宇宙到底有多大?150万公里外的韦伯望远镜,传回到照片让人绝望

星空承载梦想 2023-12-23 09:14:39
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现代科学认为,我们的宇宙诞生于138亿年前,在138亿年前,有一颗奇点发生了爆炸,奇点是一个质量无限大、能量无限大、热量无限大、密度无限大、体积无限小的点,这个点爆炸以后,我们的宇宙开始快速的膨胀,经过138亿年的时间,我们的宇宙才变成我们现在所看到的这样,宇宙中的天体都是在宇宙大爆炸之后形成的,地球就是宇宙中的一颗行星,不过地球这颗行星和其它行星最大的区别在于,地球诞生了生命,生命的出现给地球增添了很多色彩,尤其是人类出现以后,解开了地球上很多的奥秘,从人类诞生以后,人类就开始研究世界的奥秘,目前人类已经能够走出地球探索宇宙,这说明人类科技发展的速度非常快。在1957年10月4日,苏联把世界上第一颗人造地球卫星送入太空。

这个举动实现了人类千百年来探索浩瀚宇宙的美好愿望,也为人类进入太空创造了可能,自第一颗人造卫星发射成功之后,人类利用人造天体研究和开发宇宙的时代开始了,在短短半个多世纪里,从人造卫星的应用到星际探索,从月球探索到火星探索,人类对太空的探索已经取得了飞速的发展,到现在为止,人类已经成功研制了载人飞船,空间站,航天飞机等载人航天器,将500多人送入太空,有12人登陆月球,在1959年到1976年,前苏联曾60多次向月球发射探测器,创造了多项世界第一。包括第一次拍摄到月球背面,以及三次采集月球岩石返回地球,在1961年4月12日,宇航员尤里.加加林不仅成为进入太空第一人,而且还是乘坐东方1号绕地球飞行的第一人,美国1961年5月5日用自由7号将艾伦.谢波德送入太空。

这次短短15分钟的亚轨道飞行并没有达到苏联的成就,当将美国送入了太空竞赛的轨道。之后美国在1968年到69年共发射了四艘阿波罗载人飞船,完成了很多环绕地球和月球的任务。在1969年的时候阿波罗11号成功将阿姆斯特朗和奥尔德林送往月球,其中阿姆斯特朗在这次登月活动中说出了著名的语句:这是我个人的一小步,但是人类的一大步。在这次登月成功后,美国又发射了一连串载人登月任务,在登月过程中,宇航员在月球表面放置了科学仪器,对月球进行了深入研究,并且还带回了381.7千克月球土壤,这些月球土壤保存在实验室中,一部分用于科学研究,一部分赠送给其他国家,目前人类对月球的了解已经越来越多,现在科学家已经把目光放在了太阳系之外。

为了探索太阳系之外的奥秘,科学家们也做了很多努力,在1977年9月5日,旅行者1号探测器顺利发射升空,开启了人类历史上最为壮丽的太空探索之旅,目前它已经成为飞的最远的探测器,距离地球242亿公里,相当于地球和太阳平均距离的162倍,在它的探索过程中,旅行者1号巧妙的利用木星、土星、等巨行星的引力助推,以获得足够的速度摆脱太阳引力束缚,从那以后,他就一直朝太阳系边缘飞去,成为人类的使者,不过科学家通过计算得出,按照旅行者1号探测器的飞行速度,想要飞出太阳系至少还需要上万年的时间,这对于人类来说实在是太漫长了,人类想要探索宇宙的奥秘,必须用其他办法,现在人类发射了最先进的太空望远镜——韦伯望远镜。

