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宇宙到底有多大?150萬公里外的韋伯望遠鏡,傳回到照片讓人絕望
2023/12/19

現代科學認為,我們的宇宙誕生于138億年前,在138億年前,有一顆奇點發生了爆炸,奇點是一個質量無限大、能量無限大、熱量無限大、密度無限大、體積無限小的點,這個點爆炸以后,我們的宇宙開始快速的膨脹,經過138億年的時間,我們的宇宙才變成我們現在所看到的這樣,宇宙中的天體都是在宇宙大爆炸之后形成的,地球就是宇宙中的一顆行星,不過地球這顆行星和其它行星最大的區別在于,地球誕生了生命,生命的出現給地球增添了很多色彩,尤其是人類出現以后,解開了地球上很多的奧秘,從人類誕生以后,人類就開始研究世界的奧秘,目前人類已經能夠走出地球探索宇宙,這說明人類科技發展的速度非常快。在1957年10月4日,蘇聯把世界上第一顆人造地球衛星送入太空。

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這個舉動實現了人類千百年來探索浩瀚宇宙的美好愿望,也為人類進入太空創造了可能,自第一顆人造衛星發射成功之后,人類利用人造天體研究和開發宇宙的時代開始了,在短短半個多世紀里,從人造衛星的應用到星際探索,從月球探索到火星探索,人類對太空的探索已經取得了飛速的發展,到現在為止,人類已經成功研制了載人飛船,空間站,航天飛機等載人航天器,將500多人送入太空,有12人登陸月球,在1959年到1976年,前蘇聯曾60多次向月球發射探測器,創造了多項世界第一。包括第一次拍攝到月球背面,以及三次采集月球巖石返回地球,在1961年4月12日,宇航員尤里.加加林不僅成為進入太空第一人,而且還是乘坐東方1號繞地球飛行的第一人,美國1961年5月5日用自由7號將艾倫.謝波德送入太空。

這次短短15分鐘的亞軌道飛行并沒有達到蘇聯的成就,當將美國送入了太空競賽的軌道。之后美國在1968年到69年共發射了四艘阿波羅載人飛船,完成了很多環繞地球和月球的任務。在1969年的時候阿波羅11號成功將阿姆斯特朗和奧爾德林送往月球,其中阿姆斯特朗在這次登月活動中說出了著名的語句:這是我個人的一小步,但是人類的一大步。在這次登月成功后,美國又發射了一連串載人登月任務,在登月過程中,宇航員在月球表面放置了科學儀器,對月球進行了深入研究,并且還帶回了381.7千克月球土壤,這些月球土壤保存在實驗室中,一部分用于科學研究,一部分贈送給其他國家,目前人類對月球的了解已經越來越多,現在科學家已經把目光放在了太陽系之外。

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為了探索太陽系之外的奧秘,科學家們也做了很多努力,在1977年9月5日,旅行者1號探測器順利發射升空,開啟了人類歷史上最為壯麗的太空探索之旅,目前它已經成為飛的最遠的探測器,距離地球242億公里,相當于地球和太陽平均距離的162倍,在它的探索過程中,旅行者1號巧妙的利用木星、土星、等巨行星的引力助推,以獲得足夠的速度擺脫太陽引力束縛,從那以后,他就一直朝太陽系邊緣飛去,成為人類的使者,不過科學家通過計算得出,按照旅行者1號探測器的飛行速度,想要飛出太陽系至少還需要上萬年的時間,這對于人類來說實在是太漫長了,人類想要探索宇宙的奧秘,必須用其他辦法,現在人類發射了最先進的太空望遠鏡——韋伯望遠鏡。

詹姆斯.韋伯空間望遠鏡是美國航天局、歐洲航天局和加拿大航空航天局聯合研發的紅外線觀測太空望遠鏡,它是哈勃空間望遠鏡的繼任者,于2021年發射升空,該望遠鏡口徑6.5米,面積為哈勃太空望遠鏡的5倍以上,耗資大約是100億美元,是目前世界上最先進的天文望遠鏡,它還能夠在近紅外波段工作、能夠在接近絕對零度的環境中運行,在2018年的時候,運行了9年多的開普勒太空望遠鏡因為燃料耗盡而退役,2020年,號稱「世界最大紅外望遠鏡」的斯皮策太空望遠鏡也退役了,韋伯太空望遠鏡是目前最先進的紅外望遠鏡,其主鏡直徑達到了6.5米,是哈勃太空望遠鏡直徑的2.7倍,是斯皮策太空望遠鏡直徑的7.6倍,由18個鍍金膜的六邊形反射鏡拼接而成的,和傳統的太空望遠鏡設計風格不同。

