出品：科普中国
制作：渊默
监制：中国科学院计算机网络信息中心
在轨运行30年，哈勃拍摄的大量瑰丽的星体照片，或星星点点，或柱状、或螺旋状……这些宇宙图像到底是什么？
了解这些图片的含义，或许下次看到它们时，就能从科学的角度领悟它们的奇妙，而不必再止步于赞叹炫目的效果。
在解读具体照片之前，首先需要对大型望远镜的观测策略建立认知。
每台大型望远镜在设计之前，就已经规划好了观测目标。这些目标任务，将是一台顶级设备在未来许多年内最主要、效果最好的科学产出，既能在科学界独领风骚，也最适宜向公众推广。
对哈勃来说，它先进的空间位置、分辨和集光本领、特殊的仪器、与其它科学项目之间的竞争……种种因素，决定了它的观测重点是：宇宙学，星际物质，星系动力学，恒星演化，高能天体。我们看到的星空图片，都属于这几大类的成果。
在“哈勃”发射二十多年前，年发表的《大型空间望远镜的科学用途》报告就已经规划好了它的用途。
不懂这些深奥的名词？
没关系，下面就用简单的语言讲讲如何辨认照片里的天体，以及这些漂亮图片是如何与这些深奥名词，以及人类最重要的前沿发现联系起来的。
宏伟瑰丽的漩涡星系
星系，又称宇宙岛，是像银河系这样由无数的恒星、尘埃组成的运行系统。
星系摄影是最漂亮的天体图片之一。尽管它们的形状千变万化，但看到下图这种漩涡形的结构，就很容易判断它是星系了。
由于大多数星系是个扁盘，斜对或侧对我们时，只能看到椭圆形，甚至窄窄一条线。横亘夜空的银河，就是我们银河系的横截面。
某些特殊星系的尘埃盘是扭曲的星系图片很好地体现了哈勃在多波段的复合。例如下图中，既有淡黄白色的光晕、暗红色的尘埃，也有蓝白色的点点恒星、粉红色的云团（发出紫外线）。分析这些物质的分布情况，可以探究恒星如何形成等重要信息。
漩涡星系M74还有一些星系不那么规则，甚至几个之间互相吸引，撕扯、纠缠。细数图中有几个星系核心，就能很简单地看清这一点。星系之间如何作用，也是急需解决的重要谜题。
“斯蒂芬五重奏”，其中含有五颗相互吸引的星系。左上角的黄色椭圆星系离得最远，受影响较小。
大犬座中两个正在并合的漩涡星系。NGC的两个星系由于引力作用，拉出了长长的尾巴，因此又称“鼠”星系。
万千光点集一身，那是宇宙最深处
所谓深场照片，就是宇宙最深处的图像。它的特征很明显：千万个光点集中在一起，其中每个都具有星系的形状。换句话说，它们是有面积的，而非真正的光点。用天文术语来说，是“展源”而非“点源”。
哈勃拍摄深场的能力是独一无二的。深场星系的光线非常暗弱，需要极长时间的曝光。例如上面这张深场照片，就足足连续拍了11.3天之久。地上的望远镜受大气辉光干扰，几乎不可能拍出这样敏锐的效果。
背景星系的规则形状，被前景Abell星系团中的金黄色大质量天体扭曲成了弧形。
在星系背景中还发现了一种神奇的现象，即爱因斯坦预言的“引力透镜”。根据广义相对论，在大质量物体周围光线会弯曲，就像哈哈镜一样。在上面这样的图中，就可以看到原本短粗的背景星系，在前景星系附近被拉长成许多缥缈的弧线。
星团、深场难区分？看光点是否有形
在星系内部，恒星也会一群群聚成团。星团与深场照片的区别在于，星团中的一颗颗恒星都是光点，没有面积和形状。
大麦哲伦星系中的星团，蓝色的年轻恒星刚从粉红色的星云中诞生出来。
人马座银河系中心周围像是一个“珠宝盒”，恒星密度十分惊人。
高能量天体，宇宙最耀眼的刹那
星系是千亿颗恒星的集合。但有时，一颗天体爆发的能量便足以媲美整个星系。
很多星系照片都含有能量极高的天体，最强大的当属星系中心的超大质量黑洞。有了哈勃拍到下面这张照片的支持，全球多台射电望远镜联合协作，持续跟进，诞生了去年轰动世界的黑洞照片。
在下面这张图中，同样地，虽然画面中有一枚巨大的星系，但最重要的其实是左下角的高能量天体——超新星。它的亮度变化等信息，对我们来说是非常新鲜的知识，也是衡量天体距离的重要依据。
超新星D和NGC星系简单来说，超新星就是大质量星体的寿命走到尽头，炸成了一朵绚丽的星云烟花。在下面的图中，明显可以看到这种高能量的爆发，造成物质从两端抛射出来。
