美到当壁纸!哈勃望远镜 30 年 30 张经典照片,让我们重新认识宇宙

1990 年 4 月 24 日,美国佛罗里达的肯尼迪发射中心,“发现号”航天飞机正在执行一次特殊的发射任务。这次任务中没有宇航员,但将要送往近地轨道的对象,却在此后的 30 年间彻底改变了我们对宇宙的认识。这就是史上功能最强,同时也是最为成功的光学望远镜 —— 哈勃空间望远镜。

如今,早已超出设计寿命的哈勃空间望远镜仍在超龄服役,为我们拍下大至星系团,小到行星与卫星的宇宙万象。在哈勃望远镜即将迎来 30 岁生日时,NASA 官方选出了“哈勃 30 年的 30 张照片”。(注:包含 1991-2019 年的代表性照片,实为 29 张)接下来,就让我们跟随着这些令人惊叹的宇宙图景,了解哈勃望远镜取得的伟大成就。

图片来源:NASA, ESA, and J. Westphal (Caltech)

1991 年:木星首张彩色照片

1991 年,投入运行不久的哈勃望远镜,就给我们带来了惊喜。利用其携带的广角行星相机(Wide Field Planetary Camera),哈勃望远镜拍摄下木星的首张彩色照片。木星大气中的氨冰等物质构成了带状云,而右下角则是木星著名的大红斑 —— 一个已经存在数个世纪,直径比地球还大的巨型风暴气旋。

Walter Jaffe/Leiden Observatory, Holland Ford/JHU/STScI, and NASA

1992 年:椭圆星系 NGC 4261 的中心

这张略显模糊的图像,展示了椭圆星系 NGC 4261 中心的盘状结构。这个直径约 300 光年的圆盘由低温气体与尘埃组成,它也是该星系中心黑洞的物质来源。其近 60° 的倾角使得天文学家能够清晰辨别其内部结构。

J. J. Hester (Arizona State University) and NASA; Co-investigators: P.A. Scowen (Arizona State University), Ed Groth (Princeton University), Tod Lauer (NOAO), and the WFPC Instrument Definition Team

1993 年:天鹅圈

天鹅圈(Cygnus Loop,又名电波源 W78),是位于天鹅座的一处巨大超新星残骸。这张图片是天鹅圈的一小部分,以前所未有的清晰度,展示了大约 1.5 万年前一颗巨大的恒星爆炸产生的冲击波的边缘。

NASA, STScI

1994 年:漩涡星系梅西耶 100 的中心

哈勃空间望远镜发射升空时,由于镜面存在微小的缺陷,其拍摄的照片略显模糊。1993 年 12 月,NASA 对哈勃望远镜进行了首次维修,NASA 宇航员修正了镜面缺陷、将广角行星相机升级为第二代,此外还更新了计算机、太阳能板、陀螺仪等设备。这张室女座星系团中最明亮的星系的旋臂结构照片,就是哈勃望远镜升级后不久拍摄的。

NASA, ESA, STScI, J. Hester and P. Scowen (Arizona State University)

1995 年:创生之柱

很多读者一定对这张照片不会陌生。这张哈勃望远镜最著名的作品之一,由 32 张照片拼接而成,展示了名为鹰星云(M16)的疏散星云中,气体和尘埃构成的柱状结构。其中最高的“柱”足足有 4 光年长。创生之柱诞生于光致蒸发过程:来自新生恒星的紫外线造成星云中的气体逃逸,而尚未“蒸发”的气体与尘埃就构成了这种美丽的图像。

W.N. Colley and E. Turner (Princeton University), J.A. Tyson (Bell Labs, Lucent Technologies), and NASA

1996 年:星系团 0024+1654 的引力透镜

虽然图片中心的明亮区域很抢眼,但让我们先把视线放到图中的蓝色环状物体。数一数,是不是有 5 个蓝色天体?事实上,它们全都是同一个星系!而导致这一现象的,就是图片中心星系团 0024+1654 的引力透镜效应:当蓝色星系的光线经过时,其巨大的引力场导致光线弯曲,从而让我们看到罕见的“重影”。

NASA, Bruce Balick (University of Washington), Vincent Icke (Leiden University, the Netherlands), and Garrelt Mellema (Stockholm University)

