讓每個鏡頭,都記錄精彩哈勃太空望遠鏡如何讓我們觀測到宇宙中第一個星系
1990年4月24日哈勃太空望遠鏡發射。該照片中，發射臺39a和39b同時載有航天飛機，這是有史以來的第一次。美國航空航天局（NASA）
30年前的4月24日，哈勃太空望遠鏡發射。這是一個了不起的里程碑，因為哈勃太空望遠鏡的預期壽命只有10年。
哈勃望遠鏡壽命長，主要原因之一是：哈勃望遠鏡可以得到檢修完善。這是由于航天飛機造訪了哈勃望遠鏡，并帶來了新的觀測裝置。
哈勃望遠鏡最初發射時，其設備裝置可以觀測到紫外線和可見光。紫外線的波長較短，肉眼不可見，但可見光肉眼可見。1997年的維修任務在哈勃望遠鏡上增添了設備，用于觀測近紅外光。近紅外光波長長，人肉眼不可見。哈勃望遠鏡上用于觀測近紅外光的新設備有兩大作用：相較從前，望遠鏡可以觀測到更深的宇宙。同時恒星形成之處布滿星塵，望遠鏡也可以看到星塵的更深處。
我是來自亞利桑那大學的天體物理學家，通過近紅外光來進一步了解宇宙運作規律，如恒星形成和宇宙學。約35年前，我得以建造用于哈勃望遠鏡的近紅外攝像頭和分光計。這是一世難求的機會。我的團隊設計制造了攝像頭，改變了人們觀測和了解宇宙的方式。在我們的指導下，該設備在位于科羅拉多州博爾德市的波爾航天公司制造生產。
我們肉眼可見的光是輻射的一部分，也稱為電磁波譜。波長較短的光能量更高，波長較長的光能量更低。哈勃太空望遠鏡主要觀測可見光（如彩虹所示），也可觀測部分紅外輻射和紫外輻射。美國航空航天局/約翰·霍普金斯大學應用物理實驗室/美國西南研究院（NASA/JHUAPL/SwRI）
在20世紀早期，埃德溫·哈勃（哈勃太空望遠鏡HST以其名命名）發現了宇宙是一直在膨脹擴張的，而來自遙遠星系輻射出的光波也就被拉扯得更長，更紅，這種現象就是紅移。距離越遠，紅移現象越顯著。這是因為物體離得越遠，光到達地球接近我們花費的時間就會越長，而在這時宇宙也在進一步越來也膨脹。
當前利用哈勃望遠鏡的紫外波段和其他光學設備拍攝到了有史以來最遙遠的星系畫面，就是眾所周知的在1996年發布的北哈勃深場（NHDF）的畫面。然而，受到紅移的限制，拍攝的畫面已到達了哈勃望遠鏡觸及的極限，這已將最遠星系的所有光從可見光發展為紅外光。
在第二次維修養護時，哈勃望遠鏡增加了一些新的儀器設備，其中之一就是名字很冗長的近紅外相機和多目標光譜儀（NICMOS，音“Nick Moss”）。NICMOS上的近紅外相機觀測了北哈勃深場（NHDF）這一區域，甚至發現了那些遙遠的的星系發散的所有光都在近紅外范圍內。
NICMOS曾經記錄了一個非常經典的畫面——一個在銀河中心巨大的星團。這是得益于NICMOS的紅外攝像能力，我們才能夠透過中心地帶厚重的由氣體和塵埃組成的云團進行觀測。NARS/JHUAPL/SwRL
天文學家有特權觀測發生在過去的事，這被他們成為“回溯時間”。目前，我們對宇宙年齡最精確地測量是13.7億年。光一年走的距離被稱作一光年。NICMOS觀測到的最遠的星系距我們大概有13億光年的距離，這意味著NICMOS能夠探測到的光已經“太空旅行”13億年了，我們看到的畫面也是13億年前的樣子，而當時的宇宙只是現在年齡的5%。這是出現的第一個星系，并且它以在宇宙中大多數星系形成恒星的近乎一千倍的速率形成新恒星。
隱藏在塵埃之中
盡管天文學家研究恒星形成已有數十年，但仍有許多問題。 問題的一部分是大多數恒星是由分子和塵埃云形成的。 塵埃吸收紫外線和形成恒星時發出的大部分可見光，這使哈勃的紫外線和光學儀器很難研究這一過程。
