寒木釣萌

前段時間，科學家們使用大型射電望遠鏡觀測到120億光年外的“火環(huán)”星系，圖像很是震撼。那么，宇宙中真有“火環(huán)”星系嗎？沒有，它只是引力透鏡的結果，那什么又是引力透鏡？它能帶來哪些宇宙的奧秘？

引力透鏡小史

熟悉愛因斯坦的人都知道，引力透鏡是他一人弄出來的。

1911年，在廣義相對論還沒有被提出來時，愛因斯坦就發(fā)表了《關于引力對光傳播的影響》，文章指出，光線經(jīng)過太陽附近時由于太陽引力的作用會產(chǎn)生彎曲。彎曲的角度他也算出來了，并預言這一現(xiàn)象可以在日全食時進行觀測，同時鼓惑大家前去驗證。

德國天文學家弗勞德響應號召，帶隊歷盡艱辛前去一個小島觀測，但由于第一次世界大戰(zhàn)爆發(fā)，觀測沒有順利進行。

這次不成功的觀測可真是幫了愛因斯坦大忙，因為，他算錯了！

暗自慶幸的愛因斯坦快馬加鞭，趕緊研究廣義相對論，1916年，廣義相對論橫空出世，“本想”一舉成名，然而卻沒有。因為沒幾個人理解他的理論，除了學術界，普通大眾知道他的，恐怕也就是他的親戚朋友了。

1917年愛因斯坦大病之后，坦然地向朋友們說：“我死不死無關緊要。廣義相對論已經(jīng)問世了，這才是真正重要的?！?/p>

這次他沒有算錯，愛因斯坦根據(jù)廣義相對論，重新做了計算，準確算出了光線通過太陽時的偏折角度，于是，他再次號召大家前去驗證。

這次，響應號召的是英國天體物理學家愛丁頓，1919年，愛丁頓率隊，跋山涉水，終于在日全食時，觀測到了光線經(jīng)過太陽的偏折，并且偏折角度跟愛因斯坦預言的角度一樣。

從此，愛因斯坦出名了，知道他名字的不再是學術界那些人，而是全世界。

愛丁頓也出名了，他很自豪。傳說，在一次宴席上，有一位客人對他說：“教授，聽人說世界上只有三個人……不，只有兩個半人懂相對論。愛因斯坦當然是一個，教授，你也是一個?！?/p>

“嗯，不……”愛丁頓帶著沉思的神情搖了搖頭。

“教授，不必謙虛，大家都這么說的?！?/p>

“不，我是在想，那半個人是誰?！?/p>

瞧，引力透鏡的本質就是，光線由于大質量天體的引力而發(fā)生偏折。但這還不是引力透鏡的全部。

當愛丁頓把他的預言實現(xiàn)以后，愛因斯坦進一步意識到，在合適的條件下，人們會看到一個單一來源的多個圖像，并把這種現(xiàn)象稱為“引力透鏡”或“重力海市蜃樓”。

然而，愛因斯坦在琢磨“引力透鏡”的時候，只考慮了單顆恒星引力帶來的效果，所以，他叼著煙斗，斷言：引力透鏡這種現(xiàn)象很可能在可預見的未來無法觀測。

這下，愛因斯坦又失算了一回。

1937年，瑞士天文學家弗里茨·茲威忽然腦洞一開，他想，既然恒星引力能對光線偏折，那么，巨大的、有千億顆恒星的星系更能左右光線了。當遙遠天體的光從星系旁經(jīng)過時，產(chǎn)生的引力透鏡現(xiàn)象應該能被觀測到。

直到1979年，愛因斯坦和弗里茨·茲威預言的引力透鏡現(xiàn)象才被發(fā)現(xiàn)，這就是“雙星體”。圖中的星體A和星體B是同一個星體，這個星體和地球之間有一個大質量的天體（例如黑洞）扭曲了光線，使我們看到了兩個影像。

愛因斯坦十字

引力透鏡不只能產(chǎn)生兩個影像，條件合適的時候，它能產(chǎn)生四重影像。外圍的四個影像，再加上中間的，也就是夾在后端天體與地球之間的前景星系，共同組成了“十”字狀，這被稱為“愛因斯坦十字”。

2015年3月，加州大學的科學家在哈勃望遠鏡的數(shù)據(jù)庫中發(fā)現(xiàn)了93億光年外的超新星爆發(fā)，有趣的是，由于引力透鏡，超新星“一分為四”。

愛因斯坦環(huán)

除了“雙星體”和“愛因斯坦十字”，引力透鏡還會讓一個天體產(chǎn)生更多個影像，如果條件合適，多個影像必然會連在一起，構成一個環(huán)，即愛因斯坦環(huán)。

這就是前段時間，科學家們觀測到的120億光年外的“火環(huán)”星系，它是“愛因斯坦環(huán)”的最好例證，如果愛因斯坦活到今天，看到這張圖后，他應該很高興。

引力透鏡的意義

對于普通大眾來說，引力透鏡不過就像個宇宙中的神奇魔術而已，但對于天文學家來說，它非常重要，這是愛因斯坦留給人類探索宇宙的一個非常重要的工具。

作用之一：放大鏡

通過以上的例子，我們知道，處于一個大質量天體后方的光源，其亮度和形態(tài)都會受到放大或者變形。而“放大”的效果非常管用，因為這相當于宇宙為我們提供了一個個放大鏡，本來，即使窮盡我們目前望遠鏡技術的極限，也看不到的天體，但是因為引力透鏡，結果被我們看到了。很多系外行星，就是這樣被發(fā)現(xiàn)的。

作用之二：質量測量

光的偏折是由引力帶來的，而引力的大小，又是由物質的質量決定的。所以，引力透鏡在當今天體物理中最拿手的好戲是“質量測量”。幾十億光年之外的星系、類星體等，我們要想直接測量它們的質量真是很難。因為你看到的星系，也許并不是星系的全部，里面的暗物質你是看不到的。

但是，如果其后端有天體的光射來，被星系偏折并射向地球后，被我們看到，天文學家就能根據(jù)光的偏折程度和其他參數(shù)估算出星系或類星體的質量大小了，此方法簡單有效，非常好用。

以上還告訴我們一個事實，引力透鏡是研究宇宙暗物質的好幫手。

除了以上介紹的兩個應用，其實，引力透鏡還有很多，未來還會有更多應用。

看似毫無線索的疑案，最高明的偵探能根據(jù)最細微的蛛絲馬跡，順藤摸瓜，抓到兇手。

把兇手和宇宙的奧秘類比有點不合適，但是高明的偵探和高明的天文學家卻是類似的，宇宙廣袤無邊，無數(shù)的奧秘等著人類去揭開，而引力透鏡，就是人類探索宇宙的好幫手，在尋找系外行星、研究暗物質等方面，它常常就是那“蛛絲馬跡”。

（本文轉自百度知道日報）