设为首页

加入收藏

当前位置:主页 > 科教卫生 > 正文

太空望远镜是如何观察宇宙呢?

发布时间:2019-02-06 09:01   类别:科教卫生来源:未知




太空望远镜是如何观察宇宙呢?


眼睛是我们心灵的窗户,因为有眼睛的存在,所以我们看到了这万千世界,无数的光芒通过眼睛成为了一次次美好的回忆,比如爱人的笑容,母亲的面庞,父亲的严肃的眼神等等……但是天文学上,宇宙十分巨大,我们不可能通过眼睛来看到宇宙的全貌,因为人类的好奇心和我们不断探索的进取心,各国都向太空发射了很多的太空望远镜。

观测宇宙那些事,太空望远镜是如何帮助科学家观察宇宙的呢?
而这些太空望远镜就是我们人类观测的眼睛,也是我们了解宇宙,观察宇宙的一个重要途径。说了太空望远镜,大家可能第1个想到的就是哈勃太空望远镜,其实除了哈勃太空望远镜之外,还有其他很多的太空望远镜,他们都有什么历史?如何进行观测?科学家又是如何得到宇宙的数据呢?如何测量宇宙的数据呢?

哈勃太空望远镜

观测宇宙那些事,太空望远镜是如何帮助科学家观察宇宙的呢?
哈勃太空望远镜自1990年发射以来为我们提供了一系列多姿多彩的图像,这让我们感到了人类的渺小。其实不仅仅是美丽的星系星云图片,还有哈勃太空望远镜收集到的所有数据也向我们展示了宇宙的新面貌,我们的宇宙观正在不断的刷新。从最接近于我们的月亮到最遥远的星系之间有很多很多的星云星系超新星黑洞中心等等天体,这都是哈勃需要观测的。
1923年德国的一位科学家的名字叫赫尔曼奥伯斯,是他首次提出可以将望远镜发射到轨道上,以帮助克服地球大气造成的影响。随着科技的不断发展火箭发射也变得越来越普遍,这个想法也变的也越来越接近现实。

观测宇宙那些事,太空望远镜是如何帮助科学家观察宇宙的呢?
哈勃太空望远镜拍摄到的“上帝之眼”星云
所以在1975年欧洲航天局开始与美国宇航局合作制定了合约书,也就是欧洲航天局和美国宇航局要来准备一起来开发哈勃太空望远镜了。考虑到当时的维修维护机制,正好航天飞机的诞生也为哈勃太空望远镜的诞生提供了一臂之力。
事实胜于雄辩,哈勃太空望远镜改变了人们对宇宙的看法,它是一个非常成功的太空望远镜。
在1990年的时候,哈勃太空望远镜最开始的预算是15亿美元,,这在科学界引起了很大的恐慌,因为这实在是太贵了。那么科学家为什么要发射了这么贵的太空望远镜地球之外进行观测呢?地面上也有很多天文台和望远镜都可以进行,但是其实这些观测与太空望远镜的观测是不一样的,因为太空望远镜观测的时候没有任何的阻碍,他们观测的时候不会受到地球大气层和其他光污染的影响。

观测宇宙那些事,太空望远镜是如何帮助科学家观察宇宙的呢?
哈勃太空望远镜长13.2米,重量达到了11110公斤,它的直径约4.2米。哈勃太空望远镜的主镜直径是2.4米,主镜质量达到了828公斤,副镜的直径为0.3米,副镜质量为12.3公斤。哈勃望远镜上的初始仪器包括广域行星相机、戈达德高分辨率光谱仪(GHRS)、微弱物体照相机(FOC)、微弱目标光谱仪(FOS)和高速光度计。哈勃太空望远镜在1993年12月进行了一次维修任务,也就是Sts-61挑战者号航天飞机的等任务。在1997年2月进行了一次服务任务,是发现号航天飞机执行了本次任务,航天飞机任务标号为Sts-82。在1999年12月进行了第3次任务是一次维修任务,航天飞机编号为Sts-103。最后的两次维修分别为2002年3月和2009年5月。哈勃太空望远镜的动力来源是Nih电池和两个近8米高的太阳能模块。
观测宇宙那些事,太空望远镜是如何帮助科学家观察宇宙的呢?
STS-103发现号航天飞机维修任务
哈勃太空望远镜一共维修服务过5次,虽然超过了预算,但是它为我们带来的数据确实改变了全人类对于宇宙的观点。直到现在,哈勃太空望远镜每周还会给地球超过120G的数据。而在这其中最著名的还是一张名叫哈勃超深场的一副特别的拼接图。这张特别的拼接图里面一共有3000多个星期有的星系离我们很远,其他望远镜是无法观察到的,而有的星系还很年轻没有形成具体的轮廓,这也是哈勃最著名的一次观测。
除了对宇宙中的星星进行观测,哈勃还帮助天文学家观测大爆炸以来已经过去了多长时间。具体就需要通过测量一种特殊的脉冲星的造父变量,天文学家们便能够缩小宇宙的年龄,最后确定宇宙的年龄是137亿年。在哈勃望远镜升空之前,人们认为的宇宙年龄是100亿年到200亿年之间,没有精确到137亿年。

