編譯 劉聲遠

八層樓高的巨型門滑開，一雙巨大的“眼睛”將它的“目光”投向太空最深處——這就是大名鼎鼎的“大型雙筒望遠鏡”。作為地球上最強大的望遠鏡之一，位于美國亞利桑那州的這架大型雙筒望遠鏡價值超過1.2億美元，它那直徑超過8米的鏡子能搜集到只有人眼可見光強度的百萬分之一甚至千萬分之一的光線。這架600噸重的機械望遠鏡的能見距離超過130億光年，也就是我們所在宇宙的最邊緣。

像大型雙筒望遠鏡這樣的超級望遠鏡能拍攝到天空中哪怕最黑暗角落的實時圖像。從這些圖像上我們可以看到，如巨浪翻滾的氣體和塵埃云正在與超音速風搏斗，其搏斗場景被成千上萬顆充滿活力的新生恒星點亮。這些高達92萬億千米的巨型云團其實正是“恒星產(chǎn)房”，它們是恒星群誕生的地方。

突然，一顆恒星的爆發(fā)性死亡發(fā)出的超熱氣體以每秒上千千米的速度撕裂太空；與此同時，在遙遠星系中，一個超大質量黑洞——宇宙中最神秘的物體之一——正在發(fā)出不可見的能量射流。借助高科技的望遠鏡，無論是對恒星爆發(fā)產(chǎn)生的超熱氣體，還是對超大質量黑洞發(fā)出的能量射流，天文學家都能為其拍攝照片。

自第一架望遠鏡于17世紀誕生以來，短短幾百年間望遠鏡已經(jīng)改變了人類認識自己和認識自然的方式。隨著一架比一架更先進的望遠鏡的問世，人類看得更遠，知道的也更多。

認識太陽系

關鍵角色：伽利略

1609年夏天，意大利數(shù)學教授伽利略·加里雷正在完成自己的一項發(fā)明，那是一架被叫做“望遠鏡”的東西。在古希臘文中，這個名詞的意思是“能看見遠處的東西”。很快，他的新發(fā)明像野火燎原一樣蔓延整個歐洲。

當時，在荷蘭的一個小鎮(zhèn)，眼鏡制造者在制作精確的透鏡時發(fā)現(xiàn)，假如把兩類不同的透鏡以相隔合適的距離放置，就能產(chǎn)生令人吃驚的光學效果——這兩面透鏡起著放大遠處物體的作用。伽利略立即意識到了這一發(fā)現(xiàn)的潛在意義。他利用這個原理制作出了可見距離為人眼可見距離8倍的望遠鏡。很快，威尼斯軍隊買下這架望遠鏡，用來監(jiān)視敵人的船隊。接著，伽利略又將望遠鏡對準太空，從而開始了一場革命。在伽利略之前，所有天文學家都認為天宇就是他們裸眼能看見的一切——星星和月亮。他們用肉眼看到，天空中有5顆星有時比其他星星都亮，如果連續(xù)數(shù)夜觀察，這5顆星在其他群星的背景上移動，并且這5顆星時而可見時而不可見。

他們稱這5顆星為“行星”，這個名字在希臘文中是“流浪者”之意。其中，金星被稱為晚星，它總是在日落時分掠過地平線；火星亮得有些發(fā)紅；木星和土星比周圍的星星都亮。我們現(xiàn)在已經(jīng)知道這些“流浪”的星星實際上都是像地球一樣的行星，但在伽利略時代，每個人都相信這5顆星只不過是一般的星星，宇宙中只有一個世界，那就是地球，地球是宇宙的中心，白天太陽圍著地球轉，月球和其他星星則在漫漫長夜里以巨大的軌道環(huán)繞地球打轉。

然而，伽利略向人們證明：這不過是錯覺而已。當伽利略開始用望遠鏡觀察月球時，人們已知的世界秩序也就開始被打破。在舊的宇宙學中，所有的天體都是完美無缺的，月球是一個天體，因而它在人們眼中也是完美的。但是，穿越40萬千米的太空，伽利略所看到的月球遠不如他所期望的那樣平滑——月球表面實際上布滿瘡痍，到處是隕擊坑和峽谷。