蝴蝶星云NGC除此之外，年老恒星还会比较温和地抛出自己的球型外层，形成对称性极高的涟漪状星云。古代天文学家误把它们看成了行星周围的光环，所以它们有个特殊的名字叫行星状星云。
行星状星云NGC就像一只巨眼猫眼星云也是一颗典型的行星状星云但是在爆炸中心，死亡恒星的内层有可能凝集成一个致密的核心，不断高速转动，向外放出能量射线。经过漫长岁月之后，对称的星云就会被辐射搅碎，变成像下面这样的奇怪形状。
蟹状星云是超新星爆发的遗迹，在它中心有一颗放射能量的脉冲星。
DEML星云也被它包裹的中子星搅成了类似心形。
星云，孕育天体的温床
除了上面提到的超新星爆炸形成的星云，还有很多星云结成块状，看不出明显来源。它们往往构成各种奇异的形状，也因此有了很多好听的名字。
鹰状星云，鹰头冠羽处明亮的区域正在孕育恒星。
马头星云（红外波段）不管是太阳还是地球，实际都是星云中的气体和尘埃凝聚成的。因此遥远星云中恒星正在诞生的瞬间，关乎我们自己的起源，格外引人注目。哈勃甚至还拍到了恒星周围尘埃（称作“原行星盘”）凝聚成行星的“半成品”状态。
系外行星“北落师门b”，发现于北落师门周围的原行星盘。
哈勃为什么不能给太阳和水星拍照？
我们已经习惯了看到各大行星的清晰照片了。它们大多是探测器飞到行星附近拍摄的。行星不难辨认，像下图这种有清晰地貌的天体，一定是太阳系内的行星或者它们的天然卫星。
哈勃拍摄的火星不同半球（南半球夏季）哈勃望远镜拍出的行星照片，尽管未必有探测器拍得那么高清，但贵在及时。兴师动众的探测器不可能随时发射，当有卫星飞掠、彗星接近等突发事件时，哈勃随时随拍，就派上了大用处。
木星大气层的细节因此，哈勃拍摄的系内天体图片，大多都含有特殊的、动态的现象。例如上图里的木星刮起了飓风，显示出新的红色斑点。下图的土星则在南极冒出了极光。
土星极光每隔两天的变化过程另外，你永远无法在哈勃的图片库里找到太阳和水星。它们过于明亮，正对它们拍摄会灼伤设备。不过，科学家也找到过巧妙的间接方法。就像神话中的英雄通过盾牌反光，观察令人石化的妖魔一样，刺眼的阳光经过月亮反射后会被大大减弱。
当年金星从太阳前经过时，哈勃望远镜对准了它投在月亮上的影子。影子中包含被金星大气层折射的微弱阳光，通过它可以鉴定出金星大气层的成分。
当然，哈勃拍摄的天体绝不止上面提到的这么多，它还执行了许多特别任务。例如引力波发现后，它也“跟风”观测了产生引力波的天体（双中子星并合），看到了它在光学波段的样子，确认了这次爆发事件。
年哈勃观测到的双中子星并合造成的除此之外，哈勃还与其它波段的望远镜配合，复合出了更多富于科学价值的图片。例如下面这张子弹星系团的照片，蓝色部分是根据哈勃看到的引力透镜重构出来的物质，红色部分是钱德拉空间天文台在X射线波段看到的样子。它们两个结合起来，证明了暗物质的存在。
子弹星系团1E-是两个星系团碰撞的结果。
哈勃发布的图像都很绚丽，但是，在浏览这些照片时，我们必须记住，它们不是纯粹为了满足审美而拍摄的。任何一架大望远镜的使用时间都非常紧张，要使用这些望远镜，全球最杰出的天体物理学家们提交申请后，还要由严苛的委员会审核，竞争十分激烈。被批准的观测申请，不仅需要具有重要的科学意义，而且必须能够发挥出这台望远镜的优势。
在下面这个视频里，可以清晰地看出哈勃观测天体的策略，以及被观测天体的特征。每张拍摄的照片所耗费的价格平均超过一百万元人民币，不管是从科学价值还是经济价值上来说，它们都是非常珍贵的。
深场、星团、引力透镜、星系、彗星、行星、卫星、星云、恒星……这些充满魅力的图像，为人类敞开了窥视新世界的天窗。
02:41哈勃发射三十周年纪念视频（制作：渊默；音乐：FutureWorldMusic）
4月24号是哈勃发射30周年，在即将上映的《哈勃三十年：揭示宇宙奇观》纪录片中，将可以看到更多美轮美奂的星空图片。
正如爱因斯坦所言：“宇宙最不可理解之处在于它是可以理解的。”观赏这些天文图片，宇宙的瑰丽美妙固然显而易见，而更令人赞叹之处或许在于，大自然的美丽能被人类所欣赏，并且随着时间流逝，深深地烙印在我们的文明中。
除特别标注外，本文使用的所有影像图片均来自NASA。
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