的一颗恒星爆发后的遗迹。图中颜色是为了区分不同的化学成分，现在这些物质都已散入空间中，将逐渐形成新一代的恒星。
十一、探测“光学回声”
哈勃望远镜捕捉到一颗恒星爆发后形成的光反射序列图像。
2002年1月，一颗红巨星爆发出一个无法解释的闪光，然后留下一片看起来像“扩张的泡沫”一般的遗迹。实际上，这泡沫似的遗迹只是闪光将本来已经存在的尘埃云照亮了而已。由于光只能以有限的速度——光速传播，所以闪光花了几年才到达更远的尘埃云，然后照亮它们。这种现象称为“光学回声”，就像声波在遇到峡谷或墙壁时的反射一样。
图32：光学回声——来自麒麟座V838神秘的闪光，照亮了它周围区域的尘埃云。
中心的那颗红巨星为麒麟座V838，离我们大概有2万光年。在其迸发期间，它的亮度大约是太阳的60万倍。它的爆发可能是由于吞并了一个邻星或行星而触发的。这颗红巨星周围的暗缝则是因为这地方没有尘埃。
十二、寻找行星形成区
天文学家用哈勃望远镜证实了行星形成于环绕恒星的尘埃盘。哈勃望远镜在猎户座星云中首次发现一个绕着大约200颗恒星运转的原行星盘。随后通过对附近恒星的巡天观测，哈勃完成了对尘埃盘完成了最大、最精细的光学图像勘测。
图33：在猎户座星云中发现的几个原行星盘。行星盘被星云发光气体的光线照亮，显露出一个轮廓。
这里用两个例子来简单说明一下类似的发现：长蛇座TW和绘架座 。在遮挡住长蛇座TW星的亮光之后，科学家在其尘埃盘中发现了一个神秘的裂缝。这条裂缝很有可能就是由一个正在成长但还看不见的行星引起的，它通过引力不断地吸引周围的物质，像滚雪球一样清扫出一条轨道来。这条轨道大概有19亿英里宽，轨道上的物质还没有被清除干净。同样的，天文学家在绘架座 星也发现了相同的情况。
图34：绘架座β星周围尘埃盘的变化（侧视图）。从1997年和2012年拍摄的两张图可以看出，后者的裂缝变大，且更清晰。
图35：长蛇座TW星周围的尘埃盘裂缝。
十三、观测星系细节和星系融合
当埃德温·哈勃发现银河系不是宇宙的全部，在其之外还有大量的星系时，他给这些星系做了一个基本的分类：漩涡星系、椭圆星系和不规则星系。现在这个以他名字命名的望远镜则揭示了这些星系前所未有的细节。此外，随着哈勃望远镜观测的距离越远，它看到的景象也就越奇异怪诞，这是因为越往深处看宇宙越年轻，此时宇宙尺寸还很小，星系也很年轻，它们之间也更容易相互吸引而碰撞。
图36：Sombrero星系（M104），一个漩涡星系的近似侧视图，看起来像一个宽边的墨西哥草帽。
图37：棒旋星系NGC1300，它的旋臂没有旋转到中心，而是连接在包含内核的星系棒的两端。
图38：NGC4676，昵称“小鼠”。在引力作用下，它有一个包含大量恒星和气体的带状结构，就像尾巴一样。
在这些怪异的星系中，有一些蝌蚪状的星系，它们是一些正在融合的星系，其融合过程将花费数亿年时间。星系的融合会产生湍流和潮汐，这将导致其中的分子云大量地产生新的恒星。哈勃望远镜能够捕捉到这些星系之间不同时期的图像，其观测结果同时也预示着我们银河系和近邻M3140亿年后的景象。
图39：天线星系（NGC4038和NGC4039）。这是两个正在融合的漩涡星系，其蓝色区域明亮的节是大量年轻的星团，它们是由于星系融合过程中的湍流产生的。
编译：Camelion 审校：山寺小沙弥
来源：中科院物理所（cas-iop）
原文来自：NASA官网
发表于 2017-4-29 11:45
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