既然在月球上并不鮮見地球地貌，那么地球在宇宙中自然也就算不上獨一無二了。這還只是一個開端。接下來，伽利略將望遠鏡瞄準了木星——“流浪的星星”之一。裸眼看去，木星是一顆明亮的星，確切說是一個光點。透過伽利略的望遠鏡看去，所有其他星星都只是光點，而木星突然變成了一個大得多的圓盤。盡管望遠鏡的鏡頭質量不佳，無法看清木星的真面目，但根據(jù)透過望遠鏡所看到的模糊不清且搖晃厲害的木星圖像，伽利略做出了一個偉大的結論：木星一定是球形的另一個世界（也就是我們今天所說的另一顆行星）。

伽利略所畫的月球（左圖）和真實的月球圖像（右圖）

在木星周圍，伽利略有了更驚人的發(fā)現(xiàn)。他透過望遠鏡看見，木星旁邊還有兩到四顆星，它們就像小鴨跟在木星這個“大鴨”的后面。夜復一夜，伽利略注意到這些新星的位置不斷變動。在觀察這些“小鴨”一兩周之后，伽利略意識到它們其實是環(huán)繞木星的衛(wèi)星（木衛(wèi)）。伽利略知道自己獲得了重大發(fā)現(xiàn)，并且把這些發(fā)現(xiàn)寫在了他出版的《星之信使》一書中。

然而，更大的發(fā)現(xiàn)還在后面——伽利略的觀察記錄將永遠改變人類的宇宙觀。伽利略當時觀察到，金星在一個月里不斷地改變其形狀和大小。具體而言，伽利略發(fā)現(xiàn)，金星每個星期都在改變，從一個大新月形變成一個小圓盤，接著陰影再次爬上金星，讓它又回復到大新月形。伽利略認為，他在金星上看到的陰影只可能意味著一件事：金星在圍繞太陽運行。這就是說，與當時人們的信仰——每個天體都圍繞地球轉不同，地球不再是宇宙的中心。

對于伽利略的這些發(fā)現(xiàn)，當時的羅馬天主教會非常不滿，因為教會向人們灌輸?shù)挠^點是：上帝把人類放在地球上，也就是放在了創(chuàng)世的正中心。以太陽為中心的宇宙挑戰(zhàn)了教會的權威，教會對此當然不能容忍。然而，伽利略對太陽系的認識是完全正確的，他的發(fā)現(xiàn)永久性地改變了世界。

探索土星環(huán)

關鍵角色：“卡西尼號”

今天，望遠鏡以當年伽利略只能夢想的細節(jié)向我們展示了太陽系：太陽表面的爆發(fā)威力高達1000萬億噸梯恩梯；木星表面的大紅斑實際上是一個超巨型風暴渦旋，它大得足以吞沒三個地球；在木星的衛(wèi)星伊娥（木衛(wèi)一）表面，火山將氣體和塵埃噴進太空；在火星上，有一個比地球上著名的大峽谷（位于美國西部亞利桑那州西北部的凱巴布高原上，全長446千米，平均谷深1600米）深6倍的峽谷，有一座比珠穆朗瑪峰高3倍的火山；在金星大氣洶涌起伏的硫酸云之下，山脈自金星的巖石表面崛起；在太陽系的邊緣，由巖石和冰構成的矮行星正環(huán)繞太陽運行。

不過，有一顆行星一直充滿謎團，就連最先進的望遠鏡也不能破解它的秘密，這就是土星和它的環(huán)系統(tǒng)。伽利略是首先看出土星與眾不同的人，他觀察到土星有兩只奇異的“耳朵”，并推測它們是土星的衛(wèi)星。后來的天文學家看出，這兩只“耳朵”實際上是一條環(huán)繞土星的巨大扁平環(huán)。再后來，有一個人發(fā)現(xiàn)，這個大環(huán)其實是由多個同心環(huán)組成的。此人就是在意大利出生的法國天文學家喬凡尼·卡西尼。

