哈勃太空望远镜的5大重要发现，哈勃升空前的天文观测有多难

哈勃太空望远镜，是人类天文观测史上的一道分水岭。自从哈勃太空望远镜升空，我们就见识到了数千年来都不曾看到过的宇宙。

在此之前，人类能够观测到的宇宙范围只有70亿光年。而哈勃通过无与伦比的观测能力，将人类的视野扩展到130亿光年以外。在哈勃之前，人类看到的宇宙图片，还都是黑白照片；而哈勃通过它的相机、光谱仪、多波长滤光片和地面望远镜所不具备的高稳定性，向我们展示了五彩缤纷的宇宙。

哈勃太空望远镜的贡献，远不止这些。今天，咱们来盘点一下哈勃太空望远镜的5大重要发现。

宇宙的年龄

由于光速是有限的，所以宇宙天体发出的光需要经过漫长的岁月才能抵达地球。人类发明了一种独特的距离单位——光年，用光在真空中传播一年走过的距离来定义。这个完美的定义方式告诉我们：一颗天体距离我们有多少光年，我们看到的它们的模样就是多少年前的样子。

在哈勃太空望远镜升空之前，我们对于宇宙形成的时间有着极大的不确定性。而哈勃望远镜，给了我们答案。

大约在100年前，美国天文学家埃德温·哈勃（哈勃望远镜就是以他的名字来命名）利用加州威尔逊山的100英寸望远镜，证明了银河系以外的星系存在。他还告诉我们：宇宙正在膨胀，越远的星系远离我们的速度就越快。

通过反演我们推测，宇宙的诞生本来就是一次大爆炸，从一个奇点爆炸后不断膨胀，形成了今天的宇宙。而遥远星系的距离和退行速度，可以告诉我们宇宙的年龄到底是多少。

（图片说明：哈勃太空望远镜拍摄的M100星系照片，右侧的是天文学家Wendy Freedman等人发现的其中三颗造父变星，借此确定了它和我们的距离，从而确定宇宙的年龄）

计算遥远星系的距离有多种，比如造父变星的方法、Ia型超新星的方法、或者是通过红移值来计算。这里有很多数据是地基望远镜所无法触及的，而哈勃太空望远镜给了我们这样的机会。

天文学家利用哈勃太空望远镜进行了大量的观测，并且辅以地基望远镜的一些数据，最终得出结论：宇宙形成于大约138亿年前，误差在3%以内。

宇宙膨胀速度

知道宇宙是怎么来的，我们就想知道宇宙是怎么没的。未来宇宙会发展成什么样？它有着怎样的归宿呢？这一切的一切，都取决于它以多快的速度进行膨胀，以及膨胀的趋势。如果宇宙在加速膨胀，那么宇宙可能最终归于沉寂；如果宇宙在减速膨胀，那么未来可能会重新收缩回一个奇点。

（图片说明：天文学家Adam Riess利用哈勃太空望远镜找到了已知最遥远的Ia型超新星，左下角的图片是上面图片的特写，右下角是对比图。对比后显示这颗Ia型超新星清晰可见，证明宇宙的膨胀经历过减速，但是在暗能量的作用下又开始加速膨胀）

20世纪90年代末，由Saul Perlmutter和Brian Schmidt领导的两个研究小组进行了一场友好但紧张的“竞赛”，他们的竞赛内容就是通过刚才提到的Ia型超新星确定天体的距离，从而判断宇宙是以怎样的速度和趋势进行膨胀。如果Ia型超新星比理论值更亮一些，那就证明宇宙的膨胀速度是在变慢的。

不过，正如他们在使用地面望远镜时发现的结果，遥远星系中的Ia型超新星比预期的要暗淡得多，这意味着它们比预期的更远。结论很明显：我们的宇宙正处于加速膨胀的状态。

Brian Schmidt团队接下来的观测表明：宇宙在其生命的最初80亿年左右的时间里，确实在减速膨胀。不过，随着宇宙的尺寸越来越大，宇宙物质的密度越来越低，引力作用越来越弱，而暗能量开始占据主导力量，最终导致宇宙重新开始加速膨胀。

宇宙中有多少星系

1995年底，时任空间望远镜科学研究所所长的罗伯特-威廉姆斯利用他自由支配的观测时间，将哈勃太空望远镜对准了夜空中一片空旷的区域。这片区域不是真的空旷，只是银河系的恒星分布比较少，而遥远的星系非常多。通过哈勃望远镜，他观测到了大量的遥远星系，同时又减少了银河系恒星的干扰，进行了一次完美的观测和拍摄。

