宇宙微波背景輻射、星際有機(jī)分子、類(lèi)星體、脈沖星這四項(xiàng)重大天文發(fā)現(xiàn)，都是在二十世紀(jì)60年代借助射電天文望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)的，它們對(duì)天文學(xué)的發(fā)展意義重大，并稱(chēng)為二十世紀(jì)射電天文學(xué)四大發(fā)現(xiàn)。從光學(xué)望遠(yuǎn)鏡到射電望遠(yuǎn)鏡是人類(lèi)觀(guān)測(cè)手段上的一次質(zhì)變，這種觀(guān)測(cè)手段的質(zhì)變帶給我們對(duì)宇宙認(rèn)識(shí)上的質(zhì)變。而望遠(yuǎn)鏡的又一次質(zhì)變馬上就要到來(lái)。

自從二十世紀(jì)50年代人類(lèi)的火箭把衛(wèi)星送上天之后，天文學(xué)家們就在夢(mèng)想著能不能把望遠(yuǎn)鏡也送上太空，在太空中一睹宇宙的風(fēng)采。地面上的望遠(yuǎn)鏡無(wú)法避免地會(huì)受到地球大氣的影響，就好像從水下望向水面之外的景物，所有的影像都扭曲了，因?yàn)楣饩€(xiàn)會(huì)被水折射。同樣的道理，地球大氣也會(huì)折射光線(xiàn)，使地面上的望遠(yuǎn)鏡拍攝的照片失真。于是從1978年開(kāi)始，美國(guó)宇航局聯(lián)合歐空局一起開(kāi)始建造一臺(tái)太空望遠(yuǎn)鏡，并以傳奇的美國(guó)天文學(xué)家哈勃的名字命名。這臺(tái)長(zhǎng)12.8米、口徑4.27米、重8噸的龐然大物從外型上看就像一個(gè)“長(zhǎng)了翅膀的可樂(lè)罐”，總共耗資15億美元。可是沒(méi)想到，哈勃建成后就遇上了1986年美國(guó)挑戰(zhàn)者號(hào)航天飛機(jī)的失事，美國(guó)宇航局停飛了所有航天飛機(jī)，哈勃只得耐心地在倉(cāng)庫(kù)中待命，一直等到1990年的4月24日。美國(guó)宇航局經(jīng)過(guò)四年多的休整，終于迎來(lái)了挑戰(zhàn)者號(hào)之后的首次發(fā)射，這次發(fā)射的航天飛機(jī)是奮進(jìn)號(hào)，任務(wù)就是送哈勃上天。

哈勃太空望遠(yuǎn)鏡被成功送入地球上空600千米的軌道上，然而，當(dāng)哈勃拍攝的第一張照片傳回來(lái)后，在場(chǎng)的科學(xué)家們幾乎要崩潰了，這臺(tái)被寄予厚望的太空望遠(yuǎn)鏡拍出來(lái)的照片居然是糊的！效果還不如地面上的望遠(yuǎn)鏡。經(jīng)診斷后確認(rèn)，哈勃有嚴(yán)重的質(zhì)量問(wèn)題，鏡片在磨制的過(guò)程中有誤差，這個(gè)誤差是1.3毫米，就是這么一點(diǎn)點(diǎn)誤差導(dǎo)致哈勃患上了極為嚴(yán)重的“近視”。這個(gè)事件在美國(guó)民眾中引起了軒然大波，人們紛紛指責(zé)美國(guó)宇航局用納稅人的血汗錢(qián)制造了一個(gè)史上最貴的太空垃圾，甚至有媒體把哈勃與泰坦尼克號(hào)悲劇并列，可見(jiàn)這次事故在當(dāng)時(shí)的影響有多大。有一家媒體的評(píng)論是這樣的：“如果埃德溫·哈勃知道這個(gè)以他的名字命名的望遠(yuǎn)鏡竟是這副德性，恐怕會(huì)在墳?zāi)估餁獾么驖L吧？”好在美國(guó)宇航局化悲痛為力量，忍辱負(fù)重，在三年之后居然神奇地給哈勃裝了一副眼鏡——增加了一組“矯正鏡片”。視力恢復(fù)后的哈勃開(kāi)始顯示出它無(wú)與倫比的強(qiáng)大力量，它將顛覆整整一代天文學(xué)家的觀(guān)念，把人類(lèi)對(duì)宇宙的認(rèn)識(shí)再次往前推進(jìn)了一大步。