現(xiàn)在，一項以卡西尼的名字命名的探測計劃——美國宇航局的“卡西尼任務”正在實施中，其目的是查明為什么土星會有環(huán)，以及土星環(huán)是由什么構成的。在“卡西尼號”飛船前往伽利略時代太陽系中最遠的衛(wèi)星——土星的過程中，飛船借助木星巨大的引力拉動使自己朝著目的地方向彈射出數(shù)百萬千米。借助木星的引力，“卡西尼號”的速度高達每小時11萬千米以上，即使這樣，這艘飛船還是花了7年時間才抵達距離地球遠達15億千米的土星。接著，它下潛穿過土星的外環(huán)，進入環(huán)繞土星的軌道。

從“卡西尼號”拍攝的土星環(huán)照片上看，土星環(huán)好像是完整的固體，但實際上土星環(huán)是由數(shù)十億塊冰和巖石構成的，這些冰和巖石的大小從一粒沙到一幢房子都有，它們散落在寬達數(shù)十萬千米的范圍內。問題是，這些東西是從哪里來的呢？“卡西尼號”攜帶的望遠鏡的觀測結果證實，土星環(huán)的內環(huán)是由隕星碰撞土星的衛(wèi)星（土衛(wèi)），從土衛(wèi)表面彈射出的材料構成的。不過，土星最外環(huán)的來源一直還是謎。

“卡西尼號”拍攝的土星環(huán)

木衛(wèi)一（伊娥）表面的火山（想象圖）

由“卡西尼號”拍攝的圖像顯示，土星最外環(huán)與最內環(huán)不同，是由微粒構成的，看上去就像是鬼魅的霧。天文學家懷疑冰質的土衛(wèi)二——恩克拉多斯可能是這團霧的來源，但這中間的具體機制卻無人知曉。不過，他們通過“卡西尼號”的望遠鏡看到了一個前所未見的現(xiàn)象：巨大的蒸氣柱自恩克拉多斯表面的裂縫噴涌而出，高度達數(shù)百千米。這些蒸氣柱會不會正是土星外環(huán)的來源呢？為找到答案，“卡西尼號”做了一件很了不起的事：直接飛到蒸氣柱中，用它搭載的探測器“品嘗”了蒸氣柱的“味道”。在地球上的任務控制中心里，天文學家緊張地分析“卡西尼號”發(fā)回的數(shù)據(jù)。結果顯示，恩克拉多斯噴出的蒸氣是由冰、鹽和氨組成的，同土星外環(huán)的成分完全一致。這就確鑿地證明了恩克拉多斯噴出的蒸氣柱正是土星外層霧環(huán)的來源。

這真是一個重大發(fā)現(xiàn)?！翱ㄎ髂崽枴贝钶d的空間望遠鏡正在破解困擾了天文學家?guī)讉€世紀的土星環(huán)之謎。今天的望遠鏡正望向越來越深的太空，以發(fā)現(xiàn)伽利略或許從未想見的秘密。但是，為了捕捉到清晰的太空圖像，望遠鏡不得不經(jīng)過了深刻的變革才發(fā)展到今天的地步。

革新望遠鏡

關鍵角色：牛頓

這場變革的第一步是盡量增加望遠鏡的長度。讓我們回到17世紀50年代。早期望遠鏡的一個主要問題是影像模糊，原因在于透鏡的形狀。當用一個強彎曲度的鏡頭來折射光線時，光線不能全部匯集到一個點，因而影像模糊；此外，一些光線的顏色可能出現(xiàn)分色——彩虹色，這也會扭曲圖像。

盡量避免模糊與彩虹色的唯一方法就是使用更薄的透鏡，透鏡的彎曲度也應更小，但這樣一來光線的聚焦點就遠離了透鏡，結果是折射望遠鏡的放大倍數(shù)越大則望遠鏡的長度也就越長。到了大約1660年，望遠鏡的放大倍數(shù)已增加到50～100倍，與此同時，望遠鏡的長度也達到了荒謬的程度：最長竟超過45米，也就是相當于一個橄欖球場的一半長度了。

如此笨重的望遠鏡的確效果更好，但天文學家希望看到更多的細節(jié)，而這些望遠鏡依然無法消除彩虹色。接著，最偉大的科學巨匠之一伊薩克·牛頓開始著手解決這個難題。他關注的是光線本身。牛頓發(fā)現(xiàn)，白光其實是由所有不同顏色的光組成的，這些顏色共同構成了彩虹色。當白光透過一面玻璃棱鏡時它會折射分解成彩虹色，這就是天文學家碰到的透鏡望遠鏡難題的根源。于是牛頓想到：好了，我們必須全盤拋棄折射望遠鏡，因為它已到窮途末路，我要設計出新型望遠鏡，它不能使用透鏡。