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其光學設計是一個三反射鏡消像散,利用彎曲的二級和三級鏡以遞送圖像光學像差,為了調整光學系統,韋伯望遠鏡還配備了126個小型電機,是世界上配備電機最多的望遠鏡,在理論上哈勃望遠鏡能夠觀測到134億光年以外的空間,而韋伯望遠鏡能夠看到360億光年外的空間,韋伯望遠鏡距離地球有150萬公里,在拉格朗日L2點,這個地點比月球還遠3倍多,為什麼要把韋伯望遠鏡放在這個位置上?通過科學家研究得出,韋伯望遠鏡所處的位置不會受到熱輻射的干擾,能夠更好地觀察深空景象,除了避免地球和月球熱輻射的干擾之外,還因為這個位置處于太陽和地球的力學穩定區域,不需要大量的推進劑也能夠漂浮。

韋伯望遠鏡的發射成功體現了人類科技水平的提升,韋伯望遠鏡所在的拉格朗日L2點,不被太陽照射的時候,溫度基本接近絕對零度,也就是零下273攝氏度。

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望遠鏡的鏡片厚度如果稍不均勻,在熱脹冷縮時就有碎裂的危險。這就對鏡面的加工誤差提出了嚴苛的要求,韋伯望遠鏡的鏡面平整度達到了10納米的誤差之內,這個誤差精度是一張A4紙厚度的萬分之一,在加工工藝上是一項極限挑戰。韋伯望遠鏡攜帶的遮陽材料有五層結構,每一層只有幾十微米厚,5層加起來也就是一根頭髮絲那麼寬。遮陽罩在發射的時候,必須折疊起來塞進火箭的小空間里,等發射完成、望遠鏡就位后,再展開成300平方公尺的巨大遮陽層。可以說,韋伯望遠鏡搭載的,是人類有史以來最先進的遮陽罩。

通過韋伯望遠鏡傳回的照片,科學家觀測到了不一樣的景象,韋伯望遠鏡給人類傳回了第一批全彩宇宙圖像以及光譜數據,在首批公布的五張照片中,所蘊含的信息能夠讓整個科學界震驚,在短短五張照片內,韋伯望遠鏡清晰的為人類展示了46億年前的星系團,這個時候太陽剛剛誕生,除此之外,韋伯望遠鏡還觀測到了距離我們51億光年外的宇宙,從照片中我們能夠看到,宇宙中的星系就和地球上的沙子一樣多,密密麻麻的。

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每一個小亮點都代表了一個星系,在2022年10月19日,韋伯望遠鏡研究團隊公布了創生之柱,創生之柱首次被人們注意到是1995年,創生之柱位于彌散星云--鷹狀星云之內。這片星云的覆蓋范圍大約是70乘以55光年,距離我們6500光年。

韋伯望遠鏡拍攝到的創生之柱,不同讓我們看到了如同巨柱的星云,還讓我們第一次看到了保護恒星誕生的繭,蒸發氣體球的存在,恒星誕生于星云,誕生時它會產生強烈的輻射,這樣的輻射會吹散星云(哈勃拍攝的支柱的頂端我們可以清晰的看到輻射對星云的侵蝕)。但仔細的觀察,我們會發現,在這強烈的輻射中有一些如同手指的小節支,它們依然屹立于輻射之中。韋伯望遠鏡是紅外波段的望遠鏡,具有強大的穿透力,在韋伯望遠鏡拍攝的照片中,我們能夠看到很多厚厚的結塊,這些都是分子云密集的區域,而且我們還能夠看到一些紅色的波紋,這些事恒星形成時發出的噴流和周圍分子云相互作用的現象,恒星誕生之處,兩極會發出噴流,射流刺破分子云會形成一種叫做赫比格哈羅的天體,它們會與周圍分子云發生相互作用從而點亮分子云,形成美麗的發射星云。

