宇宙到这里终止？科学家从哈勃望远镜拍摄的照片中，到底发现了啥
宇宙到这里终止？科学家从哈勃望远镜拍摄的照片中，到底发现了啥
对人类来说，宇宙一直是未知且神秘的，为了满足人类与生俱来的好奇心和探索欲，这么多年来，我们一直都在为了探究宇宙的奥秘而做出努力。到现在，我们已经发射了许多个航天器，甚至实现了载人登月，让人类的足迹出现在了除地球之外的星球上。
Tips：太空，地球大气层以外的宇宙空间，在外太空1.6万千米高度空气继续存在，甚至在10万千米高度仍有空气粒子。因此，空气空间与外层空间没有明确的界限。
宇宙看起来似乎是广袤无垠的，我们知道海洋的深度是有限的，那么宇宙有尽头吗？如果有的话，宇宙的尽头又在哪里？是什么样的？这其实也是科学家们一直以来都在探索的问题。在天文界，哈勃望远镜是每个人都熟知的名字，它为人类带来了许多数据资料研究宇宙空间。
宇宙是有尽头的吗
科学家们现在知道宇宙正在以越来越快的速度膨胀。那么，如果它在膨胀，它会变成什么？换句话说，已知宇宙之外还有什么？要定义“超越宇宙”的空间，那就意味着宇宙有一个边缘。这就是事情变得棘手的地方，因为科学家们不确定宇宙的边缘是否存在。不过，这个问题的答案很可能是“不是”。
Tips：哈勃空间望远镜Hubble Space Telescope，缩写：HST是以美国天文学家爱德温·哈勃为名，于1990年4月24日成功发射，位于地球的大气层之上的光学望远镜。
这其实涉及到了宇宙学原理，宇宙学原理指出，无论你从哪个方向看，宇宙任何部分的物质分布看起来都与其他任何部分大致相同。用科学家的话来说，宇宙是各向同性的。宇宙学原理部分是物理定律在任何地方都相同的想法的结果。
Tips：宇宙Universe，在物理意义上被定义为所有的空间和时间（统称为时空）及其内涵，包括各种形式的所有能量。
在宇宙中，有很多局部变异，包括不同的恒星、星系、星团等，但平均在大块空间中，没有任何地方与其他任何地方真正不同。不过，这意味着宇宙没有边缘，没有任何东西能够到达宇宙刚刚结束的地方。人们经常用气球的表面来类比宇宙的无限：一只蚂蚁在气球的表面上可以向任何方向行走，看起来表面是没有边界的。也就是说，蚂蚁可能会回到它开始的地方，但旅程没有终点。因此，即使气球的表面是有限数量的正方形单位，它也没有边缘，没有边界，因为我们可以在任何一个方向上永远前进。
Tips：蚂蚁ant，是一种昆虫，别名蚁、玄驹、昆蜉、蚍蜉蚂，属节肢动物门，昆虫纲，膜翅目，蚁科。
但是，如果宇宙没有尽头或边缘，它怎么会膨胀呢？再次使用气球类比，如果向气球中添加更多空气，蚂蚁会观察到气球表面上的其他东西越来越远。蚂蚁和某个物体之间的距离越大，该物体后退的速度就越快。但是无论蚂蚁从哪里走过，这些物体后退的速度都会遵循相同的原则，如果蚂蚁想出一个方程来描述最远物体后退的速度，这个方程应该是适用于气球表面的任何地方的。然而，当气球被吹起时，会膨胀成一个三维空间，但是这并不适用于宇宙。
Tips：三维空间，日常生活中可指由长、宽、高三个维度所构成的空间，是我们看得见感受得到的空间。三维的东西能够容纳二维。
物理学家斯蒂芬霍金经常说，这个问题其实并没有意义，因为如果宇宙从无到有，让一切都存在，那么问宇宙之外是什么就像问北极以北是什么。澳大利亚墨尔本大学的理论天体物理学家凯蒂·麦克博士认为，宇宙其实是密度越来越小，而不是在膨胀。也就是说，随着宇宙的膨胀，宇宙中物质的浓度正在下降。星系并没有在太空中彼此远离，它是空间本身变得越来越大。
因此，人类看到的星系中的任何外星人都会得出地球人所做的相同结论：其他一切都在向各个方向移动，而本地星系则处于静止状态。
Tips：斯蒂芬·威廉·霍金Stephen William Hawking，出生于英国牛津，英国剑桥大学著名物理学家，现代最伟大的物理学家之一、20世纪享有国际盛誉的伟人之一。