1995年12月18日，看上去是平凡的一天，一個(gè)來(lái)自美國(guó)的天文研究小組租用了哈勃望遠(yuǎn)鏡，他們要選擇一個(gè)頗受爭(zhēng)議的天區(qū)進(jìn)行觀(guān)測(cè)。大家要知道，全世界的天文學(xué)家都在爭(zhēng)相排隊(duì)租用哈勃，每個(gè)人都認(rèn)為自己要觀(guān)測(cè)的那個(gè)位置是最重要的。可這次的觀(guān)測(cè)區(qū)域卻讓許多人大跌眼鏡，因?yàn)檫@次要觀(guān)測(cè)的區(qū)域是一塊“黑區(qū)”，并且還是全天中最黑的“黑區(qū)”。這是什么意思呢？顧名思義，就是天空中一塊看似什么也沒(méi)有的黑黑的區(qū)域。這次觀(guān)測(cè)選擇的是全天中最黑最黑的一個(gè)點(diǎn)，大小僅僅只有144弧秒，只占整個(gè)天區(qū)的2400萬(wàn)分之一。這相當(dāng)于你站在100米開(kāi)外看一個(gè)網(wǎng)球的大小，不僅如此，而且一下子就租用了整整11天。不少天文學(xué)家就吐槽，NASA怎么能批準(zhǔn)這樣一次不靠譜的觀(guān)測(cè)計(jì)劃呢？他們中有很多人預(yù)言，11天看下來(lái)，那個(gè)黑點(diǎn)中啥也看不到，最后會(huì)成為一個(gè)笑柄，浪費(fèi)哈勃寶貴的工作時(shí)間。

在一片質(zhì)疑聲中，哈勃太空望遠(yuǎn)鏡把鏡頭聚焦到了那片位于大熊座的黑區(qū)上，從12月18日一直觀(guān)測(cè)到了12月28日。這11天中哈勃繞著地球轉(zhuǎn)了150圈，在四個(gè)不同的波段上整整曝光了342次。在宇宙中穿行了100多億年的光子一顆一顆落在了哈勃極為靈敏的感光元件上。誰(shuí)也沒(méi)想到，這些光子組成的圖像將讓全世界的天文學(xué)家接受到一次革命式的洗禮。

這342張圖像最后合成的照片被稱(chēng)為“哈勃深空?qǐng)觥?，這恐怕是人類(lèi)天文學(xué)史上到目前為止最為重要的一張?zhí)煳恼掌?，沒(méi)有之一。下面我就把這張照片貼出來(lái)讓你看看：

圖20-1　哈勃深空?qǐng)?/span>

如果你完全沒(méi)有看明白這張照片的震撼之處，其實(shí)很正常，如果不解釋?zhuān)菍?zhuān)業(yè)人士誰(shuí)也看不出這張照片有多牛。讓我來(lái)為你解釋一下這張照片的奧秘：在這張照片中，每一個(gè)光點(diǎn)，哪怕是最暗弱的一個(gè)光點(diǎn)，都不是一顆星星，而是一個(gè)星系，一個(gè)像銀河系這樣包含了上千億顆恒星的星系！在這么一個(gè)全天2400萬(wàn)分之一的區(qū)域中，哈勃就拍攝到了超過(guò)3000個(gè)星系，這真是令人“細(xì)思恐極”。

宇宙中星系的分布密度是均勻的，這早已被證實(shí)了。那么根據(jù)哈勃深空?qǐng)雠臄z到的星系數(shù)量就可以推測(cè)出，宇宙中可觀(guān)測(cè)到的星系總數(shù)將超過(guò)1000億個(gè)，這實(shí)在是多到了“恐怖”的程度。如果我們的銀河系在宇宙中是一個(gè)中等大小的星系的話(huà)，而宇宙中平均每個(gè)星系包含1000億到2000億顆恒星，則宇宙中恒星的總數(shù)量就相當(dāng)于地球上所有沙子的數(shù)量，包括所有沙漠和海灘上的沙子。雖然令人難以置信，但這確實(shí)是觀(guān)測(cè)事實(shí)。