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不過我們現在看到的創生之柱其實是它6500萬年前的樣子,這是因為光的傳播速度是有限的,根據科學家的研究我們能夠知道,光速大約是每秒30萬公里,根據愛因斯坦的理論得出,光速是恒定不變的,當你靜止的時候,光速是每秒30萬公里,當你以光速前行的時候,光速依然保持不變,不管星系距離地球有多遠,只要光從星體發出,它就應該不受星體原理地球的速度影響,以每秒30萬公里的速度恒星飛向地球,只要時間足夠長,我們總是能夠觀測到的,創生之柱距離地球有6500萬光年,所以光需要飛行6500萬年才能夠到達地球,這使得我們看到的景象都是之前的。

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在2023年3月15日,韋伯望遠鏡研究團隊公布了一張照片,這是距離我們大約15000光年,位于射手座,一顆即將死亡的恒星,所以現在我們看到的是恒星末年的垂死時刻,他現在正在瘋狂的噴射物質,形成所謂的沃爾夫拉葉星,沃爾夫拉葉星的溫度,普遍是高達20000至20萬攝氏度,噴射物質的速度,更是在每秒300至2000公里。像韋伯這次拍攝的這顆沃爾夫拉葉星-WR124,它的質量大約是太陽的30倍,而噴射的這些物質,也已經有10個太陽質量,這些物質正在以每小時約150000公里的速度,向外擴張,如今這些物質已經膨脹到直徑約6光年左右的寬度,可謂非常龐大。噴射物質的現象表明,這類恒星內核的氫,已經燃燒殆盡,它們正在進行更重元素的核聚變,所以這類恒星已經脫離了主序星階段,也就是,它們是已經進入末年的恒星。

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根據科學家的研究發現,在銀河系當中,差不多有500多顆沃爾夫拉葉星,如果我們長期觀察它們,能夠看到恒星死亡時的景象,通過韋伯望遠鏡的觀察,我們能夠了解宇宙中的很多奧秘,目前人類能夠觀察到的宇宙至今達到了930億光年,而這并不是宇宙的全部范圍,宇宙可能比我們想象的還要廣闊,我們的地球在浩瀚的宇宙中,連一粒沙子都算不上,曾經在1990年2月14日,在著名的天文學家卡爾.薩根的游說下,NASA決定讓旅行者1號調轉相機,回望一眼自己的家園,在距離地球64億公里的地方,拍攝了太陽系第一張全家福,這張全家福是由60幀拼接而成的,拍攝視角偏離黃道面32度,太陽位于一圈圖像中心位置,用相機最暗的濾片(甲烷吸收帶) 和最短的曝光時間(千分之五秒)拍攝而成。

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在八大行星中,水星和火星未能成像,木星和土星成像比較清晰,甚至能看到土星環。天王星和海王星則比實際上大很多,是「旅行者一號」在拍攝過程中移動造成的偏差。地球和金星僅僅是微弱的光點。科學家通過計算得出,地球在這張照片上的像素只有0.12像素,可能很多學攝影的朋友應該知道0.12像素有多大,相當于用圓珠筆在白紙上輕輕地點了一下,而這個小點就是我們的地球,曾經人類天真的認為,地球是唯一的世界,月球和太陽都在圍繞地球轉動,現在看來,是我們太無知了,在浩瀚的宇宙中,地球什麼都不是,對于人類來說地球非常重要, 但是對于宇宙來說,地球可有可無,曾經著名的科學家卡爾.薩根看到這張照片之后不由得感嘆道:

再看看那個光點吧。

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那是此地,那是家園,那是我們。你所愛的每一個人,你所知的每一個人,你所聞的每一個人,曾經存在的每一個人,都在它上面度過一生。我們的悲喜相加,千百個自以為是的宗教、意識形態和經濟學說,每一個獵人與強盜,每一個英雄與懦夫,每一個文明的締造者與毀滅者,每一個國王與農夫,每一對青春愛侶,每一對母親父親,憧憬的孩童,發明家與探險家,每一個德行崇高的教師,每一個貪污腐敗的政客,每一個「超級明星」,每一個「最高領袖」、人類歷史上的每一個圣人與罪人,都住在這里——一粒懸浮在陽光中的微塵。對于人類來說,地球非常大,它承載了人類的一切,但是對于宇宙來說,地球和其它行星沒有區別。

地球屬于太陽系中,而太陽系屬于銀河系當中,目前銀河系的直徑達到了20萬光年,地球每時每刻都在圍繞太陽轉動,而太陽系正在圍繞銀河系中心轉動,速度更是高達600km/s,預計37.

