在哈勃太空望遠鏡運行的30年裡,我們獲得的三個重要經驗

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在哈勃太空望遠鏡運行的30年裡,我們獲得的三個重要經驗

1990年4月24日,哈勃太空望遠鏡發射升空並進入到低地球軌道,至今已有30年的歷史。它在整個生命週期內已進行了四次調整,包括糾正缺陷,維修和更換車載設備以及安裝改進的儀器。不過,即使是今天,在它發射30年後,它仍然是人類歷史上最偉大的太空天文臺。

回想一下哈勃太空望遠鏡的無數發現,我們會驚歎,它徹底改變了我們對宇宙的認識,帶我們從太陽系到最遙遠的深空的迷人景象。

但是30年以來,我們也得到了三個經驗,這也許比任何具體發現都重要,因為這能讓我們更好的使用這一偉大的設備來增進我們對宇宙的瞭解。


在哈勃太空望遠鏡運行的30年裡,我們獲得的三個重要經驗


1.)要學會用新的視角去看宇宙

這是建造和發射該天文臺的基本動力。在地球上,天文學家別無選擇,只能與我們的大氣層鬥智鬥勇。因為它對可見光透明,這導致我們看宇宙就像從游泳池底部觀看天空一樣。雲,微粒,甚至只是扭曲效應,都讓我們難以確定有關宇宙的精細細節。

即使在過去的三十年中自適應光學技術取得了巨大的進步,即使與哈勃適中的2.4米主鏡相比,在地面上可以使用的望遠鏡都大得多,哈勃望遠鏡仍然具有許多獨特的適用範圍。換句話說,與其他天文臺相比,它能夠以更高的精度,深度和獨特的波段觀察宇宙。


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哈勃具有如此價值的主要原因是它使我們能夠以一種其他天文臺無法觀測到的角度去看待宇宙。特別是哈勃的這些功能:

  1. 有史以來最高分辨率的紫外線觀測,包括前所未有的紫外線光譜;
  2. 無需任何自適應系統或軟件處理即可分辨小至0.05弧秒或1 / 72,000度的物體的能力;
  3. 紅外波長達到將近2,000納米,或者是人眼可以看到的最長波長光的極限的三倍;
  4. 具有執行長時間曝光天文學的能力,從而實現了前所未有的深場觀察。


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哈勃的這些獨有的功能也讓我們有了很多新發現:

  1. 四個新的冥王星衛星;
  2. 第一個直接成像的系外行星;
  3. 圍繞新形成的恆星的數十個原行星盤;
  4. 數百個新超新星揭示了宇宙的膨脹歷史;
  5. 有史以來最遙遠的星系

每當出現新工具時,就可以解鎖前所未有的查看宇宙的角度。隨著詹姆斯·韋伯太空望遠鏡,WFIRST和一系列新提案的出現,人類已準備好向遙遠的宇宙邁出下一步。


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2.)好的工具從來沒有“特定”的作用

這是所有科學領域中最容易被忽視的點之一,尤其適用於哈勃太空望遠鏡。我們首先通過建造和發射這架望遠鏡的科學動機來看到這一點。它被命名為哈勃太空望遠鏡,並不是因為它是為了紀念埃德溫·哈勃,而是因為它的主要科學目標是測量宇宙的發展速度——即測量哈勃常數。

望遠鏡的設計具有執行這些測量的能力,也可以觀察到星系的許多不同特性,如確定它們的亮度,大小,紅移以及眾多其他特性。經過10年的運作,他們發佈了哈勃太空望遠鏡關鍵項目的結果,併成功地確定了宇宙膨脹的速度。


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但是在這個過程中,哈勃也給了我們很多我們沒有預料到的發現。它確定了宇宙不僅在膨脹,而且在加速膨脹。即使到了今天,哈勃太空望遠鏡也為我們提供了有關加速膨脹的最佳測量數據。

我們發現了星系如何在宇宙時間內生長和演化、確定了恆星形成高峰的時間(精確地測量了遙遠的宇宙完全電離的時間)、發現了有關恆星如何死亡的空前細節,甚至瞭解了宇宙的年齡、發現了大量星的系、發現這些星系偶然地與大質量的星團對準,產生了引力透鏡圖像等等,這些圖像既壯觀又具有科學價值。


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而在每種情況下,我們都有關於這些科學問題的理論猜想和模型。在得到了哈勃的數據輸入,涉及這些現象中每個現象的主要情況都需要以某種方式進行修改,從細微的調整到徹底的檢修。

我們能夠以這種前所未有的方式推動前沿發展,從而帶來新的觀察結果,新的數據,新的結果,在許多情況下,還能得到新的令人驚訝的結論。即使我們在設計哈勃太空望遠鏡時就給了它特定的科學目標,但它的功能使我們能夠探索在設計望遠鏡時甚至不知道的宇宙角落。我們尋找到了很多以前不敢想的證據,也揭示了我們甚至都不知道的宇宙的秘密。


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3.)儘可能的綜合考慮才能避免錯誤的“正確理論”出現

錯誤是任何科學進步的最重要組成部分之一。

當您有了一個理論,根據該理論做出預測,再將這些預測轉化為觀察性或實驗性測試,並且您可以使用最好的調查工具來執行這些測試。可當您獲得數據時,您卻仍不知道你會得到什麼結果,因為這有很多種可能性:

  1. 它們至少在誤差範圍內與已有理論的預測相符;
  2. 他們在很大程度上與理論預測不一致;
  3. 它們與許多可能的替代方案保持一致,同時排除了一些其他替代方案;
  4. 或者他們完全偏離了原理論的思路,而指出了新的方向或新的考慮因素。
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當面對數據與理論存在偏差的問題時,有兩種方法是十分誘人的,但在科學上是可疑的,甚至是危險的。一種是假設主導理論是正確的,然後拋棄異常數據,直到結果符合預期。另一個方法是完全信任您的數據,而不考慮其他任何問題,並根據獲得的新結果得出一個顛覆原理論的結論。

但是,這兩種方法其實都在給自己某種暗示,而真正負責任的行動應該是儘可能不負責任地分析您的新數據,就像您不知道可能的結果那樣,然後根據全套可用數據得出結論——所有新數據加上其他研究人員收集的所有其他數據,包括來自補充方法的數據。只有將所有相關信息綜合在一起,我們才有希望讓我們的數據與現實達到完全一致。


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結語

在哈勃之前,我們不知道宇宙的發展速度、不知道它的年齡、不知道里面有多少東西、不知道它的最終命運是重新崩潰還是永遠擴展,我們也不知道恆星和星系是什麼時候形成的、最早的星系是什麼樣的以及恆星是如何誕生和死亡的細節。那時候的我們甚至都不知道太陽系中是否還有地球之外的行星。

30年後,我們有了所有這些問題的答案,這在很大程度上要歸功於哈勃這一天文觀測臺所做的科學貢獻。

但將我們能夠達到的“宇宙邊界”推向新的深度卻也總是會導致出現更多需要解釋的新穎現象和新的問題。在這方面,宇宙邊界確實是無止境的。願我們始終保持足夠的好奇心,來調查和解決宇宙擺在我們面前的所有謎團。




謝謝大家耐心看完,是不是想說點什麼呢,歡迎轉發評論哦!我們下期再見~


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