看這些圖:哈勃望遠鏡，揭示宇宙過去與現在的美

在這個特別的專題中，我們邀請了頂尖的天文學家來親自挑選跟他們最有科學相關性的哈勃太空望遠鏡圖片。他們選擇的這些圖片並不總是那些在網際網路上無數的“最佳”畫廊裡出現的彩色壯麗剪影，而是側重他們展現的科學視角所產生的影響。

坦妮婭山，維多利亞博物館

我一直最喜歡的天體是獵戶座星雲，一種美麗的周圍的氣體雲正在積極形成恆星的星雲。當我第一次通過一個小望遠鏡看到星雲時，我還是一個高中生，當我能手動將望遠鏡調整指向正確方向，在一陣尋找之後，最終在天空找到星雲的位置時，它給了我一種成就感。（那個望遠鏡並沒有一個自動“直接定位”的按鈕）

當然，在很久以前的那個夜晚我看到的是一團黑白分明的稀薄氣體雲。哈勃所做的一件奇妙的事情就是揭示宇宙的顏色。這張獵戶座星雲的照片，是我們最好的機會去想象如果我們能去那裡近距離觀察星雲，它會是什麼樣子。

許多哈勃的圖片已經成為了標誌性的，對於我而言，樂趣就是看到這漂亮的影象以將科學與藝術結合在一起的方式來吸引公眾。在我辦公室的入口處，有這幅影象巨大的一個複製品，貼在4米寬2.5米高的牆上。我可以告訴你，這是開始每一個工作日的好方法。

邁克爾.布朗 莫納什大學

1994年7月，蘇梅克-列維9號彗星碎片與木星撞擊，是天文學家們首次提前發出行星碰撞的警告。世界上許多望遠鏡，包括修復的哈勃望遠鏡，都把目光投向了這顆巨大的行星。

彗星墜毀也是我在天文觀測方面的第一次專業經歷。在斯特羅姆落山一個寒冷的圓頂上，我們希望看到木星的衛星反射彗星碎片撞擊木星遠端的光線。不巧的是，我們沒有看到來自木星衛星的閃光。

但是，哈勃望遠鏡卻得到了一個令人驚奇和意想不到的畫面。撞擊木星的遠側產生了羽狀物，這些羽狀物升到木星雲層的遠上方，以至於他們短暫的進入了地球的可視範圍。

木星繞著它的軸旋轉時，巨大的黑色傷疤進入了視野。每個傷痕都是彗星碎片撞擊的結果，有些疤痕的直徑比我們的月球還大。對於全球的天文學家來說，這是一個非常另人瞠目結舌的景象。

威廉.庫思，愛荷華大學

哈勃高階觀測攝像機

4月21日，第111天，2013年，13：47：42（世界時）圖a

4月22日，第112天，2013年，08：34：54（世界時）圖b

這組照片顯示出了2013年土星北極出現的壯觀的紫外極光。這兩張照片拍攝相隔僅18小時，但顯示出極光亮度和形狀的變化。我們使用這些影象來更好地了解太陽風對極光的影響有多大。

我們使用哈勃望遠鏡的圖片，就像我的天文學家同事們獲得的這些照片，來監測極光，同時使用在土星周圍的軌道上的卡西尼號宇宙飛船，觀測與光相關的無線電發射。我們能夠確定極光的亮度與較高的射電強度有關。

因此，我可以利用卡西尼號的連續無線電觀測來告訴我極光是否活躍，即使我們並不總是有影象可看。這涵蓋著許多卡西尼號研究人員和地球天文學家的努力。

約翰.克拉克，波士頓大學

這張木星北極光的遠紫外影象顯示了哈勃科學儀器能力的穩步提高。太空望遠鏡成像光譜儀（STIS）的影象首次顯示了我們剛剛開始了解的極光輻射的全部範圍。

早期的廣域和行星照相機2（WFPC2)顯示木星的極光發射隨行星旋轉，而不是與太陽的方向固定，因此木星的行為不像地球。

我們知道有極光來自於從木衛一沿磁場流向木星的兆安電流，但我們不確定這會與其他衛星一起發生。雖然有許多木星與太空望遠鏡成像光譜儀STIS一起拍攝的紫外線影象，但我喜歡這張，因為它清楚地顯示了木星的衛星IO（木衛一），Europa（木衛二），Ganymede（木衛三）的磁足跡所發出的極光。木衛一的輻射也清楚地顯示了極光幕的高度。對我而言它看起來是三維的。

