『天文』特殊的生日贺礼：用最遥远星系的观测结果，为哈勃30周岁生日喝彩
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1990年4月24日 ， 发现号航天飞机将哈勃太空望远镜送入轨道那是最让人兴奋的一段日子 ， 因为哈勃可以为大家带来震撼的照片 ， 让我们一睹宇宙早期刚形成的时候的样子 。
【『天文』特殊的生日贺礼：用最遥远星系的观测结果，为哈勃30周岁生日喝彩】
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但当哈勃一上线 ， 科学家们就发现了其镜面的严重问题 ， 尽管这是当时制造过的最精细的镜面 ， 但2000纳米的轻微误差却让哈勃没法拍摄清晰的照片 。 三年后 ， 科学家们成功镜面进行改造 ， 哈勃正式开始揭开宇宙的秘密 。
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哈勃至今已经运行了30年 ， 拍摄了无数遥远的恒星与星系的最震撼的照片 。 但哈勃和万物一样 ， 都有自己的限制且这架世界上最有名的望远镜 ， 也终将在不久的将来走到生命的尽头 。
可这个“不久”是多久？哈勃又为何会在观测方面达到自身的极限呢？
在哈勃的一生中 ， 它拍摄了数百万张惊人的照片 ， 它能观测到普通望远镜看不到的 。 电磁波频谱中其他的部分因其位于地球大气之外 ， 所以它拥有观测宇宙的完全无阻挡的视角 ， 使其相比于地面的望远镜能观测到更暗更远的物体 。 尽管如此 ， 哈勃拍到的最好的照片大家也看过无数张 ， 但物理上的限制则让它无法再看到更暗更远的物体了 。
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为了看到宇宙最暗最远的物体 ， 你需要有极高的分辨率 ， 并能捕捉到尽可能多的光 。 望远镜的分辨率受制于镜面观测的光的波长 ， 望远镜的角分辨率是望远镜分辨两个物体的最小角距离 。 计算方法是：1.22乘光的波长 ， 除以镜面直径 。 当观察波长约500纳米可见光时 ， 哈勃的角分辨率约0.05角秒 ， 这是人眼分辨能力的一千倍 。 对于紫外线这种更短波长的电磁波 ， 分辨率则会更好 。 哈勃的分辨率能达到0.01角秒 ， 哈勃也会受制于自审能观测到的波长类型 。 恒星会发出很大范围波长的光 ， 虽然哈勃也能观察很大范围波长的光 ， 但它却无法观测超过近红外以外的波段 ， 这限制了它观测远处物体的能力 。
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随着宇宙的膨胀 ， 太空的结构也在随之扩张 。 当光在宇宙中传播时 ， 波长会因宇宙的膨胀而拉伸 。 这意味着当光到达哈勃时 ， 光的波长比它离开光源时更长 ， 这被称为“红移” 。 当物体距离越来越远 ， 光飞行的时间也越长 ， 红移的现象也会越明显 。 如果光红移太多 ， 它的波长就会跑到哈勃可观测的波长范围外 。
哈勃的主要目标之一 ， 就是在已知宇宙范围内探索最遥远的星系 ， 它已经做到了 。 它发现了星系编号GN-Z11 ， 该星系位于320亿光年外 ， 我们看到的光是它在134亿年前发出的 。 这个星系已经接近当时哈勃可观测的距离极限了 ， 而且这个发现出自某些惊人的巧合 ， 因为这个星系和哈勃之间中性气体刚好非常少 ， 这给了望远镜一个非常好的观测这个星系的视野 。 从那个星系发出的光经过另一个星系引发了引力透镜效应 ， 这通常在光因重力被另一个物体拉伸后发生 。 本来会错过观测者的光被弯曲后 ， 射向了观测者 ， 这让GN-Z11星系的光被放大 ， 刚好能够被哈勃发现 。
直到目前 ， 哈勃已经拍摄这些惊人的照片长达29年 。 因其设计 ， 哈勃得以在轨运行 。 过去若干年 ， 航天飞机载着宇航员五次造访哈勃去进行维修和失效零件替换 。 然而 ， 2011年航天飞机退役后 ， 我们就无法那样维护哈勃了 ， 望远镜上的零件就开始慢慢损耗了 。 哈勃有六个陀螺仪 ， 用于机动与精确指向目标物体 ， 在过去五年中坏了三个 。 即使未来十年哈勃继续正常运行 ， 它的轨道也会慢慢降低 。 在30年代 ， 哈勃将重返大气 ， 在落地前烧毁 。 在此事发生之前 ， 下一代太空望远镜将早已进入太空拍摄宇宙更加令人震撼的照片 ， 但我们永远不会忘记哈勃曾经带给我们的震撼 。
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【『天文』特殊的生日贺礼：用最遥远星系的观测结果，为哈勃30周岁生日喝彩】虽然哈勃在退役时已经运转了几十年 ， 对于它观测到的物体来说 ， 只不过是转瞬间罢了 。 不过 ， 望远镜背后伟大的工程学与科学让我们在对宇宙的理解上前进了一大步 。
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