牛頓在他的新型望遠鏡上使用的是鏡子，他堅信鏡子照樣能達到并超過折射望遠鏡的效果，這是因為當鏡面彎曲時一樣能讓光線聚焦。實際上，用這樣的鏡子聚焦陽光的確能點燃紙張。但鏡子和透鏡有一個本質的區(qū)別：光線從鏡子表面反射，而不是穿越鏡子，因而就避免了彩虹色。牛頓制作了一架小小的鏡面望遠鏡，其長度不到20厘米。他將一面直徑僅為3.8厘米的彎曲的鏡子安裝于望遠鏡鏡筒的底端，來自天宇的光線進入鏡筒，到達彎曲的鏡面并反射，接著再到達一個不彎曲的鏡面并反射，最終聚焦于目鏡。這么一架小小的鏡面望遠鏡，同長度超過120厘米的透鏡望遠鏡效果一樣好。

亞利桑那鏡子實驗室內景

牛頓制作的第二部反射式望遠鏡（復制品）

牛頓運用鏡子制作望遠鏡，一舉消除了彩虹色這個自伽利略時代以來一直困擾著望遠鏡的難題。今天，望遠鏡從分布于世界各地的天文臺望向太空，不斷擴展人類的宇宙視野，捕捉發(fā)射于幾十億年前并穿越我們所在宇宙的光線。所有這些望遠鏡都依賴于形狀完美的大型鏡子，而制造出這些鏡子是精密工程學的豐功偉績。

在美國亞利桑那大學的足球場的地面下深處，是一個高科技鏡子實驗室。在那里，玻璃塊在巨大的熔爐中于1100℃以上的高溫下被熔化，這一溫度相當于火山熔巖的溫度。接著，熾熱的玻璃液被旋進超光滑的彎曲碟子中。20噸重的碟形冷卻玻璃接下來被用直徑不到人發(fā)絲的粉末進行打磨，以制作精確的形狀。最終，覆上一層厚度僅為100納米的極薄的鋁膜，玻璃碟就變成了鏡子。亞利桑那大型雙筒望遠鏡的鏡面就是這樣制成的。其中每個鏡面的直徑超過8.5米，面積是牛頓制作的第一面鏡子的64000倍，能夠捕捉來自數(shù)十億光年距離以外的光線。

回溯到牛頓時代，要想制造形狀正好的大型鏡子真是難上加難。在牛頓之后100年，一個新的先驅重拾起牛頓的革命性設計，并將它加以革新。這個人就是英國單簧管演奏家兼業(yè)余天文學家威廉·赫歇爾。雖然身為音樂家和作曲家，赫歇爾的真正興趣卻在天文學，他有一個雄心壯志，就是使用大型的牛頓式鏡面望遠鏡望向更深的太空，要比所有前人都望得更遠。

發(fā)現(xiàn)天王星

關鍵角色：赫歇爾

為了看見當時其他望遠鏡都看不見的最微弱的星星，赫歇爾需要更大的望遠鏡。然而，在赫歇爾時代，制作大型曲面鏡仍是一大技術挑戰(zhàn)。當時玻璃鏡子尚未問世，鏡子仍然使用金屬來制作。赫歇爾在他的地窖里用熔化的錫和銅來鑄造金屬碟，這是制造金屬反射鏡的第一步。為了將冷卻后的平面金屬碟變成閃光的曲面，赫歇爾不厭其煩、不辭辛苦地純手工打磨金屬碟，直到其形狀恰好能形成圖像。這就是反射鏡面，是鏡面望遠鏡最寶貴的部件。

赫歇爾發(fā)現(xiàn)天王星時所用的望遠鏡（復制品）

運用這樣的望遠鏡，赫歇爾在200多年前取得了一個革命性的發(fā)現(xiàn)。1781年，赫歇爾透過自己制作的鏡面望遠鏡夜復一夜地望向蒼穹，在他身旁是他的妹妹卡洛琳，她記錄他們觀測到的所有結果，最終自己也成了著名天文學家。那一年的3月13日，赫歇爾透過望遠鏡看到一個他們此前從未記錄過的天體——一顆看似在群星背景上移動的非常暗弱的星，這顆“流浪之星”就是天王星。