弗雷德.沃森，澳洲天文臺

（圖上左側文字:冥王星面)

仔細看看這些矮行星冥王星的影象，它們顯示了哈勃能力極限的細節，再過幾天，它們就過時了，沒人會再看它們了。

為什麼呢？因為在五月初，隨著“新視野”號飛船接近7月14日的交會時間，它將與冥王星保持足夠的距離，以便它們的相機能夠顯示出更好的細節。

然而， 這一系列可以追溯到21世紀初的圖片，給了行星科學家迄今為止最好的領悟，這些斑駁的顏色揭示了冥王星表面化學成分的微妙變化。例如，中心影象中突出的黃色區域有過多的冷凍一氧化碳。為什麼會這樣還是未知的。

鑑於冥王星的直徑只有月球的2/3，但卻比月球遠了幾乎1.3萬倍，因此哈勃的圖片更加引人注目。

克里斯.廷尼，新南威爾士大學

我曾經把我妻子帶到辦公室向她自豪地展示了在英澳望遠鏡（Anglo-Australian Telescope ）上用一臺（當時的）新的和（當時的）最先進的8192*8192畫素成像儀進行的一些成像觀測的結果。這些圖片太大了，他們需要被列印在多張A4紙上，然後粘在一起，形成了一個覆蓋整面牆的巨大的星團黑白地圖。

當她看了一眼說“像黴菌”時，我崩潰了。

這說明最好的科學並不總是最漂亮的。

我選擇的哈勃最棒的影象時2012年的另一張也“看起來像黴菌”的照片，但是在影象的中心隱藏著一個明顯不起眼的模糊點。然而，它代表了對後來發現的褐矮星最冷例子的確認探測。距離太陽不到10秒差距（32.6光年）的物體，其溫度約為350開爾文（77攝氏度），比一杯茶還涼。

至今，它仍然是我們在太陽系外發現的最冷的緻密物體之一。

盧卡斯.麥克瑞，德克薩斯州農工大學

2004年，我是一個團隊的一員，該團隊使用在哈勃望遠鏡上安裝的先進測量相機（ACS），在45天內12次分別觀測了附近一個漩渦星系（梅西埃106）的一個小區域。這些觀測使我們能夠發現超過200個造父變星變數，這對於測量到星系的距離並最終確定宇宙的膨脹率（適當地命名為哈勃常數）非常有用。

這種方法需要對造父變星的亮度進行適當的校準，這可以在梅西埃106中完成，這要歸功於對這個星系的距離（2480萬光年，誤差3%）非常精確的估計，該估計是通過對圍繞其中心的巨大黑洞（不包括在影象中）執行的水雲的無線電觀測獲得的。

幾年後我參與了另外一個專案，該專案將這些觀測值作為穩健宇宙距離階梯的第一步，並在總不確定度為3%的情況下確定了哈勃常數的值。

霍華德.邦德，賓夕法尼亞州立大學

其中最令我興奮的一張照片-儘管它從未成名-是我們奇怪的爆炸性恆星V838單核星周圍的第一次光回波。它的爆發是在2002年1月被發現的，大約一個月後，它的光回波被發現，都來自小型地面望遠鏡。

儘管爆炸產生的光直達地球，但它也會向側面射出，從附近的塵埃中反射出來，然後到達地球，產生“回聲”。

宇航員號在2002年3月為哈勃望遠鏡提供了服務，安裝了新的高階測量相機。4月，我們是第一批使用ACS進行科學觀測的。

我總喜歡思索美國宇航局怎麼知道V838發出的光是從20000光年以外的地方射向我們的，並及時安裝了ACS。這張照片，即使只有一種顏色，也令人驚歎。在接下來的十年裡，我們獲得了更多哈勃望遠鏡對回聲的觀測，它們是最壯觀的，也是最著名的，但我始終記得當我看到第一個回波時我的震撼。

菲利普.卡雷特， 愛荷華大學

星系孕育了恆星。一些恆星塌縮成黑洞結束了它們“正常的”生命，在那之後，新的生命隨著被氣體驅動的強大的X光線發射器吸附的伴星開始。

為了更好的理解黑洞X射線雙星與恆星形成之間的關係，我獲得了這張美杜莎星系的哈勃影象（紅色）。美杜莎的驚人外觀之所以出現，是因為它是兩個星系之間的碰撞-“毛髮”是一個星系因另一個星系的引力而被撕裂的殘留物。錢德拉X射線天文臺的圖片中藍色顯示的是X射線。藍色的點是黑洞雙星。

