本文转载自科技大观园。原文为《那些年，哈伯望远镜带我们看到的宇宙》作者/欧|科技大观园特约编辑
以哈伯望远镜观测的经典天文照片
哈勃太空望远镜于1990年4月24日发射升空，今年迎来了31周年。这台举世闻名的望远镜，以前所未有的分辨率和灵敏度，让人们看到了宇宙中众多天体的真实面目。
哈勃望远镜的基本信息。(图/沈佩玲制表)在哈勃望远镜的网站上，经常会发布彩色的天文照片。你可能不知道，很多经典的天文照片都是由中国科学院天文与天体物理研究所所长朱有花拍摄的。2014年回台之前，朱有花是美国伊利诺伊大学的天文学教授，长期使用哈勃望远镜进行研究。她拍摄的许多天体图像，通过哈勃望远镜后期制作团队的精彩工作，已经成为互联网上广为流传的经典照片。
朱有花的得意之作之一是NGC 3603星云的照片。这张照片出现在2000年1月《国家地理杂誌》的封面上。朱有花说，当时她刚刚订阅了杂志，收到杂志后才发现封面竟然是自己的观察图像，于是马上打开看文章是如何介绍他们的成果的。原来书里的内容和这张照片无关，只是因为杂志编辑很喜欢这张照片，把它放在封面上。
NGC3603照片在《国家地理杂誌》封面。(图片/朱有花提供)
经典天文照片，藏着对宇宙的问题与解答
哈勃望远镜拍摄的照片不仅美丽，还提供了很多科学信息。NGC 3603星云照片左上角(杂志封面字母G上方)有一颗蓝色超巨星，与著名超新星1987A的前身星相似。此前，地面望远镜探测到这颗恒星周围恒星抛出的物质，这引起了朱有花的兴趣，于是她利用哈勃望远镜的高分辨率看到了清晰的环状结构，发现半径与超新星1987A周围的环相似。朱有花认为这颗蓝色超巨星可能很快就会爆炸，它可能成为21世纪银河系中的第一颗超新星！
在NGC 3603星云的照片中间，可以看到一个星团，星团中的大质量恒星吹出一个周围气体的气泡。被风吹出的气泡也是朱有花用哈勃望远镜研究的一个重要课题。
"大质量恒星会吹泡泡吗？"朱有花在1976年读博士时提出了这个问题。理论上，大质量恒星会吹出气泡，但在大多数恒星的图像中看不到气泡。在20世纪90年代，朱有花认为，如果泡沫真的存在，那么哈勃望远镜应该已经看到它们了！
但观察结果发布后，发现看不到气泡。然而，朱有花通过使用光谱进行动态分析，确实发现了膨胀的气泡。原来气泡膨胀速度太慢，大约每秒10-15公里，只比宇宙中电离气体的声速快一点点(与地表相比，这些气体密度低，温度高，所以声速快很多)，所以冲击波很弱，不容易被图像拍摄探测到。总之，泡沫真的存在，只是拍不出来。经过25年的努力，朱有花的疑惑终于得到了解答！
朱有花还利用哈勃望远镜试图在超新星遗迹N63A中寻找气泡。结果没有发现气泡，却发现了许多微小的云团和气团。这些团块受到超新星遗迹快速膨胀的冲击波的攻击和加热，正在蒸发。这种奇怪的现象让人们得以一窥星云中复杂的相互作用。哈勃的N63A图像比较特殊，但只能看到云层和气体团，看不到超新星遗迹的球壳，需要X射线望远镜才能把握全貌。
在超新星遗迹N63A的多波段图像中，右上方区域的金色团块是哈勃拍摄的可见光，外部球壳结构是X射线。(照片/增强图像由Judy Schmidt (CC by-NC-SA)基于由NASA/CXC/Sao NASA/STSCI提供的图像。)2014年回台后，朱有花主持了科技部利用哈勃望远镜数据研究Ia型超新星遗迹成因的项目。关于Ia型超新星的爆炸机制，目前有两种主流理论：“一颗白矮星吸收伴星物质爆炸”和“两颗白矮星合并爆炸”。如果第一种机制爆炸，伴星理论上会存活下来，所以找到一颗幸存的伴星是第一种机制的重要证据。2017年，朱有花与导师学生李传瑞(现为中科院天文所博士后)合作，在超新星遗迹N103B中寻找一颗幸存的伴星，发现了一颗可能的伴星，并将结果发表在《天文物理期刊》上。
哈勃望远镜拍摄的超新星遗迹N103B(左上)及其周围环境。(图/奥本海默制图)
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想使用哈伯望远镜，先提出观测计画
朱有花能够用哈伯望远镜拍摄这么多影像，并非易事。事实上，想要使用哈伯望远镜，必须先提出观测计画，与全世界天文学家激烈竞争，以 2019 年来说，只有不到 20% 的观测计画通过。朱有花说，竞争到最后还是有点运气成分，许多自认完美的计画最后失败了，反而有些仓促完成的计画书，竟然无心插柳柳成荫。光是争取望远镜时间，天文学家就有不少甘苦谈。
除了主动争取观测时间之外，朱有花也常利用哈伯的资料库做研究。笔者在朱有花老师门下，亦有从资料库中挖到宝的经验。哈伯望远镜 30 年来累积了大量珍贵的数据，仍蕴藏许多人们未曾发掘的资讯。
哈伯望远镜拍摄的每一张美丽照片，背后都有天文学家的艰辛，以及丰富的科学内涵。欣赏照片的同时，不妨试着了解，人们如何透过这些照片，认识宇宙精彩的面貌。
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