在太空中服役近30年的哈勃太空望远镜,最近又为人类观察宇宙提供了一个前所未有的视角。近日,科学家公布了最新的宇宙照片——“哈勃遗产场”,这是迄今最完整、最全面的宇宙图谱。

哈勃太空望远镜已服役近30年。

图谱中最老星系已133亿岁“高龄”

这张照片由哈勃在16年间拍摄的7500张星空照片拼接而成,包含约265000个星系,其中有些已133亿岁“高龄”。

哈勃太空望远镜已经对宇宙进行了近30年的观测。自1990年发射以来,哈勃不断地传回宇宙的标志性图像,使我们能够更好地理解无限空间。该项目首席研究员、加州大学圣克鲁兹分校天文学家加斯·伊林沃斯说:“这幅类似‘马赛克’的图像包含了宇宙中星系生长的完整历史,从‘呱呱坠地的婴儿’到成熟的‘大人’。”

创建这一图像的项目始于1995年,当时,天文学家决定让哈勃望远镜连续10天聚焦天空中一个看似漆黑的空间。在此过程中,各种天体从黑暗中浮现出来。由此产生的图像——“哈勃深场”揭示了数以千计前所未见的星系,其中一些星系的光可追溯到早期宇宙。新图像由哈勃望远镜在过去16年间拍摄的7500张此类图像拼接而成。哈勃望远镜科学家希望这一新图像能让天文学家们揭示更多宇宙的秘密。

刚过完29岁生日的哈勃望远镜迄今已不眠不休地进行了数万小时的观察。

这张照片的诞生也离不开革命性的新技术。就在今年初,NASA就曾公布过迄今为止拍摄的宇宙最深的图像。

HUDF是天穹座一小块空间的图像,据信包含大约1万个星系。位于卡纳里群岛的卡纳里亚天体研究所的研究人员对哈勃望远镜拍摄的几张照片进行了合成处理,公布了修改后的HUDF宇宙图像。

2009年5月,宇航员们安装了宽视场相机-3,用来收集数据。此前,这架太空望远镜已经对地球进行了近20年的探测。新相机的安装和升级是一项重大挑战,因为整套仪器无法在地面上进行测试,因此校准极为困难。为了改进校准,NASA不得不分析数千张不同区域的天空图像。HUDF就是哈勃望远镜在230多个小时的观测过程中,使用宽视场相机-3拍摄的数百张照片的综合结果。

通过PS将宇宙信息变得可见

在完成这个项目的三年时间里,研究人员通过重新处理和组合几张图像,从较大星系的外围区域恢复了大量的光。研究人员说:“恢复这些外层区域的恒星发出的光,相当于恢复一个完整星系发出的光。”

这种缺失的光现在已经显示出一些星系的直径几乎是之前认为的两倍。这一工作其实就是回到哈勃直接观测到的原始图像的档案中,改进合成过程。从而为距离较远的较小星系,也为最大星系的扩展区域提供最佳的图像质量。

虽然我们看到的宇宙照片有PS的成分,但也不必因此感觉“被骗”,因为这是必要且遵循严格规范的行为。准确来说,PS的过程是将宇宙信息变得可见的过程。

在这个过程中,研究者需要将原始数据进行可视转换,从望远镜拍摄的红外光谱的不同部分取得灰度数据,然后将它们涂上颜色,像是加上红色、绿色、蓝色的图层,能够准确反映人眼看不到的红外色彩。

这些图片不光要可视化,还要忠实呈现科学数据。摄像头的光学特性会在图像中产生一些原本不存在的东西,也需要从图像中清理掉。

被PS过的照片通常大小会超过几个GB,因为其中包含了不同望远镜的各种信息层。在宇宙中,人眼看到的东西其实未必都是真的,因为人眼只能看到可见光,而电磁波是个很大的范围。这就使得PS处理天文照片成为必要,把看不到的信息,转换成我们能看到的信息。比如温度的高低等。天文的PS要把看不见的变成看得到的,但绝对不能把没有的变成有的。信息可以转换,但不会消失。

通常,天文望远镜的原始照片只能捕捉黑白,每一格照片都在不同曝光的情况下拍摄了三帧。后期处理中,先将图片按对应剪切堆叠在一起,对比出宇宙射线带来的一些白色光点,将这些随机噪声滤除掉。

一旦假恒星被清理,PS“大神”便会把照片缝合起来,逐图调整像素亮度,通过星球之间的亮度对比,凸显出他们刚刚“孕育”出来的恒星。接着,将星云气体中的氧、氢和硫,分别按红蓝绿三原色进行渲染。这实际上是一个“翻译色彩”的过程,如此一来,你才能透过层次清晰的色彩解读出“隐形”的天体物质结构。

测定宇宙膨胀速度离不开这类照片

哈勃望远镜拍摄宇宙照片当然可不是为了艺术,而是为了探索。NASA官网近日公布的一项最新研究报告称,根据哈勃太空望远镜数据新测定的宇宙膨胀速度,比欧洲普朗克卫星通过测量宇宙微波背景辐射所预测的速度要快10%左右。类似研究成果就是通过对各类照片中恒星的明暗变化速率得出的。

上述研究中,研究者借助哈勃太空望远镜观察了位于银河系卫星星系之一的大麦哲伦星云(LMC)内的70颗造父变星。造父变星以可预测的速率变暗和变亮,因此被科学家当作测量宇宙距离的“标准烛光”。他们利用这些信息计算出宇宙当前的膨胀速度——哈勃常数的值为74.03公里/(秒·百万秒差距)。百万秒差距(Mpc)约326万光年。

研究人员称,新数值的不确定性仅1.9%,为迄今最低。相比之下,普朗克卫星通过观测宇宙微波背景辐射(宇宙大爆炸遗留下来的余光)而预测出的值为67.4公里/(秒·百万秒差距)。

对于这种差异,他们给出了三种解释,一种可能性是大爆炸后不久出现了一种“早期暗能量”,使宇宙的膨胀速度超过预期;另一种可能性是宇宙包含一种新的亚原子粒子——暗辐射(包括中微子等),其移动速度接近光速;第三种可能性是暗物质与普通物质之间的相互作用比以前假设的更强烈。

齐鲁晚报·齐鲁壹点记者任志方

关键词： 哈勃宇宙图