1997 年:蝴蝶星云

这个形态酷似蝴蝶展翅的行星状星云也被称作闵考斯基 2-9 星云(M2-9),由天文学家鲁道夫・闵考斯基在 1947 年发现。整整 50 年后,哈勃望远镜拍下了其清晰的图像。在蝴蝶星云中心,两颗恒星以非常接近的距离相互绕行,甚至有可能发生了恒星吞噬。

Erich Karkoschka (University of Arizona) and NASA

1998 年:土星红外光图像

这幅色彩鲜艳的土星照片,展示的并不是土星的真实色调,而是其反射的红外光。不同的颜色体现了土星大气层的分布特征:蓝色表示低至云层的大气层,其色调可能由氨冰晶体组成;绿色和黄色是云层上方的烟雾层;红色与橙色区域的云层较高,到达了大气层;而南极的暗色区域表示云层中的一个巨型空洞。

John Spencer (Lowell Observatory) and NASA

1999 年:木星与木卫一

相比于太阳系中多数行星与卫星的死气沉沉,木卫一的超过 400 座活火山让它成为太阳系中地质活动最为活跃的天体,同时也成为科学家关注的对象。在试图寻找木卫一的火山烟羽的过程中,在紫外线与紫光波段,哈勃望远镜意外捕捉到木卫一经过木星的瞬间。图片右侧的黑色圆形区域,是木卫一在木星上的阴影。

NASA and the Hubble Heritage Team (STScI/AURA)

2000 年:亮眼星云

这只宇宙之眼,可能预示着 60 亿年后太阳的结局。在距离地球 6500 光年的天鹰座,一颗质量与太阳相近的恒星正走向生命尽头。恒星外层的气体被吹向宇宙中,暴露出的炽热内核

辐射紫外线,将外层气体电离。呈现出荧光的膨胀气体与中心明亮的内核,构成了色彩鲜艳的行星状星云 —— 亮眼星云(NGC 6751)。

NASA, NOAO, ESA and The Hubble Heritage Team (STScI/AURA); Acknowledgment: K. Noll (Hubble Heritage PI/STScI), C. Luginbuhl (USNO), F. Hamilton (Hubble Heritage/STScI)

2001 年:马头星云

代表 2001 年的,同样是一幅生动形象的星云照片,形似一匹长着帅气鬓毛的赤兔马头部,马头星云(也称巴纳德 33)就由此得名。不过相比于亮眼星云的绚丽夺目,马头星云显得有些黯淡无光。这个暗星云由寒冷、致密的气体、尘埃云构成,它的形成过程与创生之柱相似。(已经不记得了?翻回 1995 年的图片复习一遍吧!)

NASA, H. Ford (JHU), G. Illingworth (UCSC/LO), M. Clampin (STScI), G. Hartig (STScI), the ACS Science Team, and ESA; The ACS Science Team: H. Ford, G. Illingworth, M. Clampin, G. Hartig, T. Allen, K. Anderson, F. Bartko, N. Benitez, J. Blakeslee, R. Bouwens, T. Broadhurst, R. Brown, C. Burrows, D. Campbell, E. Cheng, N. Cross, P. Feldman, M. Franx, D. Golimowski, C. Gronwall, R. Kimble, J. Krist, M. Lesser, D. Magee, A. Martel, W. J. McCann, G. Meurer, G. Miley, M. Postman, P. Rosati, M. Sirianni, W. Sparks, P. Sullivan, H. Tran, Z. Tsvetanov, R. White, and R. Woodruff

2002:锥状星云

又是一团星云。对于它的轮廓,你可能已经有了无数联想,但它的命名却要朴实很多 —— 锥状星云(也称 NGC 2264)。锥状星云的长度达到 7 光年,这张图片展示了星云上部的 2.5 光年。与创生之柱相似,锥状星云同样正在经历一个被“侵蚀”的过程。在紫外线辐射下的氢气发出黯淡的红光,构成星云周围的红色光晕。

NASA, ESA and J. Hester (ASU)

2003 年:欧米伽星云

这幅波澜壮阔的“巨浪拍岸”图,是距离地球超过 5000 光年的欧米伽星云(又名天鹅星云或梅西耶 17)的一部分。虽然看似凶险,但这里是孕育大量恒星的摇篮。星云中的“骇浪”则是氢云被年轻大质量恒星雕刻并点亮的“艺术品”:表面耀眼的橙红色光芒来自被加热的气体,而左侧看似冷淡的绿色区域,实则为物质离开星云后,形成的温度更高的气体。

