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哈勃望遠鏡看到最遠的星體

生活 更新时间:2024-07-23 00:20:18

上篇文章哈勃望遠鏡:讓光線彎曲——引力透鏡效應(一)中,當年愛因斯坦最開始是從等效原理中認識到光線與引力場的關系,那麼結尾留下的猜想是否正确呢?

愛因斯坦立即投入計算,結果發現光線在引力場中會彎曲,并且還給出了彎曲數值,不過想要驗證這項預言,難度還是很大的,因為即便像地球這麼大質量的物體,所産生的引力場對光線的影響也是非常弱小的。

哈勃望遠鏡看到最遠的星體(哈勃望遠鏡讓光線彎曲)1

但愛因斯坦還是提出了一個或許可行的實驗辦法,利用日全食期間,觀察太陽附近的光線,從一些已知的天體位置出發,看看日全食當天,它們的光線是否會發生偏折(表現為天體位置的變化)

而這項實驗最終由英國的天文學家愛丁頓在1919年完成,距離愛因斯坦當初提出這個想法時已經過去了8年,而且在這期間還發生一個重要的小插曲。

哈勃望遠鏡看到最遠的星體(哈勃望遠鏡讓光線彎曲)2

實際上在1914年的時候,是有一次日全食發生的,可惜受到第一次世界大戰的影響,當時那位準備去驗證光線彎曲是否正确的天文學家弗洛恩德裡希被俄國人給扣了起來(因為那次日全食的最佳觀測點正好位于俄國境内)

哈勃望遠鏡看到最遠的星體(哈勃望遠鏡讓光線彎曲)3

不過也正是因為這次沒有觀測成功,讓愛因斯坦避免了一次尴尬,因為他在1911年算出的彎曲數值是錯的,那時候廣義相對論還沒有完全建立,當時采用的是等效原理和狹義相對論結合的辦法,給出的數值實際上是個半成品,直到1915年廣義相對論建立,才給出了正确數值(正确數值恰好是原來的兩倍)

後來到了1919年,天文學家愛丁頓遠涉重洋去了非洲和南美洲觀測數據,幸運的是,數據和理論值相符的很好。

哈勃望遠鏡看到最遠的星體(哈勃望遠鏡讓光線彎曲)4

至此,終于證實了光線在引力場中确實會彎曲

但之前也說了,一般情況下光線在引力場的彎曲現象是很微弱的,即便是對于太陽這種恒星而言,它所産生的引力場也沒強到哪去,否則我們在描述太陽系的引力情況時,怎麼還能繼續用牛頓的萬有引力定律呢?(涉及到強引力場時,我們就必須使用廣義相對論了)

不過光線如果在經過一些大質量天體,比如星系團之類的(或者是黑洞也行),當地球與星系團的距離以及發光天體與星系團的距離,都适合時,就會看到明顯的光線彎曲現象(當然了,肉眼是沒法看到的,要借助儀器)

比如一開始提到的那幅“愛因斯坦環”,就是哈勃望遠鏡觀測到的LRG 3-757星系引力透鏡效應(再放一次圖,如下)

哈勃望遠鏡看到最遠的星體(哈勃望遠鏡讓光線彎曲)5

當然了,引力透鏡效應的表現形式不止一種,像愛因斯坦環如此明顯的現象并不會經常遇到,下面就再看幾種其它類型的引力透鏡效應。

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這幅圖就不像愛因斯坦環那麼典型了,可能第一眼看上去有一種光線經過扭曲的感覺,實際上這樣是中心星系團彎曲了後方星系的光線,在周圍形成了斷斷續續的像

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這幅就是愛因斯坦十字,在中心星系附近出現了四個相同的天體,實際上這四個天體都是一個天體,隻是因為光線彎曲而産生了四個相同的像(當然了,這種現象是比較少見的)

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而這幅就是愛因斯坦雙環,這是中心星系團後面出現了兩個星系,并且恰好排到了一條線上,因此形成的兩個愛因斯坦環正好嵌套到了一起(當然,這是從哈勃望遠鏡視角下觀測到的)

總的來說,這些神奇壯觀的現象,正是引力場對光線彎曲的體現,所以對于上篇文章開頭的疑問,答案就是:這裡的透鏡實際上指的就是引力場。

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紀錄片《哈勃三十年:揭示宇宙奇觀》

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本篇文章的内容到此結束。

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