从1764年的M31照片到哈勃时代,看看詹姆斯韦伯望远镜的物理意义。

                                    从1764年的M31照片到哈勃时代,看看詹姆斯韦伯望远镜的物理意义。


                                    在我们的世界之外,在浩瀚的宇宙中,每个已知的区域都是我们人类中最伟大的。惊鸿一瞥!仰望夜空,我们可以用肉眼看到大约6000颗恒星,我们行星的邻近月球,太阳系的五个兄弟行星(海王的看不见的眼睛),银河系和其他模糊星云。只有肉眼,古老的裸眼天文学家才能理解宇宙的一些非凡方面,包括我们太阳系的基本结构和地球轨道。根据我们对亮度和距离的理解,我们甚至可以粗略估计太阳的距离。 但曾几何时我们不再被我们的眼睛所限制,我们有更大的视角!今天我们走过历史,回到1764年,看看人类如何通过望远镜看到历史上观测到的第一个星系外星系(M31仙女座星云),哈勃时代和詹姆斯韦伯太空望远镜,用于未来的天文学和天体物理学的意义。 由于望远镜的出现,它彻底打开了人类的视野。望远镜的应用是现代人类天文学的开端。在地球上,我们已经建造了望远镜,并用它们进行了超过400年的天文观测。原始望远镜仅用于寻找彗星和行星,以及观察附近天体的特征(如行星的卫星,光环和大气)。随着望远镜的发展,我们将人类视角置于更广阔的宇宙空间中。 除了银河系中数十亿颗恒星之外,我们的视野中也开始出现非常奇怪的“天体”。起初它看起来很模糊,就像天空中的“污点”,所以我们在更高的地方建造了大直径望远镜,以减少大气干扰,并开发出越来越强大的相机和光学技术。我们的目的是看看天空中模糊的“污点”是什么。 我们可以看一下查尔斯·梅西耶在1764年的观察中绘制的天空中最大的“污点”之一,它只是作为一组发光物体可见,并且不确定它是什么。下图: 到1887年,观测技术取得了很大进展,我们已经可以拍摄这个壮观的星云。事实上,我们应该感谢互联网的力量,以便我们可以看到这些历史图像。下图显示了艾萨克·罗伯茨着名的M31星云照片。 艾萨克·罗伯茨,1888年的照片,这是我们第一次看到人类呈现出“星云”的螺旋结构,现在我们知道它是最熟悉的星系。 在1929年,哈勃观察到由相同的星云中获得的数据,证明这不是从银河内的常规星云,而是一个独立的“宇宙岛”,即百万光年在宇宙(宇宙岛是历史galaxy)它的名字)。这是我们人类第一次确认银河系外的星系。这一成就很大程度上取决于1929年望远镜技术的巨大进步。下图显示了Bob Olson的M31星系。 在20世纪,我们发现了新类型的恒星,如中子星。我们还发现了新类型的深空物体,例如类星体,宇宙大爆炸的微波辐射,以及巨大的星系团和超星系团。 我们对宇宙的看法已经从几百光年增长到数百亿光年,由数十亿个星系组成,每个星系包含数千亿颗恒星,每颗恒星都有自己的星球。 正如我们之前所说,为了避免大气层的干扰,我们建造了尽可能高的望远镜,但地球上还有多高。所以在1990年,我们去了外太空。 哈勃太空望远镜彻底改变了我们对宇宙的看法。如果没有大气层,我们不必担心云,湍流的空气或光污染,我们可以看得更远,更深,更长。 接下来要说的是,哈勃最伟大的发现之一就是它指向了上图中黄色区域中非常黑暗,空洞的空洞。没有气体,没有灰尘,没有星云或星系,也没有在微波背景中找到的物体。这是人类历史上最大胆的观察之一。它为什么大胆? 因为这个观察计划将持续数天。想象一下拿着世界上最强大和最昂贵的工具,瞄准空虚的空间,花了很长时间,你不确定你能找到什么,所以这是一个大胆的决定。但最终数据如下: 除了上图中的几颗恒星之外,任何一个亮点都是新发现的星系。即使在该图像的全分辨率版本的极小部分,我们也可以清楚地看到一系列美丽的星系。下图: 你可能会想,“这没什么大不了的。这些星系看起来有点模糊。1929年仙女座的照片看起来和哈勃一样好!”但是你知道仙女座星系离我们200万光年。上图中的星系距离我们数十亿光年。现在我们知道差距了。 当然,找到一个星系只是哈勃望远镜的一部分。通过哈勃望远镜,我们还发现了宇宙中最远的超新星,发现了最早的星系和类星体,哈勃给了我们一个超级礼物,就是宇宙正在加速!所有这一切都是因为我们以前所未有的方式观察宇宙。 上述所有成就都不包括哈勃拍摄的一系列前所未有的高分辨率美丽照片,如上图中的“创作柱”,以及我们中的一些人发现行星,了解恒星形成或窥视宇宙。最壮观的物体所取得的其他进步。如下所示的NGC290集群是哈勃望远镜成就的一部分。 但哈勃自1990年发射以来一直是29岁。由于哈勃与空间站的距离不高,因此对载人航天维护造成很大风险。哈勃SM4任务是美国宇航局于2009年完成的最后一次哈勃维修任务。我们无法再提供哈勃望远镜。修理服务正在等待哈勃在大气中坠毁。 詹姆斯韦伯太空望远镜!这款新型望远镜的口径为6.5米,是哈勃望远镜的五倍多。它覆盖多种波长,可在近红外范围内工作,灵敏度是以前所有望远镜的100倍。 韦伯望远镜可以观测到更远的星系和超新星,太阳系的形成,遥远恒星周围的行星,包括这些行星的水,大气和表面特征,以及观察第一颗恒星形成的能力在宇宙中。 韦伯天空望远镜在红外线工作,这意味着我们可以看到宇宙的“黑暗时代”,这是不透明的时期。最遥远星系的宇宙记录保持者是哈勃望远镜,距离我们大约330亿光年。 但宇宙中有更多遥远的星系。他们到底有多远?将来,只有韦伯望远镜才能找到答案。 Webb望远镜本应在2014年推出,并因各种原因推迟,包括财务和技术因素。目前,据国外媒体报道,它最早将于2021年推出。我们期待着它!可以肯定的是,詹姆斯韦伯太空望远镜是未来天文学和天体物理学的新希望。

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