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5億年后,飛奔的銀河系就會和此刻還位于254萬光年外的仙女座星系撞上。當兩者融合為一個新的星系「銀河仙女系」后,該星系就又會繼承原來銀河系的運動路徑,繼續以每秒數百公里的高速向宇宙深處飛奔。從宇宙星系運動分布上來看,包括銀河系在內的所有天體系統,都隸屬于質量更大引力更強的上級天體系統,比如銀河系與仙女座星系以及三角星系,跟周圍數十個小星系構成了本星系群,直徑達到了1000萬光年。

而本星系群又和獵犬座星系團、波江座星系團等組成了本超星系團,由于本超星系團的中心大約在室女座星系團的位置,所以本超星系團在朝著室女座星系團的核心區域運動,直徑達到了1.1億光年。室女座超星系團從外形上看,其實像一根根羽毛上的分叉,如果我們把觀測尺度進一步拉大,就會發現長達1.

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1億光年的室女座超星系團,也不過是一個龐然大物所延伸出來的一條「臂」,而這條星系巨臂的主體,就是覆蓋范圍達到了5.2億光年,質量相當于10萬個銀河系的拉尼亞凱亞超星系團。不過拉尼亞凱超星系團也不是宇宙中最大的結構,宇宙比我們想象的還要廣闊,宇宙到底有多大?現在科學家也在積極的研究當中,最主要的問題是,我們的宇宙竟然還在快速的膨脹當中。

在1929年的時候,美國物理學家愛德溫.哈勃提出了宇宙膨脹的理論,這個理論內容可以簡單的概括為:由于宇宙的膨脹,那些遙遠星系都會具有一個遠離我們的速度離開,這個速度被稱為是退行速度,對于地球上的我們來說,那些遙遠天體的退行速度和他們的地球距離成正比,如果分開來看的話,那麼這兩個理論并沒有可怕之處,但是如果結合在一起來看的話,那麼就非常可怕了,哈勃定律可用一個簡單的公式「v = Hr」

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進行描述,其中「v」和「r」分別代表遙遠天體的「退行速度」以及它們與地球的距離,H則是一個常數,這被稱為「哈勃常數」,根據科學家的測量,它的值為67.80(±0.77)公里/秒/百萬秒差距。

簡單解釋一下,所謂的「百萬秒差距」其實是一種距離單位,1百萬秒差距相當于大約326萬光年,也就是說,根據哈勃定律,對于地球上的我們來講,那些遙遠天體與地球的距離每增加326萬光年,它們的「退行速度」就會增加大約67.8公里/秒。這樣我們就能夠計算出,如果某一個天體距離地球大約144億光年,那麼它的退行速度就會達到光速,一旦超過了這個距離,那麼它的退行速度就會超越光速,這里我們需要注意的是,宇宙膨脹的本質其實就是空間的擴張,當空間擴張的時候,它會帶動其中的物體一起遠離我們,而這種遠離的速度就是退行速度,當我們觀測宇宙中某個天體的時候,其實是接收到了它發出的光。

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如果說退行速度達到或者超過了光速,那麼我們就永遠都無法看到他們,因為他們發出的光不可能抵達地球,所以從理論上來說,我們在宇宙中所能夠看到的范圍,也只能夠是一個以我們為中心,半徑144億光年的空間,我們可以將這個空間稱為是視界,如果說我們現在觀測到一個距離我們138億光年的天體,其實它只是138億年前的樣子,隨著宇宙的膨脹,它的實際距離將會變得更遠,根據哈勃定律科學家計算得出,這個距離大約是460億光年,也就是目前人類所能夠觀測到的宇宙半徑,如果按照這個方法來計算的話。視界半徑大約是在144億光年,可觀測宇宙的半徑就達到了460億光年。