自有一整套環(huán)的天王星，大小是地球的63倍，但人用裸眼幾乎看不見它，在赫歇爾之前無人記錄過這顆行星。天王星距離太陽30億千米（這是土星與太陽之間距離的兩倍），也是當時所知最遠的行星?？梢哉f，一夜之間，赫歇爾就把太陽系擴大了一倍。這一發(fā)現(xiàn)激發(fā)了人們尋找行星的狂熱潮流，也使全球望遠鏡越來越先進，這一趨勢持續(xù)至今也不停歇。

在美國夏威夷的死火山莫納克亞山巔，黃昏的太陽正在降下。凱克天文臺的巨型圓頂開啟，10米直徑的望遠鏡望向太空。喬夫·馬西是全球最頂尖的“行星獵人”之一，他正運用凱克望遠鏡尋找太陽系中除地球之外的行星。仰望夜空，你會看見成千上萬個閃爍的光點，它們是像太陽一樣的恒星，像馬西一樣的“行星獵人”相信，其中許多恒星都可能像太陽一樣擁有自己的行星。

然而，要想尋找太陽系以外的行星就像大海撈針一樣難。尋星望遠鏡直到1995年才在這方面有了突破：它們觀察到一顆很平常的恒星正在輕微晃動，這意味著某種引力正在拉動恒星，而這正是一顆不可見的行星存在的證據(jù)。環(huán)繞這顆恒星的行星就是飛馬座51b星。這顆太陽系外的行星的發(fā)現(xiàn)，在人類歷史上真是一個重大事件，因為它向我們首次證明太陽系之外照樣存在行星，其中說不定還有像地球一樣的生命之星。

從那以來，全球天文學家已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了超過400顆太陽系以外的行星存在的證據(jù)。不過，其中大多是像木星那樣的氣態(tài)巨行星，它們在過于靠近母恒星的軌道上運行，因而不可能支持生命。而找到另一顆支持生命的行星，才是“行星獵人”的真正目標。生命之星必須溫度適宜，有液態(tài)水或其他液態(tài)物質，還必須滿足其他一些基本條件。而要有像人一樣的智慧生命，則條件更為苛刻。

尋找像地球這樣個頭較小的巖石行星絕非易事。現(xiàn)在讓我們來看美國宇航局的一類全新的空間望遠鏡——“開普勒號”。發(fā)射“開普勒號”的目的，正是為了尋找在某些方面同地球相似的行星——類地行星。具體而言，在“開普勒號”的3年任務期里，它要尋找和地球一般大小、環(huán)繞其他恒星運行的行星?！伴_普勒號”計劃搜集來自銀河系中10萬顆恒星的光線，在其中查找其他行星世界的線索。

測量星光的一個重要思路，就是當行星從正面經(jīng)過其母恒星時，會遮擋恒星的很小一部分光線，因此恒星會略微變暗一點。也就是說，只要觀測到這種變化，就可間接證明行星的存在。運用這一思路，“開普勒號”已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了多顆太陽系之外的行星。雖然它至今未找到一顆類地行星，但天文學家相信這只是時間問題，也許再過幾年就會找到另一個像地球一樣的生命家園。

飛馬座51號恒星及其行星飛馬座51b（想象圖）

盡管“開普勒號”要觀望多達10萬顆星，但那仍只是天空的微小一隅，仍有數(shù)千億顆恒星等待我們去搜尋?！靶行谦C人”們還有別的辦法，就是利用地面望遠鏡來研究距離我們最近的那些恒星。運用小型機器人望遠鏡，一次可以掃描2000顆亮度遠比太陽小的恒星，也更易于觀測從正面經(jīng)過母恒星的較小個頭的行星。通過這種辦法，天文學家發(fā)現(xiàn)了一顆大小只有地球2.7倍的行星。這是一顆“超級地球”，它很可能擁有水和大氣層，但表面200℃的溫度還是太高，因而不能支持生命存在。不過，它向我們發(fā)出了一個信號：太陽系以外應該還有更誘人的行星存在。