較早的工作表明，X射線雙星的數量與宿主星系形成恆星的速率成正比。這些美杜莎影象讓我們得以證明，即使在星系碰撞的過程中，這種關係也是成立的。

邁克.艾克利奧斯，賓夕法尼亞州立大學

一些哈勃影象顯示了相互作用和合並的星系，比如天線（NGC 4038和NGC4039），老鼠（NGC 4676），車輪星系（ESO 350-40), 還有許多沒有暱稱的星系。

這些是星系演化中常見的暴力事件的壯觀例子。這些影象跟我們提供了關於這些相互作用過程中的精妙細節：星系的扭曲，氣體向中心的輸送，以及恆星的形成。

當我向公眾解釋我自己的研究背景時，我發現這些影象非常有用，這些星系中心的超大品質黑洞吸積氣體。空間望遠鏡科學研究所（STScl)的弗蘭克.薩摩斯製作了一段非常簡潔實用的視訊，展示了我們用這些影象與星系碰撞模型進行對比而學到的知識。

邁克爾.德林克沃特， 昆士蘭大學

我們最好的計算機模擬告訴我們，星系是通過相互碰撞和融合而成長的。同樣，理論也告訴我們，當兩個螺旋星臂碰撞時，它們應該形成一個大橢圓星系。但事實上看到它發生完全是另一回事。

這張美麗的哈勃影象捕捉到了一次星系碰撞。這不僅告訴我們，我們的預測是好的，還讓我們可以開始計算細節，因為我們現在可以看到實際發生了什麼。

當氣體雲碰撞時會觸發新恆星形成的焰火，當旋臂分裂時會發生巨大的扭曲。我們還有很長的路要走，才能完全理解大星系是如何形成的，但是像這樣的影象正在指明方向。

羅伯特.索利亞，國際射電天文學研究中心-科廷大學

這是由M87星系核的超大品質黑洞（處女座星團中的最大星系，距我們5500萬光年）驅動的準直噴射流的最高解析度檢視。

噴流從圍繞黑洞的熱等離子體區射出（左上角），我們可以看到它在6000光年的距離內穿過銀河系。在這個驚人的影象中，射流的白色/紫色光由圍繞磁場線旋轉的電子流以大約98%光速的速度產生。

理解黑洞的能量收支是天體物理學中一個富有挑戰性和吸引力的問題。當氣體落入黑洞時，大量的能量以可見光、X射線和幾乎以光速運動的電子和正電子噴流的形式釋放出來。利用哈勃望遠鏡，我們可以測量黑洞的大小（比我們銀河系的中心黑洞大一千倍）、其噴流的能量和速度，以及使它準直的磁場的結構。

基恩.卡爾通，賓夕法尼亞州立大學

當我的哈勃太空望遠鏡提議在1998年被接受時，這是我一生中最激動的事情之一。想象一下，對於我來說，望遠鏡將捕捉到斯蒂芬五重星系，一組令人驚歎的緊湊星群！

在接下來的10億年裡，斯蒂芬五重星系將在彼此引力的指引下，繼續它們巨集偉的舞蹈。最終，他們將合併，改變它們的形式，並最終成為一個整體。

自那以後，我們已經用哈勃望遠鏡觀測到了其他幾個緊湊的星系群，但斯蒂芬五重奏將永遠是特別的，因為它的氣體已經從星系中釋放出來，並在星系間恆星形成的劇烈爆發中被點亮。當我們建造哈勃望遠鏡，並且推動我們的思維從宇宙中窺見這些訊號的意義的時候，活著是多麼美好的事情啊。感謝所有制造和維護哈勃望遠鏡的英雄。

傑拉德.劉易斯， 悉尼大學

當哈勃望遠鏡於1990年發射時，我正攻讀引力透鏡效應的博士，引力透鏡是一種品質在光在宇宙中傳播時彎曲其路徑的行為。

哈勃拍攝的阿貝爾2218（Abell 2218）大品質星系團的影象，將引力透鏡效應帶入了清晰的焦點，揭示了星系團中存在大量的暗物質-將數百個星系團捆綁在一起的物質-是如何將遠距離的光源放大數倍的。