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科學家通過計算得出,目前可觀測宇宙中只有百分之3的宇宙空間處于視界之內,這就意味著,百分之97的宇宙已經和我們失去聯系了,更加可怕的是我們的宇宙還在不斷的膨脹當中,宇宙到底會膨脹到什麼程度?目前科學家也在積極的研究當中,如果說宇宙一直膨脹下去,那麼對于人類來說并不是一件好消息,到時候人類可能永遠都無法飛出太陽系,有不少科學家認為,宇宙之所以會不斷的膨脹,是因為宇宙大爆炸所產生的能量還沒有完全消耗完,如果說宇宙大爆炸所產生的能量完全消耗完,那麼我們的宇宙將會停止膨脹,而推動宇宙膨脹的能量可能就是暗能量。早在1933年,天體物理學家弗里茨.茲維基研究了后發座星系團中8個星系時的質量。

他估計星系團的質量采用了兩種方式:第一種方法是對大量星系的運動速度進行了分析,因為速度與引力有關系,所以可以間接估計出星系團的質量,得到質量稱為是力學質量,另一種方式是通過星系團內星系質量的亮度來估計質量,因為恒星質量越大就越亮,這樣得到的質量稱為是光度質量,最終科學家通過計算得出,力學質量比光度質量高了400倍,這說明這些力學質量中有很大部分是我們看不見的物質。

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在1936年的時候,科學家辛克萊爾、史密斯在研究處女座星系團中注意到了相同的情形,提出存在星系團內部大質量的星云間物質,而且就算是把氣體、塵埃、等離子體、類恒星天體和行星計算在內,也只增加了百分之15的質量,還遠遠不夠填補空缺。

所以當時科學家就猜測宇宙中一定還存在一種非常神秘的物質,而這種物質就是暗物質,暗物質不會和其它任何物質發生化學反應,所以我們看不見也摸不著它,但是它能夠釋放出強大的能量,這種能量就是暗能量,暗能量不僅僅能夠推動宇宙的膨脹,還能夠控制天體的運行,拿我們的銀河系來說,在銀河系的中心區域存在著一顆超大質量的黑洞,周圍所有的天體都在圍繞這顆黑洞運動,按理來說,越是靠近黑洞中心的物質,所以受到的引力就會越大,產生的離心力就會越小,越是靠近銀河系邊緣的物質,所產生的引力就越小,而離心力就會越大,如果按照這個理論來看的話。

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那麼銀河系邊緣的天體應該被離心力甩出去才對,但是為什麼,銀河系邊緣的天體并沒有被離心力甩出去,而且穩定的圍繞銀河系轉動?

有很多科學家猜測,這就是暗能量在背后控制著,宇宙中所有我們認為的真空區域,其實都是暗物質和暗能量,只不過我們捕捉不到它們,為了能夠找到暗物質,科學家們也做了很多努力,現在很多國家都建立自己的實驗基地,目的就是捕捉到暗物質,但是這麼多年過去了,科學家并沒有捕捉到暗物質,這說明暗物質比我們想象的還要神秘,除了暗物質和暗能量之外,在宇宙中還有反物質等等,宇宙中到底隱藏著多少秘密,目前科學家還不知道,科學家也在積極的研究當中,以目前人類的科技水平來看,人類是不可能解開宇宙所有的奧秘的,而且人類也不可能飛出太陽系,畢竟人類的飛行速度實在是太慢了。

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不過人類是地球上最有智慧的生命,人類從誕生以后就開始不斷的研究和探索世界的奧秘,到現在為止,人類才經過短短幾千年的時間,能夠在短短幾千年的時間內走出地球探索宇宙,這說明人類科技發展的速度是非常快的,小編認為,只要人類能夠堅持不懈的努力下去,未來隨著人類科技的進步,人類一定能夠解開宇宙的奧秘,希望人類能夠早日實現自己的夢想,對此,大家有什麼想說的嗎?

嚴禁無授權轉載,違者將面臨法律追究。

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