為了發(fā)現(xiàn)可居住的行星，專業(yè)天文學家還借力于業(yè)余天文學家。全球各地都有業(yè)余天文學家，他們所擁有的望遠鏡也能進行天文調查。專業(yè)天文學家不可能花太多時間夜復一夜地凝視同一顆恒星，但業(yè)余天文學家卻像當年赫歇爾發(fā)現(xiàn)天王星那樣能做到這一點。運用這種辦法，業(yè)余天文學家迄今已發(fā)現(xiàn)了多顆太陽系外的行星，遺憾的是它們都太靠近自己的母恒星，因而無法支持生命存在。不過，同所有已知的太陽系外的行星一樣，它們都在我們所在的星系——銀河系內環(huán)繞各自的母恒星運行。

“開普勒號”空間望遠鏡（想象圖）

認識星云

關鍵角色：赫歇爾

今天我們已經(jīng)知道，銀河系中有很多很多的恒星，太陽只不過是其中的一顆而已。而短短200年前，人們還根本不知道自己生活在一個星系中。直到1781年，威廉·赫歇爾建造了一架長6米多的反射式望遠鏡（鏡面望遠鏡），運用它，他看到了比當時地球上任何其他望遠鏡看到的數(shù)目都多的星星。他對夜空中的一部分觀察得尤其仔細，這個由群星組成的條狀地帶就是我們今天所稱的銀河系。

在能見度高的夜晚，銀河系簡直就是一大景觀，是我們頭頂上一條明亮的星光帶。對古人來說，它就像牛奶潑在了天幕上，這是古希臘人稱之為“牛奶圈”的原因所在，也是今天的“銀河系”（“銀白或乳白色的星系”）一詞的來源。天文學家們至今對銀河系十分著迷。從地平線到地平線，銀河系跨越天空，仿佛一條巨大的帶子環(huán)繞著我們。于是，從地球上看去，我們就像是坐在輪轂上，而銀河系就是環(huán)繞著我們的一個巨大輪胎。

伽利略是第一個透過望遠鏡發(fā)現(xiàn)銀河系由群星組成的人，但當時無人知道它是一個星系，甚至也不知道它的形狀。而這正是赫歇爾當年最著迷的一點：“銀河系究竟是什么形狀？我們應該是置身于銀河系中央吧？從它外面看它是什么樣子呢？”他不知疲倦地夜夜望天，為群星的位置畫圖。就這樣，對于他能看見的那個劃破天空的大圓圈內的所有星星，他都畫出了它們的位置，還數(shù)出了它們的數(shù)量，從而開創(chuàng)了天文學中的星星計數(shù)法。

這項精準的繪圖和計數(shù)調查花了赫歇爾一年多的時間。最終，他根據(jù)他的觀測結果繪制了一張“磨石”圖。在人類歷史上，赫歇爾率先看出銀河系并不僅僅是天空中的一條星帶，而且還是很大很大的一塊星盤。赫歇爾相信，這便是整個宇宙了。也就是說，這個星盤的邊緣也就是宇宙的邊緣，太陽系就躺在星盤內部。令人驚訝的是，赫歇爾在200多年前的認識竟然有大部分是正確的?，F(xiàn)在，最強大的地面和太空望遠鏡已經(jīng)揭示，地球和整個太陽系位于銀河郊區(qū)的一條旋臂上，而整個巨型銀盤中竟有2000億顆恒星。

銀河系實在是太大了，哪怕以光速（每秒30萬千米）從銀河系一端跑到另一端也要花10萬年時間。為了更深入地了解銀河系，科學家設計了一架新型望遠鏡，計劃最廣泛、最深入地觀察銀河系，它就是“赫歇爾太空天文臺”（簡稱“赫歇爾”）?！昂招獱枴币獮檎麄€銀河系繪制地圖，包括恒星的形成與死亡，以及星系是怎樣成為一體的。

經(jīng)過多年細心準備，調制好的“赫歇爾”終于發(fā)射升空。在離地160萬千米的太空，這架迄今最大的太空望遠鏡在人眼無法看見的可見光波段以外的遠紅外光波段觀測太空，這意味著它能測量溫度的細微改變，從而看穿宇宙塵埃云，以空前的清晰度拍攝宇宙的圖像。

