哈勃望远镜是怎样看到过去的宇宙的？
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发布时间：2022-04-21 22:58
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时间：2023-07-10 00:16
当哈勃望远镜一上线，科学家们就注意到它的镜片有一个严重的问题。尽管这是有史以来切割最精确的镜片，但仅仅2000纳米的微小缺陷意味着哈勃将无法产生清晰的图像。
三年后，科学家们设法修复了这面镜子，哈勃开始扫描宇宙，寻找它最初的奥秘。
那时，哈勃望远镜已经运行了近30年，捕捉到了遥远恒星和星系中最令人惊叹的图像。但就像所有的事物一样，哈勃也有它的局限性，在不久的将来，世界上最著名的望远镜将走向终结。
它还剩多少时间呢？为什么它达到了它所能观察到的极限？
在它的一生中，哈勃望远镜拍摄了数百万张令人惊叹的照片。它能够观测到普通望远镜无法观测到的电磁波谱的其他部分，由于它位于地球大气层外，所以可以一览无垠地观测整个宇宙，这使得它能够捕捉到比地面望远镜更暗、距离更远的物体。
尽管如此，哈勃望远镜最好的图像总是飘忽不定，而且物理学的局限性可能会阻止它看到任何已经变暗或变深的东西。
为了观察宇宙中最远、最暗的物体，你需要一架分辨率极高、能够捕捉尽可能多光线的望远镜。望远镜的分辨率受限于它能穿过镜子的波长数。
望远镜的角分辨率衡量它识别两个独立物体的能力，这两个独立物体在被望远镜观察时具有较短的角距离，这是1.22乘以光的波长除以镜子的直径。当观测到可见光约500nm时，哈勃望远镜的角分辨率约为0.05弧秒。这比人眼的分辨率高出1000倍。
对于更短的波长，比如紫外线，分辨率会更高，哈勃望远镜的角分辨率可以低至0.01弧秒。哈勃望远镜所能观测到的波长类型也很有限。
恒星发出的光范围很广，虽然哈勃望远镜可以观测到很广的范围。但它无法观测到比近红外线更大的波长。这就*了它对遥远物体进行时间回溯的能力。
当宇宙膨胀时，空间的结构也随之膨胀。当光在宇宙中传播时，它的波长会随着空间的膨胀而拉长。这意味着当光线到达哈勃望远镜时，它的波长要比离开物体时更长。
这就是所谓的红移现象。
随着物体距离的增加，它的光在空间中传播的时间越长，红移现象就越大。如果光线红移太多，它可能会被拉伸到超出哈勃观测范围的波长。
哈勃望远镜的主要目标之一是发现已知宇宙中最远的星系。它在2016年实现了这一点，当时发现了星系GN-Z11。这个星系位于320亿光年之外，我们从它身上看到了这个星系在134亿年前的样子，差不多是宇宙大爆炸后4亿年。
这个星系处在哈勃望远镜所能看到的距离的极限，是在一些不可思议的情况下被发现的。这个星系正好位于宇宙的一个区域，在它和哈勃望远镜之间几乎没有中性气体。
这使哈勃望远镜能够清晰的观察这个星系。来自星系的光线经过附近的另一个星系，导致它被引力透镜化。当一个物体发出的光被另一个物体的引力所弯曲时，就会发生这种现象。
否则会错过观测者的光被弯成一个方向，把它引向观测者。这使得来自星系GN-Z11的光被放大到刚好足够让哈勃望远镜观察到它。
到目前为止，哈勃望远镜拍摄这些令人惊叹的照片已经29年了。由于它的设计，哈勃能够在轨道上得到服务。多年来，航天飞机机组人员先后5次访问哈勃，进行修理和更换有故障的部件。
然而，自从2011年航天飞机项目结束后，就再也没有能力维护哈勃望远镜。这已经开始对望远镜产生一定的影响了。
哈勃望远镜上有6个陀螺仪，它用这些陀螺仪来操纵和精确地将望远镜对准目标。在过去的5年里，有3个陀螺仪失灵了。即使哈勃在接下来的十年里继续工作，它的轨道也在不断地衰退，到2030年，哈勃将会撞向大气层，并在到达地面之前燃烧殆尽。
当这一切发生时，下一代太空望远镜将在轨道上运行，为我们提供更多令人惊叹的宇宙图像。
但是，人们将永远不会忘记哈勃拍摄的开创性图像。尽管哈勃在退役前已经存在了几十年，但与它成功捕捉到的物体的年龄相比，它的存在不过是昙花一现。
尽管如此，这架望远镜背后令人难以置信的工程和科学，帮助我们在了解宇宙方面向前迈出了一大步。