最终，342张图像被合并成一张令人瞠目结舌的照片——哈勃深空场。天文学家们被惊呆了：那片看起来只有米粒般大小的宇宙空间，竟然隐藏着1500多个星系，而且全都是一百亿光年以外的星系，这意味着我们看到的是一百多亿年前的宇宙。

（图片说明：哈勃深空场，这里除了几颗是银河系恒星外，其他的每一个光点都是包含着上千亿颗恒星的巨大星系）

哈勃深空场这样的照片，生动地为我们展示了宇宙最遥远的历史。天文学家们通过这张照片意识到，在宇宙大爆炸后大约5亿年的时候，"就已经出现了非常高的恒星形成率，然后这种恒星形成率在大约90-100亿年前达到了一个峰值，"NASA天文学家利维奥说，"实际上此后一直在下降。"

而根据2012年的哈勃极端深场照片，天文学家们推测：我们的宇宙中拥有着大约20000亿个星系。这些庞大的恒星集群，构成了今天的宇宙。

超大质量黑洞的现身

我们现在知道，宇宙中充满了超大质量黑洞。它们统治着自己所在的星系，拥有着无与伦比的超强引力。但是，在哈勃升空的时候，天文学家对于黑洞的认知还是非常有限的。有些人推测：除了恒星级黑洞之外，宇宙中还有质量达到太阳几百万甚至几百亿倍的恐怖怪物。但是，限于观测能力，始终没有人能够证明这个猜想。

（图片说明：哈勃拍摄的M87，观测数据显示，该星系核心区域的气体以大约每小时120万英里的速度高速旋转。根据这个数据和牛顿定律，就可以计算出其中的天体质量为太阳的30亿倍）

1993年12月，在哈勃望远镜的巨大缺陷被修复的六个月后，哈勃天文学家公布了对距离地球约5000万光年的一个活跃星系——M87——核心的开创性观测。利用暗天体照相机，哈勃从M87核心处快速旋转的气体盘周围五个位置捕捉到了光，从而发现了其中的秘密——在这个星系的核心，拥有着一个质量在太阳30亿倍左右的恐怖天体！如此狭窄的空间拥有如此高的质量，超大质量黑洞是唯一可能的答案。

从此，人类确定了宇宙中不止有恒星级黑洞，还有恐怖的超大质量黑洞。它们质量最少也有太阳的100万倍，最大的甚至达到了太阳质量的660亿倍。而这个M87超大质量黑洞，也正是人类历史上拍摄到的第一张黑洞照片的主角。

这一观测结果被誉为超大质量黑洞存在的 "教科书式 "证明，接下来越来越多的超大质量黑洞被发现。它们有一些形成于宇宙的最早期，隐藏着宇宙形成的秘密。科学家们还需要进行更多的观测，才能了解这些神秘的天体。

拉近行星的距离

除了这些庞大的天体之外，哈勃望远镜也会“接接地气”，拍摄一些“比较小”的天体，比如行星。

1994年，当哈勃太空望远镜的最大漏洞刚刚被修复，太阳系就上演了最惊险的一幕——彗木相撞。所谓赶得早不如赶得巧，刚刚恢复实力的哈勃马上把目光对准了木星，见证了这百年不遇的奇观。

（图片说明：哈勃太空望远镜拍摄到的彗木相撞，左上角的黑斑就是苏梅克·列维9号彗星撞击木星留下的疤痕）

同时，哈勃太空望远镜也会不定期地观测金星的云层和火星上的沙尘暴，研究木星和土星的汹涌的恐怖气旋、行星环和极光，还会跟踪天王星和海王星的卫星系统，并且在新视野号探测器抵达之前帮助天文学家观测冥王星。

在太阳系内观测行星还不算，2008年11月的时候，哈勃太空望远镜还对一颗系外行星——北落师门b进行了成像。

北落师门位于南鱼座，距离地球大约25光年。2008年的时候，哈勃太空望远镜对它进行了观测，发现了它附近的奇观。很多人联想到了电影《指环王》，于是给它起了个绰号——索伦之眼。当时天文学家推测，那里应该有一颗行星，并命名为北落师门b。

不过，前几天的时候，天文学家宣布：北落师门b可能只是一个误会，从2014年开始就观测不到了，由此推测原本认为是北落师门b的天体可能是两颗小行星碰撞后形成的尘埃云。不过，对于天文学家来说，哈勃望远镜的这次观测仍然有着重要的意义，对我们研究太阳系和其他恒星系统的演化有着巨大的帮助。