詹姆斯.韦伯空间望远镜是美国航天局、欧洲航天局和加拿大航空航天局联合研发的红外线观测太空望远镜,它是哈勃空间望远镜的继任者,于2021年发射升空,该望远镜口径6.5米,面积为哈勃太空望远镜的5倍以上,耗资大约是100亿美元,是目前世界上最先进的天文望远镜,它还能够在近红外波段工作、能够在接近绝对零度的环境中运行,在2018年的时候,运行了9年多的开普勒太空望远镜因为燃料耗尽而退役,2020年,号称“世界最大红外望远镜”的斯皮策太空望远镜也退役了,韦伯太空望远镜是目前最先进的红外望远镜,其主镜直径达到了6.5米,是哈勃太空望远镜直径的2.7倍,是斯皮策太空望远镜直径的7.6倍,由18个镀金膜的六边形反射镜拼接而成的,和传统的太空望远镜设计风格不同。

其光学设计是一个三反射镜消像散,利用弯曲的二级和三级镜以递送图像光学像差,为了调整光学系统,韦伯望远镜还配备了126个小型电机,是世界上配备电机最多的望远镜,在理论上哈勃望远镜能够观测到134亿光年以外的空间,而韦伯望远镜能够看到360亿光年外的空间,韦伯望远镜距离地球有150万公里,在拉格朗日L2点,这个地点比月球还远3倍多,为什么要把韦伯望远镜放在这个位置上?通过科学家研究得出,韦伯望远镜所处的位置不会受到热辐射的干扰,能够更好地观察深空景象,除了避免地球和月球热辐射的干扰之外,还因为这个位置处于太阳和地球的力学稳定区域,不需要大量的推进剂也能够漂浮。

韦伯望远镜的发射成功体现了人类科技水平的提升,韦伯望远镜所在的拉格朗日L2点,不被太阳照射的时候,温度基本接近绝对零度,也就是零下273摄氏度。望远镜的镜片厚度如果稍不均匀,在热胀冷缩时就有碎裂的危险。这就对镜面的加工误差提出了严苛的要求,韦伯望远镜的镜面平整度达到了10纳米的误差之内,这个误差精度是一张A4纸厚度的万分之一,在加工工艺上是一项极限挑战。韦伯望远镜携带的遮阳材料有五层结构,每一层只有几十微米厚,5层加起来也就是一根头发丝那么宽。遮阳罩在发射的时候,必须折叠起来塞进火箭的小空间里,等发射完成、望远镜就位后,再展开成300平方米的巨大遮阳层。可以说,韦伯望远镜搭载的,是人类有史以来最先进的遮阳罩。

通过韦伯望远镜传回的照片,科学家观测到了不一样的景象,韦伯望远镜给人类传回了第一批全彩宇宙图像以及光谱数据,在首批公布的五张照片中,所蕴含的信息能够让整个科学界震惊,在短短五张照片内,韦伯望远镜清晰的为人类展示了46亿年前的星系团,这个时候太阳刚刚诞生,除此之外,韦伯望远镜还观测到了距离我们51亿光年外的宇宙,从照片中我们能够看到,宇宙中的星系就和地球上的沙子一样多,密密麻麻的。每一个小亮点都代表了一个星系,在2022年10月19日,韦伯望远镜研究团队公布了创生之柱,创生之柱首次被人们注意到是1995年,创生之柱位于弥散星云--鹰状星云之内。这片星云的覆盖范围大约是70乘以55光年,距离我们6500光年。

韦伯望远镜拍摄到的创生之柱,不同让我们看到了如同巨柱的星云,还让我们第一次看到了保护恒星诞生的茧,蒸发气体球的存在,恒星诞生于星云,诞生时它会产生强烈的辐射,这样的辐射会吹散星云(哈勃拍摄的支柱的顶端我们可以清晰的看到辐射对星云的侵蚀)。但仔细的观察,我们会发现,在这强烈的辐射中有一些如同手指的小节支,它们依然屹立于辐射之中。韦伯望远镜是红外波段的望远镜,具有强大的穿透力,在韦伯望远镜拍摄的照片中,我们能够看到很多厚厚的结块,这些都是分子云密集的区域,而且我们还能够看到一些红色的波纹,这些事恒星形成时发出的喷流和周围分子云相互作用的现象,恒星诞生之处,两极会发出喷流,射流刺破分子云会形成一种叫做赫比格哈罗的天体,它们会与周围分子云发生相互作用从而点亮分子云,形成美丽的发射星云。

