哈勃与望远镜的故事

郭红锋

1917年，美国加利福尼亚的威尔逊山天文台建成了一架主镜口径为100英寸（约2.5米）的反射镜—胡克望远镜。在此后的30年内，它一直是世界上最大的望远镜，有许多重要的天文成果出自这台望远镜，其中包括著名美国天文学家爱德温·哈勃（以下简称为“哈勃”）使用这台望远镜观测的结果和在宇宙学方面的重大贡献。

一、发现河外星系

1922～1924年期间，哈勃使用胡克望远镜观测到仙女座大星云里的变星，并计算出它们的距离远在几百万光年之外，远超出当时已知的银河系（约10万光年）的尺度，从而得出了仙女座大星云不是银河系内的天体，而是银河系外的庞大天体系统。进一步观测证实了某些“星云”其实是银河系外的、与银河系类似的、遥远的星系，即“河外星系”。随后，哈勃又对星系进行了分类研究，被誉为“星系天文学之父”。

二、发现宇宙膨胀

哈勃在研究河外星系的过程中，又发现大多数星系都在远离我们而去（退行），且距离越远，退行的速度越快，从而发现了宇宙正在膨胀的惊人事实。这一结论是颠覆性的，因为早期天文学家一直到爱因斯坦，都认为宇宙是静止的，而现在哈勃却告诉人们宇宙是在膨胀着的。

宇宙膨胀现象的发现，让科学家们意识到了宇宙在遥远的过去存在一个开端，也就是说宇宙的年龄其实是有限的。

三、现代宇宙学模型

宇宙膨胀的意思是：不管你在哪里，往哪个方向看，远处的星系都在远离你而去，近处的星系都朝着你而来。反过来说，似乎在之前的某一个时刻，这些星系都应该聚集在一个点上，从那一点开始膨胀到现在的样子。哈勃的发现暗示着宇宙存在一个时间和空间的起点，在起点时刻，宇宙处于一个空间为零、密度无限的奇点。

20世纪30年代，比利时天文学家勒梅特首次提出了宇宙大爆炸假说。1946年，美国物理学家伽莫夫正式提出大爆炸理论，认为宇宙由大约140亿年前发生的大爆炸剧烈扩张而成。这一学说被当时的同行笑称为“Big Bang”，即大爆炸。但今天大量的观测事实和理论分析都支持宇宙大爆炸理论模型，它已被国际学术界主流科学家所接受。

四、哈勃太空望远镜

为了纪念科学家哈勃对人类认识宇宙的贡献，1990年4月24日，人类成功发射到地球大气层之上的光学望远镜被命名为哈勃太空望远镜。哈勃望远镜口径为2.4米，长度约16米，带有多种观测暗弱天体的仪器，在地面之上约640千米的轨道上环绕地球，巡视宇宙。

哈勃望远镜接收地面控制中心（位于美国马里兰州的霍普金斯大学内）的指令，并将各种观测数据通过无线电传输回地球。由于它位于地球大气层之上，因此获得了地基望远镜所没有的好处：影像不受大气湍流的扰动，且无大气散射造成的背景光，还能观测会被臭氧层吸收的紫外线。哈勃望远镜的发射运行，成功弥补了地面观测的不足，帮助天文学家解决了许多天文学上的基本问题，由它拍摄的超深空视场照片则是天文学家目前能获得的最深入、最敏锐的太空光学影像。

哈勃太空望远镜发射后已经进行了超过100万次的观测，积累了大量精确的观测数据，对天文学各领域产生了深远的影响。哈勃望远镜的观测已经解决了一些基本的宇宙学上的问题，它发现了星系是由更小的结构演化而来，发现了超大质量的黑洞在星系中心存在的普遍性，证实了宇宙的加速膨胀，拍摄到了星云内恒星的诞生，分析了太阳系外行星的大气层，支持了行星际的探测任务。可以说，哈勃望远镜的成就是目前任何望远镜都无法相比的。

哈勃望远镜在轨运行30多年來，一直在源源不断地将美丽的宇宙图像传回地球，取得了许多突破性发现，不断带给我们惊喜，让我们有幸能触碰亿万光年外的神秘。它捕捉到的照片正从根本上改变着我们对宇宙的认识。