“赫歇爾”果然不負眾望，從它傳回的圖像十分驚人。通過它，天文學家一直看到了恒星的誕生地。如果用可見光觀察恒星誕生地，你會看見那里到處都是恒星；而用紅外光觀測，你會發(fā)現(xiàn)銀河系的絕大部分其實是由塵埃和氣體構成的，而恒星正是從塵埃和氣體中孕育的。

沒有其他任何望遠鏡能看清銀河系的如此多的細節(jié)。200多年前，赫歇爾根本無法看見銀河系一些區(qū)域中的群星。雖然他在夜空中看到的星星比當時其他任何人看到的都多，而且他還通過望遠鏡觀測為星星們畫出了地圖，但仍有一個未解之謎困惑著他：夜空中有成千上萬個奇奇怪怪的東西，也就是被天文學家稱之為“星云”的東西。

羅斯爵士（右圖）和他制造的巨無霸望遠鏡（左圖）

威爾遜山天文臺外景

夜空中有一些模糊的塊狀地帶，它們看上去就像是被撕裂的銀河碎片。你甚至用肉眼也能看見幾個這樣的“碎片”，例如仙女座。但透過望遠鏡，你能看見上萬個這樣的塊狀地帶，它們形狀大小各異，美麗而又神秘，如仙女座，它從邊緣到中心越來越亮。赫歇爾記錄了超過2300個星云，并且對它們進行了分類，但他無法看出這些神秘物體究竟是什么，也不知道它們具體是在哪里。

在赫歇爾之后，星云之謎又繼續(xù)困擾了天文學家60年，直到古怪的羅斯爵士在愛爾蘭的比爾堡制造了當時世界上最大的望遠鏡。六層樓高的墻支撐著羅斯爵士的20米長的望遠鏡鏡筒，鏡面直徑竟相當于一個成年人的身高。他將望遠鏡對準星云，繪出自己看見的一切。這樣一來，模糊的星云被首次聚焦。在一些星云內部，羅斯爵士看見了恒星和旋臂結構。但有一個問題，羅斯爵士的望遠鏡只能上下移動，因而圖像容易變得晦暗，這讓他很失望。

星云之謎的最終破解是在80年之后。到了這個時候，望遠鏡已變得如此先進和巨大，是200年前的伽利略所無法想象的。破解這一奧秘的望遠鏡位于美國加利福尼亞州高高的威爾遜山山頂上，它揭示出當初由羅斯爵士所畫的螺旋狀星云實際上是獨立于銀河系之外的其他星系。這樣一來，宇宙的范圍就大大拓寬了，銀河系不再是宇宙中唯一的星系。迄今我們已發(fā)現(xiàn)數(shù)千億個星系，它們在一個大得我們無法想象的宇宙內旋轉。

望遠鏡為我們認識宇宙打開了一扇全新的窗戶。建造更大更先進望遠鏡的競賽至今也未終止。如今我們不僅能制造巨型地面望遠鏡，而且能發(fā)射空間望遠鏡，從而能觀測宇宙中最遙遠的東西?？墒牵瑪?shù)十億光年外那些碰撞的星系會告訴我們有關銀河系的什么呢？在宇宙的邊緣，大爆炸的余輝究竟會告訴我們有關我們宇宙起源的什么呢？每一次嘗試探索宇宙的一個新的部分，天文學家都會有新的發(fā)現(xiàn)、新的驚奇。而望遠鏡迄今為止所揭示的最大一個驚奇就是：直到現(xiàn)在，我們只能看見宇宙的5%。換句話說，我們只能看見構成宇宙的物質中的很小一部分。問題接踵而來：剩下的宇宙是由什么構成的呢？

望遠鏡將指向一種令人難以捉摸而又強大無比的力量，這種正在決定我們宇宙的力量就是暗能量，它也被天文學家稱為迄今為止所發(fā)現(xiàn)的最神秘物。望遠鏡正處在一個新的發(fā)現(xiàn)和探索時代的邊緣，越來越大型、越來越復雜的望遠鏡永無止境地探尋太空的邊緣。新一代望遠鏡將讓我們看見一個點上的10000個星系，讓我們回到更遙遠的從前，讓我們推測宇宙起源的情景。想知道這一切激動人心的新知嗎？敬請關注本刊下期文章《尋找宇宙邊緣（下篇）》。