不过我们现在看到的创生之柱其实是它6500万年前的样子,这是因为光的传播速度是有限的,根据科学家的研究我们能够知道,光速大约是每秒30万公里,根据爱因斯坦的理论得出,光速是恒定不变的,当你静止的时候,光速是每秒30万公里,当你以光速前行的时候,光速依然保持不变,不管星系距离地球有多远,只要光从星体发出,它就应该不受星体原理地球的速度影响,以每秒30万公里的速度恒星飞向地球,只要时间足够长,我们总是能够观测到的,创生之柱距离地球有6500万光年,所以光需要飞行6500万年才能够到达地球,这使得我们看到的景象都是之前的。

在2023年3月15日,韦伯望远镜研究团队公布了一张照片,这是距离我们大约15000光年,位于射手座,一颗即将死亡的恒星,所以现在我们看到的是恒星末年的垂死时刻,他现在正在疯狂的喷射物质,形成所谓的沃尔夫拉叶星,沃尔夫拉叶星的温度,普遍是高达20000至20万摄氏度,喷射物质的速度,更是在每秒300至2000公里。像韦伯这次拍摄的这颗沃尔夫拉叶星-WR124,它的质量大约是太阳的30倍,而喷射的这些物质,也已经有10个太阳质量,这些物质正在以每小时约150000公里的速度,向外扩张,如今这些物质已经膨胀到直径约6光年左右的宽度,可谓非常庞大。喷射物质的现象表明,这类恒星内核的氢,已经燃烧殆尽,它们正在进行更重元素的核聚变,所以这类恒星已经脱离了主序星阶段,也就是,它们是已经进入末年的恒星。

根据科学家的研究发现,在银河系当中,差不多有500多颗沃尔夫拉叶星,如果我们长期观察它们,能够看到恒星死亡时的景象,通过韦伯望远镜的观察,我们能够了解宇宙中的很多奥秘,目前人类能够观察到的宇宙至今达到了930亿光年,而这并不是宇宙的全部范围,宇宙可能比我们想象的还要广阔,我们的地球在浩瀚的宇宙中,连一粒沙子都算不上,曾经在1990年2月14日,在著名的天文学家卡尔.萨根的游说下,NASA决定让旅行者1号调转相机,回望一眼自己的家园,在距离地球64亿公里的地方,拍摄了太阳系第一张全家福,这张全家福是由60帧拼接而成的,拍摄视角偏离黄道面32度,太阳位于一圈图像中心位置,用相机最暗的滤片(甲烷吸收带) 和最短的曝光时间(千分之五秒)拍摄而成。

在八大行星中,水星和火星未能成像,木星和土星成像比较清晰,甚至能看到土星环。天王星和海王星则比实际上大很多,是“旅行者一号”在拍摄过程中移动造成的偏差。地球和金星仅仅是微弱的光点。科学家通过计算得出,地球在这张照片上的像素只有0.12像素,可能很多学摄影的朋友应该知道0.12像素有多大,相当于用圆珠笔在白纸上轻轻地点了一下,而这个小点就是我们的地球,曾经人类天真的认为,地球是唯一的世界,月球和太阳都在围绕地球转动,现在看来,是我们太无知了,在浩瀚的宇宙中,地球什么都不是,对于人类来说地球非常重要, 但是对于宇宙来说,地球可有可无,曾经著名的科学家卡尔.萨根看到这张照片之后不由得感叹道:

再看看那个光点吧。那是此地,那是家园,那是我们。你所爱的每一个人,你所知的每一个人,你所闻的每一个人,曾经存在的每一个人,都在它上面度过一生。我们的悲喜相加,千百个自以为是的宗教、意识形态和经济学说,每一个猎人与强盗,每一个英雄与懦夫,每一个文明的缔造者与毁灭者,每一个国王与农夫,每一对青春爱侣,每一对母亲父亲,憧憬的孩童,发明家与探险家,每一个德行崇高的教师,每一个贪污腐败的政客,每一个“超级明星”,每一个“最高领袖”、人类历史上的每一个圣人与罪人,都住在这里——一粒悬浮在阳光中的微尘。对于人类来说,地球非常大,它承载了人类的一切,但是对于宇宙来说,地球和其它行星没有区别。

