哈勃太空望远镜正在接受最后一次维护，也许2008年就要告别太空。科学家从它16年来的赫赫功绩中，精心筛选出10项最突出的贡献，纪念哈勃带着我们游历宇宙的时光。在很多研究人员眼中，哈勃辉煌的一生也是天文学研究的黄金时代。

撰文  马里奥·利维奥（Mario Livio）
 

　　历史上，很少有望远镜能够像哈勃太空望远镜这样，对天文学研究产生如此深远的影响。不过，哈勃所起的作用并非大多数人想象的那样，基本上，它没有作出过任何一项发现――因为，所有成就都不是由它独立完成的。地基天文台的观测常常会发现一些蛛丝马迹，但受到自身观测能力的限制，得出的结果往往不能让人放心。通过观测，哈勃就会对结果作出比较确定的判断。通过与其他天文台的合作，哈勃已经为宇宙描绘了一幅多彩的画卷。它迫使理论学家重新审视那些粗枝大叶的理论，建立新的理论，把那些天文现象解释得更加精确。简而言之，哈勃的影响之所以如此深远，并不是因为它超然于其他设备和技术之上，而是因为哈勃与它们密切结合，成了一个整体。
 

　　2006年4月，这架望远镜度过了它在太空中的第16个周年纪念日。哈勃不仅为天文学家提供了前所未有的细节，还让全世界的人在家中也能一睹宇宙的奇景。不过，最近针对它未来命运的争论，却让这些成就蒙上了一层阴影。在美国国家航空航天局(NASA)奋力恢复航天飞机飞行的同时，哈勃的处境也在持续恶化；除非宇航员飞抵那里，对它进行整修，不然这架望远镜可能会在2008年中期便早早结束它的工作生涯。这个紧要关口日益临近，促使我回头审视哈勃的，也是天文学过去的十五年。对许多研究人员而言，这十五年也是他们研究领域的黄金时代。
 

　　下面，我将从哈勃的贡献中，挑选出10项最为迷人的成就(不可否认其中会存在一定的偏向性)，并且按照从小到大的顺序――从行星这样的小天体，到巨大的星系，乃至整个宇宙，逐一进行介绍。要在一篇文章中公平对待哈勃的所有贡献，绝非易事。在本文写作之时，哈勃的资料库中已经包含了超过27万亿字节的数据，而且仍在以每月3,900亿字节的速度增加。这些数据已经成为6,300篇科学论文的基础。此外，这架望远镜还在继续出产令人惊讶的科学成果。在去年与其他天文台的合作观测中，哈勃发现了冥王星的另外两颗新卫星；在宇宙的极早期找到了一个质量大得出乎意料的星系(而且自相矛盾的是，质量大得与它幼小的年龄极不相称)；还确认了在一颗褐矮星身边，有一个达到行星质量的同伴，虽然它本身比行星重不了多少。我们应该为生活在这样一个时代感到幸运，哈勃让我们第一次有机会目睹宇宙中的许多奇景。就在不久之前，人类还只能在自己的想象中描绘这些景象。
 

　　1、彗木大冲撞

　　从宇宙的角度出发，舒梅克―列维9号彗星(Comet Shoemaker-Levy 9)与木星相撞，是一件再平常不过的事：岩石行星和卫星表面的千疮百孔已经证明，太阳系原本就是一个危险的射击场。不过，从人类的视角来看，这场冲撞却是终其一生也难得一见的大事：人们相信，平均每1,000年，才会有一颗彗星一头扎进行星之中。
 

　　在舒梅克-列维9号彗星“英勇献身”的一年以前，哈勃的照片就揭露出，它已经分裂成大约20块碎片，变成了一串“珍珠项链”。1994年7月16日，第一块碎片闯入木星大气层，接下来的一周内，其余碎片也接踵而至。照片显示，如原子弹蘑菇云一般的火球柱从木星的地平线上升腾而起，在撞击发生后的10分钟以内，逐渐下降、扩散开来。撞击造成的疤痕在木星表面滞留了好几个月。

    这些照片如此珍稀，已经是价值不菲，这些连拍画面，还对木星这颗气态巨行星的化学构成提出了一个有趣的问题。在某个位置，波纹以450米/秒的速度向外扩散。主流解释认为，这些波纹是重力波(gravity wave)的一种，木星大气层中的浮力起到了回复力的作用，就像你试图将一块木头强压到水下，它就会上下来回振动一样。[译注：这里指的并不是广义相对论预言的引力波(gravitational wave)，而是流体力学中的重力波。当一小团流体物质偏离平衡位置时，某种回复力，例如重力或浮力，就会迫使它恢复平衡，结果这团物质就会在平衡位置附近来回振动，形成所谓的重力波。水面上荡漾的波纹就是重力波最常见的例子。]果真如此，这些波纹的性质就能间接表明，在这块传播着波纹的水云(water cloud)之中，氧和氢的比例是太阳的10倍。根据过去一些理论提出的假设，木星是由太阳系的原始尘埃气体盘，在引力的作用下分裂成团，逐渐聚集而成的。如果假设正确，木星的化学构成就该与气体盘相同，也就应该跟太阳的化学成分相似。观测与理论提出的化学成分比例，明显有很大的差距，这个分歧至今无人能解。
 

