哈勃望远镜盯着银河系中心看了好几天,拍回来的照片让我半夜睡不着
说出来你可能不信,我前天晚上翻NASA的图片档案库翻到凌晨三点,就是那种本来想看两眼就睡,结果越看越兴奋的状态,起因是我突然想起一个事——哈勃望远镜到底能不能看清银河系中心的黑洞?毕竟好多人跟我说哈勃不行,得用韦伯或者事件视界望远镜,我较真了,一查才发现,哈勃不但能看,而且看了快三十年,攒下来的资料多到吓人。
哈勃在可见光波段捕捉到的银河系中心方向的恒星密集区,每一颗光点都可能是一整个太阳系,这种画面看久了真的会让人恍惚。
两万七千光年外到底藏着什么
银河系中心在人马座方向,距离我们大约两万七千光年,你想象一下,光都要跑两万七千年才能从那儿到我们眼睛里,哈勃这三十多年就一直在地球轨道上朝那个方向使劲看,它用的不是肉眼可见光那么简单,主要是近红外波段的相机在干活,道理很简单——银河系中心被厚厚的星际尘埃挡着,可见光根本穿不透,就像大雾天你开车看不清前车尾灯,但用热成像仪就能看个大概,哈勃装了个叫NICMOS的仪器,后来又升级成WFC3,专门穿透那些尘埃,把银河系核心区域的恒星一个一个分辨出来。
这个事听起来容易,实际上相当于你在纽约看清楚洛杉矶的一粒芝麻,中间还隔着一层毛玻璃。
恒星们都在跳舞,而且舞步很诡异
哈勃最牛的地方不是拍一张静态照片,而是持续观测了二十多年,从1995年开始,天文学家就定期用哈勃盯着银河系中心那几十颗亮星拍,一年拍几次,每次都精确记录位置,这么拍了二十多年之后,他们把照片叠在一起看,发现这些恒星根本不是静止的——它们在绕着一个看不见的点高速旋转。
其中有一颗叫S2的恒星特别出名,它的轨道周期大概是十六年,每次经过那个看不见的点附近时,速度能飙到每秒七千多公里,差不多是光速的百分之二点几,你要是开车有这个速度,从北京到上海大概……算了别算了,反正就是一眨眼的功夫,能让这么大一颗恒星以这种速度绕转,中间那个看不见的东西质量得有多大?算出来的结果是大约四百万个太阳质量,挤在一个比水星轨道还小的范围里,除了黑洞,目前还真没别的解释。
二十多年累积观测数据绘制的恒星轨道动画静帧,这些恒星像被无形的手牵引着,绕同一个中心高速旋转,看得人后背发凉。
那些你以为不能直视的东西,哈勃帮你盯着
写到这里你可能想问,那黑洞本身哈勃拍到没?严格来说没有,黑洞不发光,视界本身是看不见的,但哈勃拍到了黑洞周围吸积盘的辉光和物质喷流的痕迹,还有一个特别有意思的现象——哈勃在银河系中心观测到了大量的年轻大质量恒星,这本来不应该出现,因为黑洞周围引力太强了,气体云按理说根本凝聚不成恒星,会被撕碎才对,但哈勃的数据明明白白告诉我们,那儿不仅有年轻恒星,还成群结队地出现,这就是目前天文学界还没完全解决的问题之一,叫“年轻星团悖论”。
你品品,一个望远镜本来的任务只是拍拍照,结果拍出了新问题,而且这问题到现在都没人答得上,科学就是这样,每次你以为快搞清楚的时候,总会有新的怪事冒出来。
哈勃和别的望远镜到底怎么配合的
很多人觉得有了韦伯望远镜哈勃就退休了,真不是这样,哈勃在可见光和近紫外波段的能力至今无可替代,它的角分辨率在可见光波段能做到0.05角秒,什么概念呢——相当于从北京看清楚上海一只蚂蚁的腰,韦伯看的是更红外的波段,专门看更远更冷的天体,而事件视界望远镜是射电望远镜阵列,拍的是黑洞剪影那种尺度的东西,这三者各干各的,数据拼在一起才算完整。
我用表格给你捋一下,不然容易绕晕:
| 望远镜 | 主力波段 | 看银河系中心主要贡献 |
| 哈勃 | 可见光/近红外/近紫外 | 追踪单颗恒星轨道、测黑洞质量、发现年轻星团 |
| 韦伯 | 中红外/近红外 | 看更深的尘埃内部结构、极早期恒星形成区 |
| 事件视界望远镜 | 亚毫米射电波 | 直接拍黑洞视界附近的影子结构 |
| 钱德拉X射线天文台 | X射线 | 探测黑洞周围高温气体耀斑 |
看了这个表你大概就明白,哈勃干的活是承上启下的那种——它连接了可见光世界和红外世界,而且积累了最长时间的连续观测数据,二十多年的恒星位置档案,这个时间基线本身就无价,韦伯再厉害也得从头开始攒。
那些数据背后站着的普通人
有次我看一个天文学家的访谈,她说她博士论文用的就是哈勃拍银河系中心的其中一组数据,翻来覆去分析了好几年,就为了确认S2恒星轨道的一个微小偏差是不是真的存在,后来发现是真的,开心到在办公室哭出来,我当时想,这得多大的热情才能为了一颗远在两万七千光年外的星星的轨道偏差耗上好几年青春,但转念一想,人类搞清楚银河系中心那个四百万倍太阳质量的黑洞到底长什么样、怎么运行,靠的就是一个又一个这样的人,盯着一个又一个数据点,慢慢把拼图凑齐。
哈勃就像他们的眼睛,悬在六百公里高的轨道上,安安静静地替所有人看着那个我们永远到不了的地方,2021年有篇发表在《天体物理学期刊》上的文章汇总了哈勃对银心长达二十六年的观测成果,光是数据表格就有几十页,那些密密麻麻的数字,每一行背后可能都藏着一个天文学家的好几年,这事不能细想,想着想着就觉得人类还挺浪漫的。
光污染和望远镜寿命那些破事
本来还想多写点,但有个事憋着不说难受,哈勃的轨道在慢慢衰减,大概二零三几年可能会坠入大气层烧毁,虽然现在还能用,但它的陀螺仪已经坏了好几个,每次出故障NASA那边都得远程切换备用模式,而且近地轨道上的星链卫星越来越多,拍银心这种需要长曝光的观测越来越容易被卫星轨迹划一道亮线干扰,去年就有好几批观测数据被光污染破坏,天文学家为此发了公开抗议。
所以每次看到哈勃新传回来的银心照片,我都觉得像是在看一个老朋友的来信——不知道还能收几封,每一封都珍贵。
写到这里天都快亮了,窗外啥也看不见,别说银河中心,连北斗七星都被隔壁写字楼的灯光淹得只剩两三个亮点,不过也没事,反正哈勃替我们盯着呢,有些东西你看不看它都在那儿,四百万个太阳质量的大家伙,带着一群恒星跳了不知道多少亿年的舞,想想还挺安心的。