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地球的邻居都长啥样?看看哈勃望远镜带你看到百亿光年外

文章来源: 宇宙往事,火星科普,cnBeta.COM       发布时间:2019-01-12

最近,哈勃望远镜发布史上最清晰的三角座星系照片,向我们展示了星系核心区域和内旋臂恢弘壮丽的景象。这张照片由54副图像拼接而成,像素高达6.65亿,覆盖范围达到19,,000光年,包含大约2500万颗恒星!


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自从1990年发射升空以来,哈勃太空望远镜在过去二十几年里拍摄了一系列震撼的宇宙照片,极大促进了我们对宇宙的认识。强大的哈勃不仅可以观测到几亿光年外的星系,甚至还能观测到一百多亿光年外的遥远星系。然而,如果用哈勃来观测月球或者火星,并不能看到极为清晰的细节,要不然就不用发射探测器去探测月球和火星了(当然月球有特殊原因)。


美国当地时间1月8日,哈勃望远镜中的第三代广域照相机(WFC3)遭遇了一项技术故障,整个相机的运行进入了自动冻结状态。由于政府停摆影响了同属美国政府部门的美国航空航天局NASA,哈勃空间望远镜的维护任务将无法正常展开,何时开展维护任务目前未知。


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美国约四分之一的联邦政府机构从2018年12月22日凌晨开始因为预算问题陷入停顿,迄今已进入第三周。目前NASA仅有精简架构维持运行,大部分支援因为停摆问题,这是第三代广域照相机近月来第二次遭遇技术故障,目前哈勃将继续使用剩余的三台可用仪器进行科学拍摄任务。


此前基于哈勃望远镜54幅超深空视场数据合成的关于三角座星系壮观图景,这张合成图就由ESA欧洲航天局发布。


三角座星系(Messier 33/NGC 598)距离地球300万光年,是我们肉眼能够看到的最遥远星系之一。它的直径约为6万光年,是本星系群的第三大星系和最小的螺旋星系,而直径20万光年的仙女座星系和10万光年的银河系分别占据了本星系群第一和第二大星系的位置。


和两大“巨头”相比,三角座星系不但大小相差甚远,恒星数量也只有400亿颗,比4000亿颗恒星的银河系和1万亿颗恒星的仙女座星系要少的多。


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哈勃太空望远镜能够观测到遥远的星系,但却不能看清地球附近天体的表面细节,其原因在于星系的尺寸远远大于像月球、火星这样的天体。这就像我们的肉眼可以看到远处的大山,却无法看清近处的蚂蚁细节。哈勃能够观测到多么清晰的天体细节,取决于它的极限分辨角,而这又与它的口径有关,对此可以通过理论进行计算。根据如下的公式可得:


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上式中,Δφ为极限分辨角,λ为入射光的波长,D为望远镜的口径。


假设哈勃在可将光波段观测,入射光的波长为550纳米,再结合哈勃的主镜口径为2.4米,可以计算出哈勃的极限分辨角约为1.6×10^-5度。只要知道哈勃的极限分辨角,就能计算出哈勃观测任意距离天体所能分辨出的极限尺寸。


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根据上图的关系,可以得到如下的关系式:


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上式中,d为目标天体的距离,R为所能分辨出的极限尺寸的一半。


三角座星系的中心没有类似银河系的球状凸起,两个主旋臂缠绕也不紧密,但它却拥有大量的气体和尘埃云,形成新恒星的速度是仙女座星系的10倍,每两年就诞生1颗太阳质量的恒星。在这张照片中,我们可以分辨两块异常明亮区域——NGC 595和NGC 604。后者不但是本星系群中第二明亮的电离氢区,还是最大的恒星形成区,直径达1500光年。


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这还不是哈勃望远镜拍摄的最大最清晰的星系照片。2015年,哈勃望远镜曾为250万光年之外的仙女座星系拍了一副“特写”。天文学家使用高级巡天相机和宽视场相机从近紫外,可见光和近红外等多个波长范围7398次曝光,将411张图像合成一副分辨率高达15亿像素的照片!


这张仙女座星系的鸟瞰图跨度61,000光年,包含1亿颗以上的恒星和成千上万个星团,需要600个高清液晶屏幕才能完全展示出来。图片左侧是恒星最为密集的星系凸起,向外则是恒星逐渐稀疏的星盘。大片蓝色恒星显示了星团所在的位置和恒星形成区域,深色轮廓描绘了复杂的尘埃云结构,而冷暗的红色恒星作为背景均匀分布,使天文学家能够追踪仙女座星系数十亿年的演化历史。


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月球与地球的最近距离约为36.26万公里,根据上式计算可知,哈勃太空望远镜只能分辨出月球上尺寸不小于101米的物体,再小的物体就无法分辨出来。而我国的嫦娥二号当年可以飞到距离月球表面仅19公里的地方,它可以分辨出直径3米的石头。


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由于火星离得更远,所能分辨出的细节就更加有限。火星与地球的最近距离约为5460万公里,所以哈勃太空望远镜只能分辨出火星上尺寸不小于15公里的物体,这与火星探测器的分辨率相差甚远。


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