哈勃望遠鏡也怕“光汙染”,唯一的辦法,就是像它一樣離開太陽系

自從伽利略第一次將望遠鏡轉向了夜空開始,人類才意識到這種設備可以幫助我們更好地瞭解這個宇宙。

隨著越來越先進的望遠鏡被製造出來,人們也越來越發現地球給望遠鏡帶來的干擾實在太多。不論是大氣層還是地磁場,在保護地球生物的同時,也給人類的天文觀測帶來了巨大的難題。正是為了擺脫這些影響,整整30年前,哈勃太空望遠鏡發射升空,脫離地球大氣層和磁場,在相對更“純淨”的太空中進行天文觀測。

哈勃望遠鏡也怕“光汙染”,唯一的辦法,就是像它一樣離開太陽系

可是,即便如此,哈勃望遠鏡也仍然受到了其他方面的影響。在“光汙染”的干擾下,連它也無法完成科學家的一些重要觀測。正所謂“術業有專攻”,哈勃力所不能及的問題,對於另外一個探測器反而遊刃有餘,那就是新地平線號

2006年,NASA的新地平線號探測器在佛羅里達州卡納維拉爾角肯尼迪航天中心發射升空。這臺目標是太陽系邊緣的探測器一路上風塵僕僕,在2015年成為了人類歷史上第一個抵達冥王星的探測器,對這顆世界聞名的矮行星進行了第一次深入的探測。隨後,它繼續孤獨地旅行,離我們越來越遠。

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雖然新地平線號已經離我們越來越遠,它反而在某些方面的觀測能力卻得到了其他觀測設備所沒有的巨大優勢,比如宇宙光學背景(Cosmic Optical Background,簡稱COB)。所謂的COB,指的是來自於除銀河系以外可觀測宇宙中所有光源的光。

研究表明,恆星坍縮過程中的輻射、活躍星系核、一些粒子衰變產生的輻射等都是COB的一部分。因此,COB就像是一張記錄著宇宙天體演化過程的刻錄盤,對它的研究可以幫助科學家瞭解宇宙的演化史和各種天體、結構的形成過程。

此外,科學家還推測宇宙中可能會存在一種彌散COB(dCOB),能幫助科學家瞭解宇宙背景光中有多少來自於低密度區域的、極其黯淡的或者是更早期的天體。

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話是這麼說,但對於COB的探測並不是那麼容易的,它必須要屏蔽掉很多不必要的光。地球上的光汙染還好說,我們可以通過太空望遠鏡來克服。但是太陽系裡那些塵埃等物質反射太陽光後所形成的黃道光,是天基望遠鏡都難以克服的棘手問題。因此,隨著觀測越來越深入,科學家發現即使是哈勃這樣強大的天基望遠鏡,也根本無法滿足這方面的研究。

這就給了新地平線號一個大顯身手的機會。它目前已經飛到了柯伊伯帶,距離太陽已經極其遙遠了。在此之前,NASA發射的飛到太陽系遠方的先驅者10號、11號以及旅行者1號、2號探測器,都曾進行過對COB的研究。如今,這個接力棒也順利地交給了新地平線號。

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美國國家光學天文臺(NOAO)的天文學家Tod R. Lauer曾是哈勃廣域和行星相機團隊的成員,也是最近通過新地平線號對COB進行的一項新研究的領導者。他介紹說:“對於來自遙遠宇宙所釋放光的總通量,新地平線號可以觀測得一清二楚。在把所有遙遠的星系匯聚在一張圖像裡這方面,哈勃的確是一把好手。但是那些不在星系中的天體,彌散在宇宙背景中,和近地環境周圍反射的太陽光會混淆在一起,這就讓哈勃略顯無力了。”

在新地平線號探測器上,有一個名叫遠程偵察成像儀(LORRI)的設備,它的觀測數據是科學家們研究COB的重要參考。

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早在2017年的時候,NASA科學家所領導的一支科研團隊就對來自四個不同方向的LORRI數據進行了分析。這些數據是在2007-2010年成像的,當時新地平線號位於木星和天王星的軌道之間。

在Lauer所領導的這項最新研究中,科學家們一共七個高星系緯度場的亮度水平進行了觀測分析。這些數據,來自於新地平線號距離我們42-45個天文單位(64-67.5億公里)之間的位置上。在這個位置上,新地平線號受到的黃道光所產生的“光汙染”要比地球附近小得多,因此能夠觀測到的亮度是哈勃太空望遠鏡的10倍。

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(圖片說明:本次研究中7個LORRI場的分佈)

在獲得這些數據後,研究團隊只需要進行相對簡單得多的光汙染修正,然後通過蒙特卡洛模擬(可以粗略地理解為與抽樣統計相關的一種模擬手段)來推測出潛在的光源。

通過這種分析方法,他們可以分辨出一些來歷不明的彌散成分。研究人員推測,這些成分大概是一些我們的觀測能力暫時還不能及的黯淡星系。因此,Lauer和他的同事們對此也非常興奮,因為這次研究也表明了我們可能對很多亮度微弱的星系還有很多認知上的短板。他們認為,在所有視星等達到30等甚至更高(星等數字越大表示越暗)的星系中,至少有一半是我們還沒有發現的。

這已經不是最近幾年內科學家們第一次修改星系普查數據的情況了。2003年的時候,基於哈勃太空望遠鏡所拍攝的哈勃超深場(Hubble Ultra Deep Field,簡稱HUDF)圖像,科學家推測可觀測宇宙中一共有大約2000億個星系。

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(圖片說明:哈勃超深場)

不過,近些年來,天文觀測越來越精細和深入,科學家們已經多次修改了認知。根據2016年的一項研究,科學家認為可觀測宇宙中的星系數量可能達到了20000億個。

如果Lauer等人的研究是正確的,那麼恐怕這個數字又要改變了。因此,他們對於自己這項研究的“實用性”也非常有信心。

不管怎麼樣,我們的確有理由相信宇宙中還有大量未知的星系存在,畢竟我們的天文觀測能力其實還並沒有非常完善和先進,仍然有許多不足之處,因此很多闇弱的星系沒有被觀測到也是理所當然的。

哈勃望遠鏡也怕“光汙染”,唯一的辦法,就是像它一樣離開太陽系

如此廣袤的宇宙中,到底有多少星系呢?這些星系到底經歷過怎樣的歷史呢?這些問題的答案,似乎都可以從COB中找到答案。我們希望新地平線號能夠飛得更遠、更久,在更優質的太空環境中,給我們帶來更多驚人的發現!


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