光的波長越長或越紅，吸收的光就越少。 這就是為什么夕陽下的光線必須穿過長長的塵土飛揚的天空而呈現紅色的原因。
但是，近紅外光通過粉塵的時間比紅色光學燈更短暫。 NICMOS(近紅外攝影及多目標光譜儀)可以觀察具有哈勃影像質量的恒星形成區域，以確定恒星發生位置的細節。 一個很好的例子是鷹狀星云的哈勃影像，也被稱為創造的支柱。
光學圖像顯示了雄偉的柱子，這些柱子似乎表明了在較大空間上的恒星形成。 但是，NICMOS圖像顯示不同的圖片。 在NICMOS圖像中，大多數柱子是透明的，沒有星形。 星星僅在支柱的頂端形成。 光學柱只是空的灰塵反射附近一群恒星的光。
可見光中的鷹狀星云，美國宇航局，歐空局和哈勃遺產小組（STScI / AURA）
在這張哈勃太空望遠鏡的影像中，是鷹狀星云的創造之柱。 在這里，從紅外光中可以看到柱子，這些紅外光穿透了遮蓋的灰塵和氣體，并露出了一個更加陌生但同樣令人驚嘆的柱子視圖。
NASA（美國宇航局），ESA （歐空局）/哈勃望遠鏡和哈勃望遠鏡遺產小組
紅外時代的到來
當NICMOS于1997年被添加到HOST(哈勃空間望遠鏡）中時，NASA并沒有未來的紅外太空飛行計劃。 隨著NICMOS的結果變得明顯，這種情況迅速改變。 根據NICMOS的數據，科學家了解到，宇宙中完整形成的星系比預期的要早得多。 NICMOS圖像還證實，宇宙膨脹正在加速，而不是像以前認為的那樣放緩。 NHDF紅外圖像之后是2005年的哈勃超深場圖像，進一步顯示了遙遠的年輕星系的近紅外成像功能。 因此，美國宇航局決定投資詹姆斯韋伯太空望遠鏡（JWST），它比HST大得多，并且完全用于紅外觀測。
在2009年5月，哈勃望遠鏡擁有了第三代廣域相機，近紅外成像儀也成為了這一代相機的組成部分。該相機采用了改進的NICMOS（近紅外線照相機和多目標分光儀）探測器陣列，靈敏度更高，視野更廣。詹姆斯·韋伯太空望遠鏡（哈勃的“繼任者”）則裝備了更多版本的NICMOS探測器陣列，與前輩們相比，他們擁有著更大的波長覆蓋范圍。
韋伯望遠鏡預計2021年3月發射升空，隨后是廣域紅外巡天望遠鏡，這兩者組成了NASA未來太空任務的主體。這些項目都是由哈勃望遠鏡的近紅外觀測推動產生的。最初NASA對近紅外照相機和光譜儀的投資，使得哈勃望遠鏡長出了“紅外眼”，從而確保了近紅外觀測的成功。隨著韋伯望遠鏡的問世，天文學家有望看到宇宙中最早出現的星系。
相關知識
哈勃空間望遠鏡（通常被稱為“HST”或“哈勃”）于1990年被發射到近地軌道，至今仍堅守崗位。他并非空間望遠鏡的開山鼻祖，但卻是規模最大、通用性最高的空間望遠鏡之一。他不僅作為重要研究工具聲名遠揚，也以天文學界“公關吉祥物”的身份為人稱道。哈勃望遠鏡以天文學家埃德溫·哈勃命名，與康普頓伽馬射線天文臺、錢德拉X射線天文臺和斯皮策太空望遠鏡并稱為“NASA四大天文臺”。
哈勃望遠鏡裝備有一個2.4米（7.9英尺）的反射鏡，它的四個主儀器在電磁光譜的紫外、可見和近紅外區域進行觀測。哈勃望遠鏡所在的軌道使它的拍攝工作能夠免于大氣層的“騷擾”，正因如此，它捕獲的高清照片受背景光的干擾很小，讓地面望遠鏡望塵莫及。它記錄了一些最為詳細的可見光圖像，讓深入觀察太空成為可能。哈勃的許多觀測結果給天體物理學帶來了突破，例如：宇宙膨脹率的確定。
作者：walkingtime，斯萊特林，Angel，長含冬
FY：Astronomical volunteer team
如有相關內容侵權，請于三十日以內聯系作者刪除
轉載還請取得授權，并注意保持完整性和注明出處