观测宇宙那些事,太空望远镜是如何帮助科学家观察宇宙的呢?
哈勃超深场
哈勃太空望远镜还会观察远处的行星与恒星以确定它们的形成过程时间等等其他数据,这样就可以帮助我们来了解自身太阳系的形成。除了对远处的行星与恒星进行一定的观测之外,哈勃还对太阳系内的行星进行了观测,比如木星和海王星的大红斑和大黑斑,土星的陨石环等等。
哈勃太空望远镜可以说是“无所不观”,它的贡献是巨大的。

盖亚太空望远镜

盖亚太空望远镜其实是欧空局的太空天体测量任务,也是欧空局长期科学计划的一部分,他的目标就是编织一个超过1亿颗星星组成的3D空间目录,其实这样算起来的话,也就是我们大家向银河系中不到0.7%的恒星。盖亚的主要任务是准确观测这1亿颗恒星,比如它们的位置、距离、运动和亮度的变化等等。
欧洲航空局科学家预计将发现数十万颗新天体,除此之外还需要观测我们太阳系内的数十万颗小天体。最终的任务还需要对爱因斯坦的广义相对论进行严格的新观测测试。

观测宇宙那些事,太空望远镜是如何帮助科学家观察宇宙的呢?
天文学家通过比较盖亚的一系列精确预测,就可以确定恒星在太空中的距离和运动。由此产生的数据库可以帮助天文学家能够追踪银河系的历史。这是一次很不错的观测任务。
欧洲航空局于2006年5月和空中客车公司和其他航空公司确定了合约。同时Astrium公司和其他几家德国和英国分公司一起分包商公司参与了盖亚卫星制造。盖亚卫星由两部分组成:有效载荷模块和服务模块。有效载荷模块安置在一个保护措施之内,它是一个穹顶状物体,有效载荷包含了两个望远镜和三个科学仪器,保护措施穹顶由陶瓷材料碳化硅合成。

观测宇宙那些事,太空望远镜是如何帮助科学家观察宇宙的呢?
在有效载荷模块下,服务模块包含用于运行仪器的电子单元,以及推进系统、通信单元和其他基本部件。这些部件安装在锥形框架的碳纤维增强塑料,也就是CFRP面板上。
最后,在服务模块下面,一个巨大的遮阳罩使航天器处于阴影中,使有效载荷模块可以保持在-110℃左右的几乎恒定温度,科学家必须保持一定温度,让仪器能够进行精确和敏感的读数。防晒板的直径约为10米,对于运载火箭来说太大了,所以它由十几个折叠板组成,是需要在发射后自动部署的。发电所需的一些太阳能电池板固定在遮阳板上,其余的安装在航天器的底部。

观测宇宙那些事,太空望远镜是如何帮助科学家观察宇宙的呢?
盖亚卫星的驱动力是由极高热机械稳定性部件所驱动的,采用了低扰动冷气体微推进进行精密姿态控制,该仪器用于精密指向工作模式下的精密速率传感。
看到这里我们不得不佩服各位科学家对卫星的构造部署,把有效载荷的观测部分进行隔离,保持平稳的温度,而把盖亚卫星的驱动力部分和保护措施连接起来,这样可以有效节省所占空间,给主镜等模块留出空间。

费米伽马射线太空望远镜

费米伽马射线太空望远镜是美国宇航局在2008年6月11日发射的,他的主要任务旨在研究伽马射线的发射源,比如高速射线爆和脉冲星,还有就是对宇宙中最神秘的天体黑洞还有暗物质,暗能量等进行研究。费米伽马射线太空望远镜是由美国宇航局主导的一次科学探测卫星,其他国家比如法国,德国,日本和意大利,瑞典等也都对这个计划进行了资助活动。
观测宇宙那些事,太空望远镜是如何帮助科学家观察宇宙的呢?
费米携带两种大面积望远镜仪器(LAT)和伽马射线爆发监测器(GBM),其工作能量范围为10 keV至300 GeV(10000至300000000000电子伏特)。LAT的主要探测器是由直角的硅和钨条组成的,也就是伽马射线电子——正电子成对然后电离成条中的物质,所以电离电荷与伽马射线的强度成正比。这些条的排列有助于确定辐射的方向。宇宙射线比伽马射线更常见,但LAT的物质只与宇宙射线以及伽马射线相互作用,所以科学家可以区分或者忽略宇宙射线。
观测宇宙那些事,太空望远镜是如何帮助科学家观察宇宙的呢?
伽马射线爆发监测器GBM由12个相同的探测器组成,每个探测器都包含一个薄薄的碘化钠单晶体圆盘。伽马射线的探测使晶体发出由光敏管桌面计数的闪光。多达一半的探测器可以看到相同的闪光,但不同的强度取决于探测器与光源的角度。此过程允许计算伽马射线爆发位置,以便宇宙飞船可定向指向LAT的源头,以获得详细的观测结果。

