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哈勃望远镜也怕“光污染”,唯一的办法,就是像它一样离开太阳系

admin 2周前 ( 11-23 03:17 ) 6 抢沙发
哈勃望远镜也怕“光污染”,唯一的办法,就是像它一样离开太阳系摘要: 原标题:哈勃望远镜也怕“光污染”,唯一的办法,就是像它一样离开太阳系 自从伽利略第一次将望远镜转向了夜空开始,人类才意识到这种...
原标题:哈勃望远镜也怕“光污染”,唯一的办法,就是像它一样离开太阳系

自从伽利略第一次将望远镜转向了夜空开始,人类才意识到这种设备可以帮助我们更好地了解这个宇宙。

随着越来越先进的望远镜被制造出来,人们也越来越发现地球给望远镜带来的干扰实在太多。不论是大气层还是地磁场,在保护地球生物的同时,也给人类的天文观测带来了巨大的难题。正是为了摆脱这些影响,整整30年前,哈勃太空望远镜发射升空,脱离地球大气层和磁场,在相对更“纯净”的太空中进行天文观测。

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可是,即便如此,哈勃望远镜也仍然受到了其他方面的影响。在“光污染”的干扰下,连它也无法完成科学家的一些重要观测。正所谓“术业有专攻”,哈勃力所不能及的问题,对于另外一个探测器反而游刃有余,那就是新地平线号

2006年,NASA的新地平线号探测器在佛罗里达州卡纳维拉尔角肯尼迪航天中心发射升空。这台目标是太阳系边缘的探测器一路上风尘仆仆,在2015年成为了人类历史上第一个抵达冥王星的探测器,对这颗世界闻名的矮行星进行了第一次深入的探测。随后,它继续孤独地旅行,离我们越来越远。

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虽然新地平线号已经离我们越来越远,它反而在某些方面的观测能力却得到了其他观测设备所没有的巨大优势,比如宇宙光学背景(Cosmic Optical Background,简称COB)。所谓的COB,指的是来自于除银河系以外可观测宇宙中所有光源的光。

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研究表明,恒星坍缩过程中的辐射、活跃星系核、一些粒子衰变产生的辐射等都是COB的一部分。因此,COB就像是一张记录着宇宙天体演化过程的刻录盘,对它的研究可以帮助科学家了解宇宙的演化史和各种天体、结构的形成过程。

此外,科学家还推测宇宙中可能会存在一种弥散COB(dCOB),能帮助科学家了解宇宙背景光中有多少来自于低密度区域的、极其黯淡的或者是更早期的天体。

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话是这么说,但对于COB的探测并不是那么容易的,它必须要屏蔽掉很多不必要的光。地球上的光污染还好说,我们可以通过太空望远镜来克服。但是太阳系里那些尘埃等物质反射太阳光后所形成的黄道光,是天基望远镜都难以克服的棘手问题。因此,随着观测越来越深入,科学家发现即使是哈勃这样强大的天基望远镜,也根本无法满足这方面的研究。

这就给了新地平线号一个大显身手的机会。它目前已经飞到了柯伊伯带,距离太阳已经极其遥远了。在此之前,NASA发射的飞到太阳系远方的先驱者10号、11号以及旅行者1号、2号探测器,都曾进行过对COB的研究。如今,这个接力棒也顺利地交给了新地平线号。

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美国国家光学天文台(NOAO)的天文学家Tod R. Lauer曾是哈勃广域和行星相机团队的成员,也是最近通过新地平线号对COB进行的一项新研究的领导者。他介绍说:“对于来自遥远宇宙所释放光的总通量,新地平线号可以观测得一清二楚。在把所有遥远的星系汇聚在一张图像里这方面,哈勃的确是一把好手。但是那些不在星系中的天体,弥散在宇宙背景中,和近地环境周围反射的太阳光会混淆在一起,这就让哈勃略显无力了。”

在新地平线号探测器上,有一个名叫远程侦察成像仪(LORRI)的设备,它的观测数据是科学家们研究COB的重要参考。

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早在2017年的时候,NASA科学家所领导的一支科研团队就对来自四个不同方向的LORRI数据进行了分析。这些数据是在2007-2010年成像的,当时新地平线号位于木星和天王星的轨道之间。

在Lauer所领导的这项最新研究中,科学家们一共七个高星系纬度场的亮度水平进行了观测分析。这些数据,来自于新地平线号距离我们42-45个天文单位(64-67.5亿公里)之间的位置上。在这个位置上,新地平线号受到的黄道光所产生的“光污染”要比地球附近小得多,因此能够观测到的亮度是哈勃太空望远镜的10倍。

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图片说明:本次研究中7个LORRI场的分布)

在获得这些数据后,研究团队只需要进行相对简单得多的光污染修正,然后通过蒙特卡洛模拟(可以粗略地理解为与抽样统计相关的一种模拟手段)来推测出潜在的光源。

通过这种分析方法,他们可以分辨出一些来历不明的弥散成分。研究人员推测,这些成分大概是一些我们的观测能力暂时还不能及的黯淡星系。因此,Lauer和他的同事们对此也非常兴奋,因为这次研究也表明了我们可能对很多亮度微弱的星系还有很多认知上的短板。他们认为,在所有视星等达到30等甚至更高(星等数字越大表示越暗)的星系中,至少有一半是我们还没有发现的。

这已经不是最近几年内科学家们第一次修改星系普查数据的情况了。2003年的时候,基于哈勃太空望远镜所拍摄的哈勃超深场(Hubble Ultra Deep Field,简称HUDF)图像,科学家推测可观测宇宙中一共有大约2000亿个星系。

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(图片说明:哈勃超深场)

不过,近些年来,天文观测越来越精细和深入,科学家们已经多次修改了认知。根据2016年的一项研究,科学家认为可观测宇宙中的星系数量可能达到了20000亿个。

如果Lauer等人的研究是正确的,那么恐怕这个数字又要改变了。因此,他们对于自己这项研究的“实用性”也非常有信心。

不管怎么样,我们的确有理由相信宇宙中还有大量未知的星系存在,毕竟我们的天文观测能力其实还并没有非常完善和先进,仍然有许多不足之处,因此很多暗弱的星系没有被观测到也是理所当然的。

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如此广袤的宇宙中,到底有多少星系呢?这些星系到底经历过怎样的历史呢?这些问题的答案,似乎都可以从COB中找到答案。我们希望新地平线号能够飞得更远、更久,在更优质的太空环境中,给我们带来更多惊人的发现!

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