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天体|在天上如何“看星星”

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天体|在天上如何“看星星”
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哈勃太空望远镜拍摄的船底座星云中的喷流和尘埃 ， 形如“迷幻山峰” 。
大气层为人类生存提供了至关重要的基本保障 。 除了维持我们的呼吸外 ， 大气层还屏蔽了来自宇宙的各类对生物体有害的高能辐射 ， 堪称地球“保护伞” 。
然而 ， 大气层也屏蔽了一些含有重要物理信息的波段信号 。 这对于天文观测者来说 ， 是件憾事 。 即便是透过大气层的可见光波段信号 ， 因大气湍动 ， 依然会影响到地面上的观测 。 星星一闪一闪地“眨眼睛” ， 就是大气湍动最明显的体现 。
此外 ， 人类夜间照明也照亮了天空 ， 使得一些暗弱天体被淹没其中 。 由于这些因素存在 ， 人们在地面上修建天文台时 ， 就不得不考虑天文台附近的大气湍动和光污染情况 ， 因此可供选择的位置有限 。
为克服大气层对天文观测的不利影响 ， 人们尝试过使用气球、飞机甚至是探空火箭 ， 将望远镜带到大气对流层以上的位置 。 然而 ， 这些方式只能观测很有限的一段时间 ， 无法连续进行天文观测 。 在人类进入太空时代后 ， 将望远镜发射到围绕地球旋转的轨道上 ， 成为天文观测的新选择 。 这时望远镜被天文学家称作太空望远镜或空间望远镜 。
太空望远镜观测基本不受大气层影响 ， 可获得非常理想的观测条件 ， 紫外、红外、X射线、伽马射线等被大气层屏蔽而无法在地面上进行观测的波段信号 ， 也都能在太空得到理想的观测 。 此外 ， 在太空中开展天文观测 ， 也不再受天气和昼夜更替影响了 。
谈到太空望远镜 ， 最知名的当属在太空中已工作31年的哈勃太空望远镜 。 这台望远镜口径为2.4米 ， 工作位于在距地面约540公里的低地球轨道上 ， 主要对近红外、可见光和紫外波段的天体信号进行观测 。 借助理想的观测条件 ， 哈勃太空望远镜为天文学发展立下了汗马功劳 。
根据哈勃太空望远镜的数据 ， 天文学家精确地测量了宇宙膨胀速度——哈勃常数 ， 并发现了宇宙加速膨胀现象 ， 进而推断出暗能量的存在 。 科学家还进一步认识了黑洞存在的规律 ， 发现黑洞就在不少星系的核心位置 。 在1994年苏梅克列维9号彗星撞击木星过程中 ， 哈勃太空望远镜也进行了观测 ， 获取到相当清晰的观测图像 ， 为科学家研究天体碰撞时的动力学过程提供了难得机会 。
另外 ， 哈勃太空望远镜获得的壮美天体图像 ， 吸引着越来越多的公众关注天文学 ， 甚至加入专业学习研究之中 。
哈勃太空望远镜还经历过一段波折 。 它在太空“安家”不久 ， 科学家发现 ， 当时获得的图像没有达到预期质量 。 经过调查分析 ， 科学家确定 ， 这个问题是由主镜面仅2微米的误差所致 。 好在哈勃太空望远镜轨道高度不高 ， 可由航天飞机对其进行维修 。 当航天飞机靠近哈勃太空望远镜并将其捕获后 ， 宇航员把一个附加的光学部件安装到了光学系统中 ， 这才确保了它的拍摄质量 。
这次波折 ， 反映了太空望远镜维护困难的缺点 。 同时 ， 建造和发射太空望远镜成本极高 。 如下一代的詹姆斯·韦伯太空望远镜 ， 累计投资已达上百亿美元 。 正因如此 ， 太空望远镜在短时间内不会彻底取代地面望远镜 。
近年来 ， 我国在太空望远镜领域也取得了骄人成绩 。 硬X射线调制望远镜“慧眼”于2017年成功发射 ， 对黑洞、中子星和伽马射线暴等致密天体和爆发现象展开研究 ， 并摘得硕果 。 相信在不久的将来 ， 会有更多太空望远镜在太空“安家” ， 给人类带来天文学领域的新发现 。
【天体|在天上如何“看星星”】作者：李会超

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