哈勃望远镜30年遥望深空,是如何精确“哈勃常数”的?

一切都要从最初来讲起,6500万年一颗直径10公里的小行星撞击地球,从而导致了恐龙大家族的灭绝,恐龙的灭绝让哺乳动物的发展有了更多的空间和资源,某种意义上来讲人类应该感谢那一场小行星撞击地球,不然很可能到目前为止,地球上也不会发展出智慧文明。但是最初的人类每天只会担心着填饱肚子,没有时间去仰望星空,当然今天其实也是如此。

实际上人类渴望星空,在我国古代就有专门来研究星空的“职业”,当然那个时代只要是通过肉眼观星。但是随着发展放大镜出现了,最后望远镜也出现了。大约在400年前,伽利略对普通望远镜进行了改造,放大倍数达到8倍。伽利略第一次把望远镜指向星空,那也是人类“人类太空之梦”开始的时刻。伽利略用望远镜观测到了木星周围的四颗小天体,也就是今天所说的木卫一、木卫二、木卫三和木卫四。

伽利略的发展某种意义上来说支持了哥白尼的日心论观点,但是在17世纪那个时代,宗教是核心,每个人都不能忤逆了宗教的权威。因此伽利略也摊上事了,被软禁起来。

哈勃太空望远镜的出现

但是至此人类知道了用这种特殊的工具可以让星空细节变得更加清晰,几个世纪过去了,人类对于望远镜的应用受益颇多,但是还不太满足于此。1946年的时候天文学家莱曼·斯皮策(Lyman Spitzer, Jr.)第一次提出新颖的观点,他所提出的论文:《在地球之外的天文观测优势》再一次把望远镜的作用优势引入到另外一个高度。

这位天文学家认为地球大气层的存在对于望远镜的观测有着显著的影响,因为一些波长的电磁波无法完全穿越大气层来到地面被望远镜过看到,那么就很可能丢失一些重要的信息。经过多番曲折的论证,最后建造太空望远镜计划被批准,1990年4月24日哈勃太空望远镜,在美国肯尼迪航天中心由发现者号航天飞机成功发射,当发现者号成功送开它的机械臂,哈勃太空望远镜也开始了它30年的“观天之旅”。

爱德文·哈勃、哈勃定律和哈勃常数

爱德文·哈勃是美国一位著名的天文学家,他也是第一位发现宇宙中大部分星系都存在红移现象,这也证明了宇宙膨胀的事实,被称为星系天文学之父。一直以来宇宙学家和物理学家都认为宇宙是稳态的,即使爱因斯坦也不能免俗,在1916年爱因斯坦提出广义相对论之后,曾用广义相对论场方程针对宇宙进行研究,最后得出了宇宙膨胀的结论。

但是碍于当时的主流科学观点,都认为生命宇宙是静态稳定的,爱因斯坦最后在自己的广义相对论中加入了一个常识,让宇宙“重归稳定”。但是后来哈勃通过望远镜观测到,大部分星系都存在着红移的现象,这也就意味着这些星系都在远离地球而去。也直接证明了宇宙在碰撞的观点,既然是膨胀那么往远古去追溯自然就会有一个起始点,因此宇宙大爆炸假说也多了一份支持证据。

爱因斯坦甚至亲自去哈勃工作的地方亲眼看到星系红移的现象,在后来爱因斯坦的回忆稿中有讲过这件事情,爱因斯坦把它认为是自己一生中最大的错误。不过,哈勃的发现是至关重要的,他通过观测发现距离我们越远的星系退行的速度就越慢,从而提出自己的定律,我们把它称为“哈勃定律”,在这里有一个宇宙的膨胀速率被称为“哈勃常数”

哈勃太空望远镜的发射精确了哈勃常数的数值

当无法准确地测量星系之间距离的时候,就不太容易确定宇宙的膨胀速率,但是当哈勃太空望远镜升空之后,可以得到更加准确的星系距离的值。通过哈伯太空望远镜的最新数据显示,哈勃常数的数值可能比主流科学公认的要大9%左右,他们所得到的最新哈勃常数值是:73.45 ± 1.66[km/s/Mpc]。具体含义就是距离相差百万秒差距(330万光年)的两个星系,在以大约每秒73公里的速度,彼此相互远离。

而目前主流科学认为的哈勃常数数值为67.74 ± 0.46 [km/s/Mpc] 。通过两者计算出的宇宙年龄相差了大约20亿年。

总结

哈勃太空望远镜1990年4月24日升空,马上就要到了它30岁的生日,在这三十余年的观测生涯中,它给科学家提供了大量的关键信息,无论是从太阳系内的行星,还是银河系内的星团,或者是更遥远的河外星系,哈勃太空望远镜一刻都没有休息,一直在矜矜业业的完成自己的工作。在过去的三十年里,哈勃太空望远镜进行了大约100多万次的观测任务,它所提供的数据共科学家写出了1.6万份经过同行审定的科学论文。

但是不得不说哈勃太空望远镜已经垂垂老矣,现在急需一个继承者,当然韦伯太空望远镜也已经准备了二十多年了,预计最早的发射时间是2021年。之所以如此谨慎其实我们也是理解的,因为韦伯太空望远镜最后会被发射至日地的拉格朗日L2点,一经发射出去如果有些缺点也无法调整了。

哈勃太空望远镜观测生涯一共经历了五次大修,全部都是通过航天飞机来实现,但是航天飞机已经在2011年就全部退役了,也就是意味着即使哈勃望远镜再次出问题,我们也无法对它进行维修或者更换科学仪器了。现在哈勃太空望远镜就是要坚持到它的继任者安全升空之后,才能考虑退役的问题。

因此也希望哈勃太空望远镜安全的度过三十岁的生日、三十一岁的生日,等待它的继任者安全升空。

文/科学黑洞,图片来源网络侵删。