从伽利略望远镜到哈勃太空望远镜宇宙的认识史

从伽利略望远镜到哈勃太空望远镜人们对宇宙的认识史远古时代，人们对宇宙结构的认识处于十分幼稚的状态，他们通常按照自己的生活环境对宇宙的构造作了幼稚的推测。在中国西周时期，生活在华夏大地上的人们提出的早期盖天说认为，天穹像一口锅，倒扣在平坦的大地上；后来又发展为后期盖天说，认为大地的形状也是拱形的。公元前7世纪，巴比伦人认为，天和地都是拱形的，大地被海洋所环绕，而其中央则是高山。古埃及人把宇宙想象成以天为盒盖、大地为盒底的大盒子，大地的中央则是尼罗河。古印度人想象圆盘形的大地负在几只大象上，而象则站在巨大的龟背上，公元前7世纪末，古希腊的泰勒斯认为，大地是浮在水面上的巨大圆盘，上面笼罩着拱形的天穹。也有一些人认为，地球只是一只龟上的一片甲板，而龟则是站在一个托着一个又一个的龟塔...那个时候的人们，对于宇宙的认识是建立在宗教迷信上的。随着人们科学意识的形成，尽管人们学会用科学合理的观察与计算来研究宇宙，但人们对于宇宙探索与思考只建立于人们肉眼所观测的较为表层的现象，不够彻底，许多猜想也缺少实据。人们多么渴望能望破地球之外，看到更广阔的宇宙空间。直到17世纪初，意大利人伽利略制成世界上第一架望远镜。伽利略受到显微镜制作的启发，他想，既然小的物体可以放大，能否把远的物体移近呢？开始，他只是照样子仿制，未能成功.之后，他改用一凸一凹的玻璃片，经不断修改、装配，终于在1609年制成世界上第一架望远镜.他用一根细管，两头安上一凸一凹的镜片，眼睛贴近凹镜望远处物体时，物体移近了许多，并且比直接用眼睛看时变大了.按他的计算，这支管子能将物体放大8倍.为了观察天上的星星，他把望远镜的放大倍数提高到32倍.伽利略凭借望远镜观测天体取得大量成果。他发现所见恒星的数目随望远镜倍率的增大而增大，银河系里繁星点点，木星有四颗卫星，金星也有圆缺变化，他还发现了太阳黑子 最重要的是，伽利略证明哥白尼对星体的发现是正确的，更加肯定了日心说。人们用"哥伦布发现了新大陆，伽利略发现了新宇宙〃来肯定伽利略的成就。继伽利略望远镜之后，天文学从此进入了一个新时代---望远镜时代。而此后望远镜的发展与变迁可谓是日新月异，随之而然的，人们对宇宙的认识也越来越深入了。望远镜的种类到现在已经发展到有折射式望远镜、折反射式望远镜、现代大型光学望远镜、射电望远镜、空间望远镜。其中射电望远镜不同于光学望远镜，它的出现标志着人类打开了在传统光学波段之外进行观测的第一个窗口，为射电天文学的发展起了关键的作用。比如：六十年代天文学的四大发现，类星体，脉冲星，星际分子和宇宙微波背景辐射，都是用射电望远镜观测得到的。射电望远镜的每一次长足的进步都会毫无例外地为射电天文学的发展树立一个里程碑。而在上述的各种望远镜中，最值得一提的是空间望远镜，其代表为哈勃太空望远镜。早在太空望远镜发明以前，人们观测太空受到很大限制，因为地球大气层对电磁波传输有较大的影响，而太空望远镜的出现，使得天文学家成功地实现了对宇宙天体电磁波段的观测，并获得突破性进展。1990年4月25日，"哈勃〃空间望远镜由“发现〃号航天飞机将它送入地球轨道，从此，人类摆脱了地球大气束缚，开始了孜孜不倦的巡天历程。“哈勃〃望远镜是有史以来最大、最精确的天文望远镜。它上面的广角行星照相机可拍摄上百个恒星的照片，其清晰度是地面天文望远镜的10倍以上，1.6万公里以外的一只萤火虫都难逃它的“法眼〃。它全长12.8米，镜筒直径4.27米，重11吨，由三大部分组成，第一部分是光学部分，第二部分是科学仪器，第三部分是辅助系统，包括两个长11.8米，宽2.3米，能提供2.4千瓦功率的太阳电池帆板，两个与地面通讯用的抛物面天线。