开普勒太空望远镜

其实美国宇航局的开普勒太空望远镜的重点是寻找太阳系以外的行星,也就是寻找可能与地球相似的行星,开普勒太空望远镜自2009年3月推出以来,已经有9年的运作时间,开普勒太空望远镜是在去年11月15日退役的。
观测宇宙那些事,太空望远镜是如何帮助科学家观察宇宙的呢?
自从开普勒太空望远镜发射以来,天文学家仅通过这个望远镜就发现了数以千计的太阳系外行星(以下简称系外行星)。这些行星中有许多是在天鹅座的一个小区域发现的,开普勒在任务的前四年就发现了天鹅座的这个特别的区域。
开普勒太空望远镜在任期内发现2682颗系外行星,还有超过2900颗候选行星有待确认,不过就以往得观测数据表明,这些候选行星大部分是不会出现数据误差的。而且开普勒太空望远镜的服役时间远远超过预定的日期……其实开普勒太空望远镜的诸多发现就是为了帮助天文学家为系外行星分组,这也有助于理解它们和我们地球行星的起源。

观测宇宙那些事,太空望远镜是如何帮助科学家观察宇宙的呢?
开普勒太空望远镜花费了美国宇航局6亿美元的预算,在2009年是美国宇航局的“发现号”计划的一部分,该计划的目标是探索太阳系的小天体,开普勒是在2001年被选定开发的,该计划还有一个黎明号探测器,它的任务就是观测Vesta和Ceres谷神星。
观测宇宙那些事,太空望远镜是如何帮助科学家观察宇宙的呢?
太空望远镜不断升空,观测的技术也在不断进步,在2014年2月,天文学家们开创了一种新的技术。根据理论,一颗围绕着多颗行星的恒星在重力上是稳定的,而一颗恒星与行星有一个紧密联系的关系,也就是说恒星系统的一部分,由于每颗恒星的质量引力,它的系统会变得不稳定。通过这项技术,研究小组在一次发布中公布了715颗确认行星,这是当时规模最大的一次成果公告。
所以美国宇航局也给开普勒太空望远镜定义了一个绰号,叫做:行星猎人,或者也可以叫做行星观察者。

普朗克卫星

要说到宇宙微波辐射背景CMB大家肯定都知道,宇宙微波辐射背景也可以说是宇宙大爆炸的余晖,但是普朗克卫星这个名字大家可能就不太了解了,其实说到宇宙微波辐射背景大家就应该想到普朗克卫星了。普朗克卫星于2009年发射,这颗卫星用了多年的时间收集了完整的CMB数据,研究它的科学家们刚刚完成并发布了他们的最后分析。那么,普朗克卫星是改变了我们对CMB的看法呢?这还要从宇宙微波辐射背景说起。
观测宇宙那些事,太空望远镜是如何帮助科学家观察宇宙的呢?
其实大爆炸的余晖不是均匀分布,有一些区域有几百微克尔文的微小温度波动。虽然这在后期起到了很大的作用,但在引力增长之后,早期宇宙和今天的大尺度宇宙,只是在小于0.01%的水平上是不均匀的。普朗克卫星比先前任何时候都更精确地检测和测量了这些波动差异。
观测宇宙那些事,太空望远镜是如何帮助科学家观察宇宙的呢?
这是一张宇宙微波辐射背景图片,这张图片要比以往任何时候都要精致准确得多。20世纪90年代初,COBE卫星为我们提供了宇宙微波背景的第一张精确的全天地图,分辨率约为7。大约十年前,wmap成功地把它降低到了大约0.5的分辨率。但是普朗克探测器它可以测量到0.07左右。
COBE是中巴的第一颗卫星,它只测量到7的波动。WMAP能够在五个不同的频带测量分辨率降至0.5,Planck在9个不同的频带中的分辨率可以一直下降到5弧分(0.07°)。图片来源:NASA/COBE/DMR;NASA/WMAP科学小组。换句话说,在早期本阶段的宇宙图片中不可能有卫星或者探测器比普朗克拍摄的更好了。

观测宇宙那些事,太空望远镜是如何帮助科学家观察宇宙的呢?
高分辨率,测量这种光偏振的能力,以及多个频带,使我们能够比以往任何时候更好地理解、测量和减去银河系中尘埃的影响。如果你想要理解大爆炸的余辉,你必须理解可能会污染信号的影响因素。

结语

其实上面的太空望远镜只是几个比较著名的,其实在太空中还有很多太空望远镜,它们都在夜以继日的工作,为人类的宇宙观而奋斗~
在未来,太空观测的途径将会越来越多,宇宙的神秘面纱也会一点一点的揭开,只要我们的太空观测技术不断进步,也许未来有一天我们真的可以堪破宇宙的真相。

上一篇:真正的银河系和你想的不太一样 下一篇:没有了

通信地址:辽宁省辽阳市青年大街59号辽阳广播电视台网络部 邮编:111000 电话:0419-3715845 传真:0419-3715845 删稿联系邮箱:sheng6665588@gmail.com