地球属于太阳系中,而太阳系属于银河系当中,目前银河系的直径达到了20万光年,地球每时每刻都在围绕太阳转动,而太阳系正在围绕银河系中心转动,速度更是高达600km/s,预计37.5亿年后,飞奔的银河系就会和此刻还位于254万光年外的仙女座星系撞上。当两者融合为一个新的星系“银河仙女系”后,该星系就又会继承原来银河系的运动路径,继续以每秒数百公里的高速向宇宙深处飞奔。从宇宙星系运动分布上来看,包括银河系在内的所有天体系统,都隶属于质量更大引力更强的上级天体系统,比如银河系与仙女座星系以及三角星系,跟周围数十个小星系构成了本星系群,直径达到了1000万光年。

而本星系群又和猎犬座星系团、波江座星系团等组成了本超星系团,由于本超星系团的中心大约在室女座星系团的位置,所以本超星系团在朝着室女座星系团的核心区域运动,直径达到了1.1亿光年。室女座超星系团从外形上看,其实像一根根羽毛上的分叉,如果我们把观测尺度进一步拉大,就会发现长达1.1亿光年的室女座超星系团,也不过是一个庞然大物所延伸出来的一条“臂”,而这条星系巨臂的主体,就是覆盖范围达到了5.2亿光年,质量相当于10万个银河系的拉尼亚凯亚超星系团。不过拉尼亚凯超星系团也不是宇宙中最大的结构,宇宙比我们想象的还要广阔,宇宙到底有多大?现在科学家也在积极的研究当中,最主要的问题是,我们的宇宙竟然还在快速的膨胀当中。

在1929年的时候,美国物理学家爱德温.哈勃提出了宇宙膨胀的理论,这个理论内容可以简单的概括为:由于宇宙的膨胀,那些遥远星系都会具有一个远离我们的速度离开,这个速度被称为是退行速度,对于地球上的我们来说,那些遥远天体的退行速度和他们的地球距离成正比,如果分开来看的话,那么这两个理论并没有可怕之处,但是如果结合在一起来看的话,那么就非常可怕了,哈勃定律可用一个简单的公式“v = Hr”进行描述,其中“v”和“r”分别代表遥远天体的“退行速度”以及它们与地球的距离,H则是一个常数,这被称为“哈勃常数”,根据科学家的测量,它的值为67.80(±0.77)公里/秒/百万秒差距。

简单解释一下,所谓的“百万秒差距”其实是一种距离单位,1百万秒差距相当于大约326万光年,也就是说,根据哈勃定律,对于地球上的我们来讲,那些遥远天体与地球的距离每增加326万光年,它们的“退行速度”就会增加大约67.8公里/秒。这样我们就能够计算出,如果某一个天体距离地球大约144亿光年,那么它的退行速度就会达到光速,一旦超过了这个距离,那么它的退行速度就会超越光速,这里我们需要注意的是,宇宙膨胀的本质其实就是空间的扩张,当空间扩张的时候,它会带动其中的物体一起远离我们,而这种远离的速度就是退行速度,当我们观测宇宙中某个天体的时候,其实是接收到了它发出的光。

如果说退行速度达到或者超过了光速,那么我们就永远都无法看到他们,因为他们发出的光不可能抵达地球,所以从理论上来说,我们在宇宙中所能够看到的范围,也只能够是一个以我们为中心,半径144亿光年的空间,我们可以将这个空间称为是视界,如果说我们现在观测到一个距离我们138亿光年的天体,其实它只是138亿年前的样子,随着宇宙的膨胀,它的实际距离将会变得更远,根据哈勃定律科学家计算得出,这个距离大约是460亿光年,也就是目前人类所能够观测到的宇宙半径,如果按照这个方法来计算的话。视界半径大约是在144亿光年,可观测宇宙的半径就达到了460亿光年。