NASA, ESA, and the Hubble Heritage Team (AURA/STScI)

2004 年:AM 0644-741 星系

在距离地球 3 亿光年的飞鱼座,哈勃望远镜发现了一枚镶嵌着蓝宝石的“戒指”。这个独特的环状结构,是邻近星系碰撞后“逃逸”的结果,碰撞产生的冲击力显著改变了星系盘中恒星与气体的轨道,让它们向外运动。随后,气体云碰撞并压缩,在圆环中生成大量新生恒星。

NASA, ESA, S. Beckwith (STScI), and the Hubble Heritage Team (STScI/AURA)

2005 年:涡状星系

漩涡星系以从核心向外延伸的旋臂得名,这些旋臂是众多新生恒星的家园。而在这类星系中,这张照片的主角 NGC 5194 因为惊人惊叹的标准旋臂造型,直接被称作涡状星系(Whirlpool Galaxy,NGC 5194)。其中,旋臂作为造星工厂,通过压缩氢气,孕育着年轻恒星;而中心黄色的核,则是老年恒星的居所。

NASA, ESA, and the Hubble Heritage Team (STScI/AURA)

2006 年:梅西耶 82(雪茄星系)

在与邻居梅西耶 81 的引力相互作用下,梅西耶 82 经历了快速的恒星诞生过程(即星暴):在星系中心,恒星诞生速度是银河系的 10 倍。新生恒星的辐射将周围的气体吹离,由此产生的星际风压缩的气体,足以形成数百万颗新生恒星。其中,图中红色为红外波段拍摄的星暴活动;而蓝色和黄绿色代表可见波段。

NASA, ESA, N. Smith (University of California, Berkeley), and the Hubble Heritage Team (STScI/AURA)

2007 年:船底座星云

这里是恒星的孕育所,也是恒星的坟场。这张梦幻般的图片,就是船底座星云(NGC 3372)的中心区域。向外流动的风与来自巨型恒星的紫外辐射,共同打造了船底座星云的夺目外形。

NASA, ESA, the Hubble Heritage (STScI/AURA)-ESA/Hubble Collaboration, and A. Evans (University of Virginia, Charlottesville/NRAO/Stony Brook University)

2008 年:星系碰撞

2008 年的代表性照片,由 12 张图片共同构成,它们共同展示了罕见的星系碰撞场景的不同阶段。随着宇宙的加速膨胀,星系融合的几率越来越低,目前只有千分之一。但在早期宇宙中,星系间距离更近,因此碰撞几率也较高。

NASA, ESA, and the Hubble Heritage Team (STScl/AURA)

2009 年:相互作用星系 Arp 194

这个被称为 Arp 194 的相互作用星系是一个复杂的特殊系统。旋涡星系、新生的星系核以及一系列杂乱无章的旋臂构成了 Arp 194 的上部,其下部则是一个单独的大型旋涡星系。连接两个部分的,是数个超级星团的复合体。每个星团中炽热的大质量恒星发出了迷人的蓝光。

NASA, ESA, and the Hubble Heritage Team (STScl/AURA)

2010 年:神秘山(Mystic Mountain)

较致密的星际气体和尘埃形成了高耸的柱子,附近明亮恒星的光芒从外部侵蚀,柱子内高温的新生恒星也发出辐射和带电粒子流,共同雕刻出嶙峋的山峰。山间,炽热的电离气体像小溪般流淌。山周,稀薄的气体和尘埃如云雾般笼罩。这座“神秘山”就静静耸立在 7500 光年外的船底座。

NASA, ESA, and the Hubble Heritage Team (STScl/AURA)

2011 年:碰撞星系 Arp 273

照片中较大的漩涡星系是 UGC 1810,受伴星系 UGC 1813 的引力影响,其星盘发生了变形,扭曲成了盛放花朵的形状。UGC 1810 星系为花,UGC 1813 星系为茎,还有年轻而炽热的蓝星点缀在花瓣边缘 —— 就这样,星系碰撞创造出了一朵宇宙“玫瑰”。