相關鏈接

星云示例

“愛斯基摩”星云

美國宇航局的哈勃太空望遠鏡從1999年開始服役，圖為它在服役初期拍攝的一個壯觀的行星狀星云，實際上是一顆像太陽一樣的恒星死亡時的發(fā)光殘骸。威廉·赫歇爾在1787年首先注意到這個星云，并將它命名為“愛斯基摩”星云（現(xiàn)在稱之為NGC 2392），這是因為從地面望遠鏡看去它就像是一張被皮毛大衣包著的愛斯基摩人的臉。

在這張“哈勃”圖像上，“皮毛大衣”實際上是一個很大的物質盤，裝飾著一圈彗星形狀的物體，這些“彗星”的尾巴從中央的死亡恒星發(fā)散出去。而這張“愛斯基摩人”的“臉”也包含一些驚人的細節(jié)。盡管明亮的中央?yún)^(qū)域看上去像一團麻線，但實際上它卻是由中央恒星的密集“風”（由高速材料構成）刮向太空的物質泡泡。

“愛斯基摩”星云從大約10000年前開始形成，當時這顆死亡的恒星開始向太空拋射物質。這個星云由兩個橢圓形狀的物質裂片組成，兩個裂片中的物質分別在這顆死亡之星的上面和下面流動。在這張照片上，一個泡泡位于另一個的正前方，從而遮擋了后者的一部分。

科學家相信，一圈在紅巨星階段（恒星死亡之前的一個階段）噴出的密實材料環(huán)繞著這顆恒星的赤道，形成了這個星云的形狀。這圈密集材料以每小時11.5萬千米的速度環(huán)行，阻止了高速的恒星風將物質推向赤道。結果，速度為每小時150萬千米的恒星風將物質刮向恒星的上方或下方，從而形成拉長的泡泡。這些泡泡并不像氣球那樣光滑，而是具有由高密度物質構成的細絲。其中每個泡泡的長度約為1光年，寬度約為0.5光年。科學家仍不清楚“皮毛大衣”上那些彗星形狀的特征的來源，一種可能的解釋是：當快速或慢速移動的氣團發(fā)生碰撞時，這些“彗星”就形成了。

“愛斯基摩”星云位于雙子座，距離地球約5000光年，星云中的發(fā)光氣體構成了圖中的各種顏色：氮（紅色）、氫（綠色）、氧（藍色）和氦（紫色）。

礁湖星云

在這張由哈勃太空望遠鏡拍攝的照片上，顯示了一對長達0.5光年的星際“龍卷風”——怪異的漏斗和扭繩狀結構。這個“龍卷風”位于礁湖星云的中央，這一星云位于人馬座方向，距離地球5000光年。

位于照片中右下側的熾熱恒星——“o 赫歇爾 36”星，是星云中最明亮區(qū)域的離子化（離子化是指通過增加或移出電子或其他離子等帶電微粒、從而將原子或分子轉變?yōu)殡x子的物理過程；離子是指原子由于自身或外界的作用而失去或得到一個或幾個電子，使其達到最外層電子數(shù)為8個或2個的穩(wěn)定結構）輻射的主要來源，這個區(qū)域被稱為“沙漏”。礁湖星云中還有許多別的恒星，它們一直在對其他的可見星云物質進行離子化。離子化輻射導致云團表面氣體被剝離，并趕走能撕裂較冷云團的暴烈恒星風。

與地球上壯觀的龍卷風相似，云團熾熱的表面和低溫的內部之間極大的溫差，再加上恒星光的壓力，可能就產(chǎn)生了強烈的水平大剪刀效應，從而將云團扭曲成龍卷風形狀。不過，雖然渦旋形狀暗示云團正在“扭曲”，但是否真的如此還有待于進一步的觀測，尤其是要查明云團的速度。

礁湖星云和其他星系中的星云一樣，都是新的恒星從塵埃分子云中誕生的地方。這些地方是天文學家研究恒星形成過程以及恒星風與周圍氣體之間交互作用的“太空天然實驗室”。圖中的紅光代表離子化的硫原子，藍光代表雙重離子化的氧原子，綠光代表離子化的氫。