因为空间在膨胀，星系有可能看起来好像它们的运动速度比光快，而不会违反相对论——即在真空中没有任何东西可以比光速更快。麦克说，可观测宇宙的实际大小在任何方向上都是460亿光年，即使宇宙只在138亿年前开始。但这仍然限制了人类可以看到的宇宙的大小，称为可观测宇宙。地球人看不到 460 亿光年半径之外的任何东西，而且永远也看不到。
哈勃望远镜
自20世纪90年代初以来，哈勃望远镜一直是亚利桑那大学天文学家最喜欢的仪器。来自全球各地的研究人员使用哈勃望远镜观察遥远的星系，并更好地了解我们不断膨胀的宇宙的历史和未来。
Tips：光速Lightspeed，是指光波或电磁波在真空或介质中的传播速度。真空中的光速是目前所发现的自然界物体运动的最大速度。
哈勃望远镜大约有一辆大型校车那么大，它的重量超过了1万公斤，这比两只成年雄性非洲丛林象还要重。哈勃使用两个25英尺的太阳能电池板从太阳收集能量，它工作所需的功率比人们想象的要少得多，平均功耗为2100瓦。哈勃以大约每小时2.7万公里的巡航速度绕地球运行，旋转90度需要15分钟。哈勃已经观测到了超过134亿光年之外的位置，这意味着它已经看到了134亿年前存在于宇宙中的光。
使用哈勃数据的天文学家已经发表了超过13000篇期刊文章，使其成为有史以来最高效的科学仪器之一。亚利桑那大学为无数空间科学研究做出了贡献，其研究人员几十年来一直在使用美国宇航局的哈勃太空望远镜进行研究。
Tips：非洲森林象Loxodonta cyclotis：身高2.1-2.5米，体重2.7-6吨。曾经非洲森林象被视为非洲草原象的亚种，但通过基因分析之后，被认为是一支独立物种。
这台望远镜的名字其实来自一个天文学家，那就是埃德温·P·哈勃。因为他为天文学界做出了巨大的贡献。他通过自己的研究证实了宇宙实际上是正在膨胀的，而这个结论为此后的大爆炸理论奠定了基础。1920年代，埃德温·哈勃发现仙女座处于另一个星系。发现这个事实的时候，他使用的是位于洛杉矶威尔逊山天文台的100英寸望远镜，同时也是当时世界上最大的一台望远镜。以前人们认为，仙女座星系和其他类似星系是银河系内的“螺旋状星云”。
Tips：螺旋星云，永远是黑暗宇宙中的亮点，星体、灰尘、气体和等离子等物质由于重力的作用汇集到一起就形成了螺旋星云，看上去它就像是一个在黑暗的宇宙中划过的火风车。
尽管哈勃望远镜的名字来自于哈勃，但实际上还有另一个人为它做出了不可磨灭的贡献，那就是莱曼·斯皮策。1946年，斯皮策在耶鲁大学任教授和研究员，他写了一篇题为《地外天文台的天文优势》的论文，他认为，太空望远镜可以通过避开地球大气层来拍摄更清晰的照片，并且可以探测到地面望远镜无法探测到的电磁频率。
几十年后，斯皮策帮助美国宇航局为哈勃进行了游说工作。在2003年，以他的名字命名的斯皮策太空望远镜发射升空。而哈勃望远镜是在1990年4月跟随发现号航天器发射升空的，并在一个多月后拍摄了1300光年外的星团NGC 352的第一张照片。
Tips：电磁现象产生的原因在于电荷运动产生波动，形成磁场，因此所有的电磁现象都离不开电场。
不过，这张图片在当时并没有引起人们的重视。每台望远镜都会经过“第一道光”测试：当光有史以来第一次穿过望远镜的光学元件并击中它的探测器时，望远镜就经历了它的“第一道光”。初光图像往往不起眼，不适合公众，而只是一个测试。在哈勃太空望远镜的案例中，媒体被邀请观看哈勃望远镜的“第一道光”测试，正如故事所说，这张图像并没有给他们留下深刻的印象，据说还有人对哈勃望远镜显示的图像提出质疑。
Tips：航天器spacecraft，又称空间飞行器、太空飞行器。按照天体力学的规律在太空运行，执行探索、开发、利用太空和天体等特定任务的各类飞行器。航天器基本上都在太阳系内运行。