NASA, ESA, D. Lennon and E. Sabbi (ESA/STScI), J. Anderson, S. E. de Mink, R. van der Marel, T. Sohn, and N. Walborn (STScI), N. Bastian (Excellence Cluster, Munich), L. Bedin (INAF, Padua), E. Bressert (ESO), P. Crowther (University of Sheffield), A. de Koter (University of Amsterdam), C. Evans (UKATC/STFC, Edinburgh), A. Herrero (IAC, Tenerife), N. Langer (AifA, Bonn), I. Platais (JHU), and H. Sana (University of Amsterdam)

2012 年:“恒星工厂”剑鱼座 30

蜘蛛星云(Tarantula Nebula)中心的剑鱼座 30 是一座“恒星工厂”,在这里,数百万的年轻恒星竞相闪耀。照片左侧明亮的区域是一个巨大的年轻星团 NGC 2070,它只有 200 万年的历史,却拥有 50 万颗恒星。这些新生恒星会释放出大量的紫外线,侵蚀包裹着星团的氢气云。

NASA, ESA, and the Hubble Heritage Team (STScl/AURA)

2013 年:红外波段的马头星云

12 年后,马头星云再次出现了。只是这一次,图片中的星云变亮了。这是因为,这张照片是在红外波段拍摄的。星云突出部分的氦气和氢气密度较高,且布满尘埃,这可以保护其下的部分不被光线侵蚀。据估计,大约 500 万年后,马头星云才会消散。

NASA, ESA, and the Hubble Heritage Team (STScl/AURA)

2014 年:猴头星云

2014 年哈勃望远镜拍摄的这张照片带我们前往了 6400 光年外的猴头星云(Monkey Head Nebula)。这里是一个恒星的孕育场。星云中央,新生恒星(图中右侧)的紫外线电离了星云中占据主要成分的氢气,从而将其蚀刻出诡异的形状。

NASA, ESA, the Hubble Heritage Team (STScl/AURA), A. Nota (ESA/STScl), and the Westerlund 2 Science Team

2015 年:Westerlund 2

在离地球约 2 万光年的船底座,美丽的 Gum29 星云像是一团宇宙中的焰火。星云中央是一个由约 3000 颗恒星组成的巨型星团,称为 Westerlund 2。这个星团只有 200 万年的历史,却包含了许多高温、明亮的大质量新生恒星,它们释放出强力的紫外线和恒星风,在周围的气体云上雕刻出壮美的峰峦与云谷。

NASA, ESA, and the Hubble Heritage Team (STScl/AURA)

2016 年:气泡星云

在广袤的宇宙空间中,漂浮着许多这样的“泡泡”,它们大多是恒星与星际气体共同的杰作。照片中是直径 7 光年的气泡星云(Bubble Nebula,正式名称为 NGC 7635),星云内十点钟位置是一颗炽热的恒星,其质量约是太阳的 45 倍。恒星吹出的恒星风推开了周围的星际气体,就形成了泡泡一样的星云。

NASA, ESA, and M. Mutchler (STScl)

2017 年:NGC 4302 与 NGC 4298

在哈勃望远镜的 27 岁生日,天文学家们用它拍摄了 NGC 4302(左)、NGC 4298(右)这两个漩涡星系。它们位于距地球 5500 万光年的后发座,由于一个侧对着望远镜,另一个斜对着,因此在照片里看起来形态各异。如果你从系外观察银河系,大概也会是类似的样子吧。

NASA, ESA, and STScl

2018 年:礁湖星云

在照片中心,一颗比太阳还要亮 20 万倍的新生恒星破茧而出,它释放出紫外线与猛烈的星风,撕破了周围厚重的星际气体与尘埃。这一切都发生在礁湖星云(Lagoon Nebula),这里是一个巨型的恒星孕育场。而哈勃望远镜引我们穿越了 4000 光年的距离,目睹了这一场恒星诞生的非凡景象。

NASA, ESA, and STScl

2019 年:南蟹状星云

这是距离地球几千光年外的南蟹状星云(Southern Crab Nebula,正式名称为 Hen 2-104)。在星云中心,是一颗红巨星和一颗白矮星组成的双星系统,红巨星外层的物质不断向外喷出,被白矮星的引力吸引,并填充了两颗星体之间的空隙,就形成了这样类似沙漏的独特形状。

本文来自微信公众号:环球科学 (ID:huanqiukexue),作者:吴非 张二七

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