科学家通过计算得出,目前可观测宇宙中只有百分之3的宇宙空间处于视界之内,这就意味着,百分之97的宇宙已经和我们失去联系了,更加可怕的是我们的宇宙还在不断的膨胀当中,宇宙到底会膨胀到什么程度?目前科学家也在积极的研究当中,如果说宇宙一直膨胀下去,那么对于人类来说并不是一件好消息,到时候人类可能永远都无法飞出太阳系,有不少科学家认为,宇宙之所以会不断的膨胀,是因为宇宙大爆炸所产生的能量还没有完全消耗完,如果说宇宙大爆炸所产生的能量完全消耗完,那么我们的宇宙将会停止膨胀,而推动宇宙膨胀的能量可能就是暗能量。早在1933年,天体物理学家弗里茨.兹维基研究了后发座星系团中8个星系时的质量。

他估计星系团的质量采用了两种方式:第一种方法是对大量星系的运动速度进行了分析,因为速度与引力有关系,所以可以间接估计出星系团的质量,得到质量称为是力学质量,另一种方式是通过星系团内星系质量的亮度来估计质量,因为恒星质量越大就越亮,这样得到的质量称为是光度质量,最终科学家通过计算得出,力学质量比光度质量高了400倍,这说明这些力学质量中有很大部分是我们看不见的物质。在1936年的时候,科学家辛克莱尔、史密斯在研究处女座星系团中注意到了相同的情形,提出存在星系团内部大质量的星云间物质,而且就算是把气体、尘埃、等离子体、类恒星天体和行星计算在内,也只增加了百分之15的质量,还远远不够填补空缺。

所以当时科学家就猜测宇宙中一定还存在一种非常神秘的物质,而这种物质就是暗物质,暗物质不会和其它任何物质发生化学反应,所以我们看不见也摸不着它,但是它能够释放出强大的能量,这种能量就是暗能量,暗能量不仅仅能够推动宇宙的膨胀,还能够控制天体的运行,拿我们的银河系来说,在银河系的中心区域存在着一颗超大质量的黑洞,周围所有的天体都在围绕这颗黑洞运动,按理来说,越是靠近黑洞中心的物质,所以受到的引力就会越大,产生的离心力就会越小,越是靠近银河系边缘的物质,所产生的引力就越小,而离心力就会越大,如果按照这个理论来看的话。那么银河系边缘的天体应该被离心力甩出去才对,但是为什么,银河系边缘的天体并没有被离心力甩出去,而且稳定的围绕银河系转动?

有很多科学家猜测,这就是暗能量在背后控制着,宇宙中所有我们认为的真空区域,其实都是暗物质和暗能量,只不过我们捕捉不到它们,为了能够找到暗物质,科学家们也做了很多努力,现在很多国家都建立自己的实验基地,目的就是捕捉到暗物质,但是这么多年过去了,科学家并没有捕捉到暗物质,这说明暗物质比我们想象的还要神秘,除了暗物质和暗能量之外,在宇宙中还有反物质等等,宇宙中到底隐藏着多少秘密,目前科学家还不知道,科学家也在积极的研究当中,以目前人类的科技水平来看,人类是不可能解开宇宙所有的奥秘的,而且人类也不可能飞出太阳系,毕竟人类的飞行速度实在是太慢了。

不过人类是地球上最有智慧的生命,人类从诞生以后就开始不断的研究和探索世界的奥秘,到现在为止,人类才经过短短几千年的时间,能够在短短几千年的时间内走出地球探索宇宙,这说明人类科技发展的速度是非常快的,小编认为,只要人类能够坚持不懈的努力下去,未来随着人类科技的进步,人类一定能够解开宇宙的奥秘,希望人类能够早日实现自己的梦想,对此,大家有什么想说的吗?

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星空承载梦想

简介:本人爱好天文,擅长写科学领域的文章