當你深入觀察影象時，這些高度放大的影象就像細長的條紋一樣清晰可見，這些扭曲的小星系通常是不可能被探測到的。

它讓你停下來想一想，這些引力透鏡，就像天然望遠鏡一樣，利用不可見物質的引力來揭示我們通常看不見的宇宙驚人細節！

瑞秋.韋伯斯特，墨爾本大學

引力透鏡效應是品質對宇宙時空形狀影響的一種非凡表現。本質上，有品質的地方，空間是彎曲的，所以在遠處看到的物體，在這些品質結構之外，它們的影象是扭曲的。

這有點像海市蜃樓，事實上，法國人用這個詞來形容這種效果。在哈勃望遠鏡的早期，一幅巨大星系團的透鏡效應的影象出現了：微小的背景星系被拉伸和扭曲，但卻像雙手一樣擁抱著星系團。

我驚呆了。這是對這臺執行在遠高於地球大氣層的望遠鏡非凡解析度的讚頌。從地面上看，這些非常微弱的銀河光會被抹掉，與背景噪音無法區分。

我在三年級天體物理學課的班上，探索了哈勃望遠鏡拍攝的100張最佳照片。他們對氣體雲非同尋常但真實的色彩印象最深。然而，我不能通過一幅影象來展示品質對我們宇宙結構的影響。

金維川，德州農工大學

在廣義相對論中，愛因斯坦假設物質可以改變時空並使其彎曲。一個有趣的結果是，宇宙中非常大的物體會放大來自遙遠星系的光，本質上成為宇宙望遠鏡。

有了哈勃望遠鏡，我們現在可以利用這種強大的能力及時回望，尋找第一星系。

這張哈勃圖片顯示了一個星系群，它有足夠的品質將來自遙遠星系的光彎曲成明亮的弧形。我研究生時第一個專案是研究這些非凡的物體，今天我仍然用哈勃來探索跨越宇宙時間的星系的本質。

艾倫.達菲，斯威本科技大學

在 人眼看來，這幅影象中的夜空是完全空無一物的。旋臂上不若一粒米厚的微小區域。哈勃望遠鏡指向這個區域整整12天，讓光線照射到探測器上，慢慢地，一個接一個地，星系出現了，直到整個影象充滿了10000個星系，一直延伸到整個宇宙。

最遙遠的是幾百億光年之外的小紅點，時間可以追溯到大爆炸後幾億年。這幅影象的科學價值是巨大的。它革新了我們關於早期星系如何形成以及它們如何快速成長的理論。我們宇宙的歷史，以及豐富多樣的星系形狀和大小，都包含在一張影象中。

於我而言，真正使這幅畫與眾不同的是它讓我們得以一窺我們可見的宇宙規模。這麼小的一個區域裡有這麼多星系意味著整個夜空中有10億個星系。一個完整的星系對應我們銀河系中的每一顆恆星！

詹姆斯.布洛克，加州大學歐文分校

這就是哈勃望遠鏡的一切。一個單一的令人敬畏的視角可以揭示我們的宇宙：它遙遠的過去，它不斷髮展的集會，甚至是把它聯絡在一起的基本物理定律。

我們正透過星系團的中心窺視。這些發光的白球是巨大的星系，它們主宰著星系團的中心。仔細觀察，你會發現漫射的白光碎片從它們身上被撕下來！這個星團就像一個重力攪拌器，將許多單個星系攪拌成一團星雲。

但星團本身只是宇宙故事的第一章。看到那些淡藍色的環和弧了嗎？這些是其他遙遠星系的扭曲影象。

星系團巨大的引力導致它周圍的時空扭曲。當來自遙遠星系的光線經過時，它被迫彎曲成奇怪的形狀，像一個扭曲的放大鏡可以扭曲和照亮我們看到的微弱的蠟燭。運用我們對愛因斯坦廣義相對論的理解，將星團用作引力望遠鏡，讓我們比以往任何時候都能看得更遠、更暗。我們正在回顧遙遠的過去，看到130多億年前的星系！

作為一個理論家，我想要了解星系的整個生命週期-它們是如何誕生的（小的，藍色的，充滿了新的恆星），它們是如何成長的，最終是如何消亡的（大的，紅色的，隨著古老恆星的光芒而褪色）。哈勃可以使我們能夠把這些階段聯絡起來。這張圖片裡最暗最遙遠的星系註定會變成怪物星系，就像前景中那些泛著白光的星系一樣。我們在一幅壯麗的畫面中看到了遙遠的過去和現在。

參考資料

1.WJ百科全書

2.天文學名詞

3. 雪狼普雅- inverse