海量的星系照片讓天文學(xué)家對(duì)銀河系的演化研究找到了第一手資料。為什么我會(huì)說(shuō)其他星系的照片是研究銀河系的第一手資料？因?yàn)橛钪鎸W(xué)原理。我們先來(lái)講講這個(gè)宇宙學(xué)原理，這是現(xiàn)代天文學(xué)家研究宇宙天體演化所依據(jù)的基本原理，它的核心概念就是倆字——平庸，就是說(shuō)我們?cè)谟钪嬷兴幍奈恢煤脱莼碾A段都是平庸而無(wú)任何特殊之處的。

用我的話(huà)來(lái)解釋?zhuān)@個(gè)原理隱含著一個(gè)推論：同一個(gè)星系的多個(gè)時(shí)間斷面，與多個(gè)星系的同一個(gè)時(shí)間斷面是等價(jià)的。這句話(huà)說(shuō)的可能有點(diǎn)兒不夠通俗，我得解釋一下。比如說(shuō)我們要研究某個(gè)細(xì)菌的一生，不需要盯著一個(gè)細(xì)菌連續(xù)不斷地拍攝，只需要對(duì)著一片細(xì)菌拍一張照片，那么這張照片中就會(huì)包含細(xì)菌們?cè)诟鱾€(gè)年齡階段的形態(tài)，因?yàn)槲覀冎浪械募?xì)菌演化過(guò)程都是差不多的。如果外星人要研究人類(lèi)從出生到死亡全過(guò)程的身體形態(tài)變化，也不需要跟蹤一個(gè)人的一生，他們只需在同一時(shí)刻給大量的人類(lèi)拍張照片，只要樣本數(shù)量足夠，就能夠看到從嬰兒到老人的所有形態(tài)。

這里隱含的一個(gè)假設(shè)前提，就是每個(gè)人的演化過(guò)程基本上是一樣的，因?yàn)閺男螒B(tài)的角度來(lái)說(shuō)，每個(gè)人都是平庸的，并不會(huì)有本質(zhì)上的差異。于是，我們研究星系的演化，也可以應(yīng)用這個(gè)原理，只要在同一時(shí)刻拍到的星系數(shù)量足夠多，就能分析出一個(gè)典型星系的演化過(guò)程。

因此，通過(guò)觀(guān)察眾多別的星系的不同形態(tài)，就能了解自身銀河系的過(guò)去與未來(lái)。據(jù)最新的觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)表明，我們的銀河系正在與仙女座大星系互相接近，幾十億年以后，會(huì)與仙女座大星系“相撞”，那么相撞之后會(huì)發(fā)生什么？除了可以用計(jì)算機(jī)模擬以外，還可以通過(guò)研究其他宇宙中星系相撞后的形態(tài)，與我們的模擬結(jié)果互相驗(yàn)證。這樣得出的結(jié)論是：最終兩個(gè)星系會(huì)結(jié)合成一個(gè)棒旋星系。

圖20-2　哈勃拍攝到的一個(gè)棒旋星系NGC1300　　圖片來(lái)源：NASA官網(wǎng)

因哈勃太空望遠(yuǎn)鏡的上天，人類(lèi)對(duì)宇宙的研究提升了一個(gè)層次，在此之前，基本上是以研究恒星來(lái)認(rèn)識(shí)宇宙，而在此之后，則得以通過(guò)研究星系來(lái)認(rèn)識(shí)宇宙。這種研究方法上的本質(zhì)飛躍，必將帶來(lái)認(rèn)識(shí)上的飛躍。但是接下去的兩個(gè)新發(fā)現(xiàn)，給自信滿(mǎn)滿(mǎn)的天文學(xué)家們迎頭澆了一大盆涼水。原以為基本上了解了宇宙的人類(lèi)突然發(fā)現(xiàn)，我們對(duì)宇宙的了解其實(shí)只是宇宙的一小部分，神秘的宇宙只不過(guò)是向好奇的人類(lèi)稍稍敞開(kāi)了大幕的一小角而已。