哈勃七大科学发现：宇宙的年龄之谜(2)

宇宙的年龄之谜

　　哈勃空间望远镜1994年拍摄的一颗位于旋涡星系M100中的造父变星(图片中央的亮点)，可见它的亮度在随时间变化

　　听起来有些令人不可思议，天文学家们怎么会知道宇宙年龄的大小?正是“哈勃”帮他们给出了答案。我们都知道宇宙正在膨胀，那么膨胀的速度是多少呢?天文学家把它称为“哈勃常数”，记为H0，并且发现它的单位是“千米/秒/兆秒差距”(km/s/Mpc)。由于“秒差距”和“千米”都是距离单位，因此哈勃常数的倒数的单位是“秒”，它所代表的意义其实是时间，也就是宇宙的年龄(更准确地说是宇宙年龄的上限)。因此只要测出了哈勃常数的大小，就能推断出宇宙的年龄。

　　人们早就发现，只要知道了星系的退行速度以及它离我们的距离，就可以求出哈勃常数的大小，而星系的距离，可以通过一类称为“造父”变星的特殊恒星求出。造父变星是一类光度超过太阳数千倍的变星，它们非常明亮，而且亮度变化有确定的周期性，最重要的是，这个周期与造父变星的平均光度(即其真实的发光本领)成正比，天文学上称为“周光关系”，通过它可以求出造父变星的距离(这也就是它所在的星系离我们的距离)。在“哈勃”之前，由于银河系之外的星系距离我们太远，其中的造父变星的周光关系测量精度不够，据此求出的星系距离也误差较大。得益于“哈勃”的高分辨率和它上面搭载的精细导星传感器的帮助，天文学家们直接测量出了36个星系中的许多造父变星的距离，并据此校正了“周光关系”，然后利用周光关系测量出更遥远的星系的距离，进一步确定了哈勃常数的大小为72 ± 8 km/s/Mpc，将它的准确度提高了5倍。

　　2009年5月7日哈勃网站报道，天文学家们通过对旋涡星系NGC4258中的造父变星和Ia型超新星的研究，再次精确测定了哈勃常数的准确值，为74.2 ± 3.6 km/s/Mpc，与之前的测量结果相近，但精度又提高了两倍。据此推断宇宙的年龄约为137亿年左右，和WMAP卫星的结果十分吻合。

超大质量黑洞和类星体

　　哈勃空间望远镜拍摄的巨椭圆星系M87核心照片，星系核心周围的尘埃盘旋转得极其迅速，如此高的动能只能来自于中心黑洞的驱动。

　　该黑洞质量高达30亿倍太阳质量，而所占据的空间还不如一个太阳系大。照片中的喷流是黑洞吸积物质时激发出的高能电子流

　　“几乎每个星系中心都有一个超大质量黑洞”，这个如今已为天文爱好者们耳熟能详的常识，也得归功于“哈勃”的发现。1994年5月25日，天文学家们宣布，利用哈勃望远镜，在距离我们50万年远的巨椭圆星系M87中发现了星系中心超大质量黑洞存在的确切证据，从此揭开了超大质量黑洞的观测研究序幕。

　　此外，“哈勃”于1996年拍摄到的一系列类星体、活动星系核(猛烈活动着的明亮的星系核心)的照片，帮助天文学家们完善了类星体的“大统一模型”。类星体(quasar)是一种看起来与恒星类似的天体，但由于它们距离我们极其遥远，因此它们的发光本领要比一般的星系都强许多倍，现在的高分辨率观测已经发现，它们也是一些活动星系的核心。从20世纪60年代起，天文学家就推测出这些剧烈活动的高能天体是由正在吞噬物质的巨型黑洞所驱动的。正是“哈勃”第一次从观测上巩固并完善了这个理论。不仅如此，1997年1月13日，“哈勃”在对27个星系的详细考查后，宣布在星系中心，超大质量黑洞是普遍存在的，而且还揭示出了黑洞质量与星系核球的质量相关。这两项相关的发现具有特别重要的意义。首先，类星体的高分辨率照片揭露了它们的藏身之处明亮的椭圆星系或者相互作用的星系。这项发现暗示，必须经由一系列特定的事件，才能将物质灌输到中央黑洞之中。其次，包裹着星系中心的核球的质量与巨型黑洞的质量紧密关联，这暗示着星系与中央黑洞的形成与演化息息相关，为人们了解这些超大质量黑洞的由来指明了方向。

太阳系外的行星

　　哈勃空间望远镜拍摄的北落师门(中央的白色亮点)极其行星照片，这是人类首次直接拍摄到系外行星绕恒星运动的轨迹，殊为难得

　　早在1994年，“哈勃”就在猎户座大星云的恒星形成区发现有许多年轻恒星周围都存在薄薄的尘埃盘，这一发现证实了之前理论学家关于行星形成的推测，并且表明恒星周围存在行星系统是很常见现象，从而开启了系外行星的研究之门。

　　2008年11月13日，“哈勃”更进一步，宣告首次直接拍摄到一颗太阳系外行星绕恒星运动的轨迹，表明系外行星研究取得实质性突破。“哈勃”拍到的这颗行星与太阳系中的木星类似，质量不超过木星质量的3倍。它围绕其母恒星南鱼座中的最亮星北落师门运行，每872年绕行一圈。北落师门距地球仅25光年，年龄在2亿年左右。“哈勃”还发现，环绕“北落师门”的尘埃盘跨度大约为350亿千米，有十分明显的内边缘。

　　此外，“哈勃”近几年还创造了多个关于系外行星的第一：第一次获得恒星HD209458周围行星的大气成分、第一次发现系外行星上的二氧化碳、第一次发现系外行星大气中的有机分子。

　　尽管现在人们尚未发现第二个“地球”，但由“哈勃”开启的发现之旅已经给了我们无比的信心，它的后继者必将实现这个梦想。

　　尽管“哈勃”的官方网站非常谦虚地只列出了上述5个方面的重大发现，不过我认为至少还有2大发现也是值得与大家分享的。

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