　　2、太阳系外的行星

　　2001年，美国天文学会请行星科学家投票表决，选出过去十年内他们心目中最重大的发现。结果，在我们太阳系以外成功检测到其他行星的存在，成为他们的一致选择。现在，研究人员已经找到大约180个类似的天体，其中大部分都是利用地基望远镜，通过观测恒星的轻微摆动发现的。当一颗行星围绕主星旋转时，它所施加的引力就会拉扯主星，引起这样的摆动。不过这些观测所提供的信息非常有限：只提供了这颗行星运行轨道的大小和椭率，以及这颗行星的质量下限。
 

　　哈勃进行了后续观测，它着重观察一些轨道平面与我们的视线方向刚好一致的行星。这些行星周期性地从主星前面经过，遮挡一部分星光，导致恒星亮度下降――这类事件被称为掩食（transit）。哈勃观测了人们发现的第一颗掩食行星――恒星HD209458的同伴，为这颗行星的性质提供了非常翔实的信息，详细程度超过了我们在太阳系外发现的其他任何行星。它比木星轻了30%，直径却大了30%，这大概是因为主星发出的强劲辐射已经使它变得体态臃肿。如果这颗行星拥有宽宽的光环和大块头卫星，哈勃数据的精度就足以暴露它们的踪迹；很可惜，它们并不存在。最令人印象深刻的是，哈勃已经测得了这颗行星的化学成分。对一颗围绕着其他恒星运行的行星来说，这还是破天荒头一遭。它的大气层中包含了钠、碳和氧，它的氢元素挥发到太空之中，形成了一条彗星状的尾迹。这些观测打响了在银河系其他地方搜寻生命化学信号的第一枪。
 

　　3、恒星的死亡之舞

　　理论预言，质量介于太阳的8倍到25倍之间的恒星，会在一场超新星爆炸中结束自己的生命。当这颗恒星耗尽所有可用的燃料，它就会突然失去一直支撑着自身重量的压力。它的核心坍缩成一颗中子星―― 一个毫无生气的超致密残骸，外侧的气体包层则会以5%的光速抛射出去。
 

　　可是，要检验这个理论，却一直困难重重，因为从1680年以来，我们的银河系中再也没有超新星爆发。1987年2月23日，天文学家退而求其次，找到了一个好机会：一颗超新星出现在银河系的一个伴星系――大麦哲伦星云(Large Magellanic Cloud)中。当时哈勃还没有发射升空，不过三年之后，它就对事件的进程展开了追踪。很快，哈勃就在这颗已经爆炸的恒星周围发现了一个三环系统。中间的亮环似乎代表了一团沙漏状气体的狭窄腰部，较大的两个亮环则是两片泪滴状瓣片的边缘，这些结构显然是那颗恒星在爆炸之前的几万年内创造出来的。1994年，哈勃看见中央亮环上的一些光点开始依次增亮――暗示超新星抛射物正在撞入亮环。对这条亮环的观测，仍在为我们研究这颗恒星的最后时光提供有用的线索。
 

　　跟那些质量较大的恒星不同，人们认为类日恒星会以一种体面的方式了却残生：它们通过一种非爆炸的过程，将自己的外侧气体包层抛射出去，整个过程将持续一万年左右。这颗恒星将炽热的中央核心逐渐暴露出来，它发出的辐射会使周围被抛射出去的气体电离，发出鲜亮的绿色(由电离氧发射)和红色(电离氢)光芒。这个过程所产生的最终结果，被称为行星状星云(planetary nebula)，不过它跟行星其实并没有什么关系。今天已知的行星状星云约有2,000个。哈勃以空前的精度，揭露出它们格外复杂的形状。
 

　　一些星云展示出一组形如牛眼的同心圆环。这可能意味着抛射过程并不连续，而是周期性的。奇怪的是，由此推算出来的两段抛射期之间的时间间隔约为500年，用动力学脉动(dynamic pulsation)来解释太长，用热力学脉动(thermal pulsation)来描述又太短。(在动力学脉动中，恒星处于引力和气体压力的太极推手之中，本身会收缩和膨胀，这种脉动的周期通常为几百天；而在热力学脉动中，恒星核心附近的氢气层经历了突发的热核反应，从而改变恒星结构，打破了平衡状态，这个过程通常将持续几千年。)因此，我们还不清楚同心圆环的确切本质。