哈勃是一项耗资25亿美元的科学项目，可以说是有史以来最成功的望远镜是有代价的。哈勃的总运行成本现在已远远超过100亿美元，然而，在天文界，它被压倒性地认为物有所值，这不仅是因为它的观测使世界级天文学成为可能，而且是为了让世界各地的人们从云端欣赏天文之美。
但是，哈勃望远镜的第一张照片仅比智利现有的地面望远镜所能拍摄的清晰50%。此后，工程师们争先恐后地提高图像质量，但很快发现哈勃的主要缺陷在于其主镜，该反射镜具有由制造误差引起的球面像差。
Tips：反射镜是一种利用反射定律工作的光学元件。反射镜按形状可分为平面反射镜、球面反射镜和非球面反射镜三种;按反射程度，可分成全反反射镜和半透半反反射镜(又名分束镜)。
三年后，工程师们完全纠正了哈勃拍摄图像模糊的问题。在1993年年末，美国宇航局启动了一项维修任务。一个由七名宇航员组成的机组人员飞往哈勃，并花了五天时间安装了两台新相机。这种维修任务在任何其他天基望远镜上都是不可能的，哈勃是美国宇航局设计的第一个在太空中进行维修和保养的望远镜。哈勃望远镜的第一批新图像于同年12月传送回了地球。
哈勃望远镜看到了什么
哈勃拍摄的图像帮助科学家估计了宇宙的年龄和大小。科学家们认为宇宙已经有将近 140 亿年的历史了。哈勃帮助科学家了解行星和星系是如何形成的，哈勃深场的图则向人类展示了有史以来最远的星系。
Tips：一般来说行星需具有一定质量，行星的质量要足够的大且近似于圆球状，自身不能像恒星那样发生核聚变反应。
这也是迄今为止哈勃观测到的最远距离，大约为10到150亿光年，这个最远的区域被称为哈勃深场。实际上，望远镜是一台时光机，当我们眺望太空时，我们正在回顾过去。我们通过望远镜看到的这些物体的样子并不是当时的样子，而是它们很久以前出现的样子。
1995年，哈勃连续10天盯着北斗七星附近一小片几乎什么都没有的天空。望远镜收集了它所能收集到的所有光线，慢慢地进行构图，图像呈现出的哈勃深场向人类展示了比以往任何时候都更暗的星系，其中一些的光传播100亿年才能到达我们这里。
Tisp：北斗是由天枢、天璇、天玑、天权、玉衡、开阳、摇光七星组成的。 [1] 古代汉族人民把这七星联系起来想象成为古代舀酒的斗星。
哈勃深场向我们展示了早期宇宙的一小部分，早在我们的太阳诞生之前，这是一个宇宙核心样本。里面包含了3000个星系，大小不一，形状不规则，位于太空深处。还有一些恒星，许多遥远的星系，这些星系的形状、大小和颜色各不相同，我们可以看到它们是如何随着时间变化的。有了哈勃深场，我们几乎可以追溯到星系从大爆炸的混乱中出现的时代。
Tisp：哈勃深空视场Hubble Deep Field，是一张由哈勃空间望远镜所拍摄的小区域夜空影像。拍摄位置在大熊座，影像的范围仅144弧秒，等于是100米外的一颗网球。
2014年，天文学家发布了哈勃有史以来最丰富多彩、最全面的宇宙演化，展示了哈勃深场的紫外线覆盖范围，提供了恒星形成过程中缺失的环节。天文学家此前曾在2003年至2009年拍摄的一系列图像中研究了可见光和近红外光下的哈勃深场 (HUDF)。
Tips：紫外线Ultraviolet，是电磁波谱中频率为750THz～30PHz，对应真空中波长为400nm～10nm辐射的总称，不能引起人们的视觉。
现在，天文学家使用紫外光组合了哈勃望远镜可用的所有颜色，从紫外光一直延伸到近红外光。紫外线来自最热、最大和最年轻的恒星。通过观察这些波长，研究人员可以直接了解哪些星系正在形成恒星，以及恒星在这些星系中的形成位置。通过研究这个中间时期星系的紫外线图像，天文学家能够了解星系是如何通过形成小群高热恒星来扩大规模的。
小结
哈勃望远镜可以通过使用引力透镜发现更远的星系，这些星系在宇宙中形成得更早，例如在 CLASH 调查和前沿场中，可以看到更远的时间。它观测到的哈勃深场给科学家们带来了十分珍贵的资料，在超过25年的运作中，哈勃拍摄了一些世界上最令人惊叹的、广阔的古老宇宙的图像。