镜筒的前部是光学部分，后部是一个环形舱，在这个舱里面，望远镜主镜的焦平面上安放着一组科学仪器；太阳电池帆板和天线从筒的中间部分伸出。望远镜的光学部分是整个仪器的心脏。它采用卡塞格林式反射系统，由两个双曲面反射镜组成，一个是口径2.4米的主镜、另一个是装在主镜前约4.5米处的副镜，口径0.3米。投射到主镜上的光线首先反射到副镜上，然后再由副镜射向主镜的中心孔，穿过中心孔到达主镜的焦面上形成高质量的图像，供各种科学仪器进行精密处理，得出来的数据通过中继卫星系统发回地面。除了光学部分，望远镜的另外一个主要部分就是装在主镜焦平面上的八台科学仪器，分别是：宽视场和行星照相机、暗弱天体照相机、暗弱天体摄谱仪、高分辨率摄谱仪、高速光度计和三台精密制导遥感器。这些科学仪器是为望远镜在最初几年运转期间所配备的。为了使太空望远镜能够充分利用最新技术成果，焦平面上的这些仪器设计成可作各种不同组合和更换方式。在望远镜工作期间，可以通过航天飞机上的航天员进行维修更换，必要时，也可以用航天飞机将整个望远镜载回地面作大的修理，然后再送入轨道。太空望远镜的寿命按设计要求至少15年，估计实际可达几十年。概括起来说，“哈勃〃的辉煌成果有如下几个方面：1、 加深了对星系形成的理解虽然很多遥远的星系用地面望远镜也能发现，但是"哈勃〃有足够的分辨率在光学上展示它们是怎样演化的，“哈勃〃所显示的漂亮的星系结构，我们几乎不可能用别的方式得到。2、 宇宙年龄的测定通过对造父变星观测测定“哈勃〃常数，由此来确定宇宙的大小，从而给出一个有关我们生存的宇宙的假想年龄。一般认为现在我们知道的“哈勃〃常数的误差在10%，但是仍有一些人怀疑这个主张，虽然他们只是少数。这个测量是最重要的年代基准。在没有被另一个或两个方法检验之前，这个问题还不能完全解决。3、 证明星系中有黑洞我们已经证实在星系中包含了大量的黑洞，这个结果并不惊人，但是仍被看成是里程碑的成果。4、 活动星系的研究活动星系的发射线气体是研究活动星系的重要手段，它显示了活动星系的化学组成。但是，当黑洞吸入物质的时候，黑洞周边也喷出气体，包围附近的气体和尘埃云，这个环境使得星系核的谱线很难解读。自60年代发现活动星系核以来，这一直是天文学最重要的问题之一。5、 类星体的研究类星体非常遥远，被认为是宇宙中最遥远的天体，它们的光通过途中的介质传播给我们。地球大气阻挡很多关键的波长。而这些波长可以帮助天文学家证实宇宙曾有过不同的演化阶段。利用“哈勃〃我们已经探察了宇宙的结构。“哈勃〃能比任何别的望远镜都更精确地描绘出宇宙的"地图〃。6、 星际介质的化学结果星际介质的许多谱线在紫外部分，从地面无法测定，而“哈勃〃则可以测定所有的谱线，而且做得很好。7、 恒星周围尘埃盘的研究"哈勃〃对年轻恒星周围的喷气和尘埃盘的研究取得了出乎意料的成果。它拍摄的尘埃盘的照片，帮助理解行星演化的许多细节。"哈勃〃并没有为这项研究做什么特殊的工作，仅仅由于它极好的分辨率，它已经成为探索喷气和尘埃盘的极好工具。8、 恒星演化的研究“哈勃〃增加了我们有关恒星生命历程的知识，一颗恒星怎样蜕化演变成一颗白矮星、中子星或黑洞。15年来哈勃空间望远镜为我们传回了大约7.5万张高质量的精美图片，而这些图片所展现的是我们似曾相识但更多是陌生的宇宙图景。正如哥伦布当年曾想寻找通往东方的道路，却意外地发现新大陆一样，今天的“哈勃〃空间望远镜也意外地发现了许多人类未曾想象过的天文现象，它在天文发展史上展开了新的一页，给人类认识宇宙带来新的飞跃。科学技术发展飞速，几年后，又将会有新的更优越的望远镜来代