作為一個(gè)價(jià)值百億美元的望遠(yuǎn)鏡,目前距離地球160萬(wàn)公里的韋伯太空望遠(yuǎn)鏡從完成調(diào)試開(kāi)始,就一直在不停地拍拍拍。
從一開(kāi)始的紅外波段測(cè)試圖像,到后來(lái)的韋伯深場(chǎng)以及彩色星云,再到顏色大不相同的木星,韋伯回傳的圖像質(zhì)量可謂是遠(yuǎn)超天文學(xué)家們的預(yù)期,當(dāng)年發(fā)生在哈勃望遠(yuǎn)鏡身上的成像虛化根本沒(méi)在韋伯望遠(yuǎn)鏡身上出現(xiàn)。
而最新的韋伯望遠(yuǎn)鏡拍攝圖像顯示,它在距離地球120億光年外的宇宙深處發(fā)現(xiàn)了一個(gè)近乎完美的愛(ài)因斯坦環(huán),這一成果讓著愛(ài)因斯坦的廣義相對(duì)論在宇宙尺度上又一次被證明了是有效的,即我們的宇宙確實(shí)是可以被彎曲的。
在19世紀(jì)末之前,人類文明的物理學(xué)其實(shí)還處在牛頓時(shí)代,當(dāng)時(shí)科學(xué)界對(duì)引力的認(rèn)知還很淺顯,只知道它是“萬(wàn)有引力”但卻不知道引力究竟是怎么誕生的,在宇宙中的具體表現(xiàn)形式又是什么,因此才有了愛(ài)因斯坦。
在先用狹義相對(duì)論搞定光速問(wèn)題后,愛(ài)因斯坦又針對(duì)當(dāng)時(shí)天文學(xué)界無(wú)法解決的水星近動(dòng)問(wèn)題,提出了自己的引力觀念,即后來(lái)的廣義相對(duì)論。
在廣義相對(duì)論中,引力不再是虛無(wú)縹緲且不知來(lái)處的力,而是變成了“有質(zhì)量物體扭曲時(shí)空引發(fā)的幾何跌落”,也就是所有有質(zhì)量的物體都由引力,只不過(guò)和宇宙中的星球比起來(lái)質(zhì)量太小引力太弱而感覺(jué)不到。
在太陽(yáng)系內(nèi),太陽(yáng)因?yàn)檎剂颂?yáng)系總質(zhì)量的99.86%,,所以引力也就成了最強(qiáng)的,包括地球在內(nèi)所有太陽(yáng)系天體都在繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)。
在一顆恒星的引力都如此強(qiáng)大的情況下,一個(gè)星系的引力在宇宙中是什么樣子呢?
愛(ài)因斯坦認(rèn)為,由于星系巨大的質(zhì)量,它的引力勢(shì)必會(huì)嚴(yán)重扭曲星系周圍的時(shí)空結(jié)構(gòu),進(jìn)而扭曲光路,讓這個(gè)星系后方的其他星系發(fā)出的光在經(jīng)過(guò)該星系時(shí)發(fā)生扭曲,變成圓環(huán)狀或者弧形結(jié)構(gòu),也就是所謂的引力透鏡和愛(ài)因斯坦圓環(huán)。
如果前景星系的質(zhì)量足夠大,引發(fā)的時(shí)空扭曲足夠強(qiáng),那么該星系實(shí)際上就是在宇宙中創(chuàng)造了一個(gè)放大鏡,這樣一來(lái)原本位于后方的微弱星系發(fā)出的光,就會(huì)被前景星系的引力透鏡效應(yīng)放大,進(jìn)而從不可見(jiàn)變?yōu)榭梢?jiàn)。
當(dāng)前景星系完全遮蓋住后方的星系,并且遮蓋區(qū)域變成完美的圓形的時(shí)候,后方星系的光就會(huì)從前景星系周圍折射放大出來(lái),同樣也變成一個(gè)圓形,這種現(xiàn)象就是引力透鏡的小概率版本:愛(ài)因斯坦環(huán)。
此次韋伯望遠(yuǎn)鏡拍到的120億光年外的愛(ài)因斯坦環(huán),凝聚成這個(gè)環(huán)的光子其實(shí)來(lái)自于更遠(yuǎn)的宇宙深處,只不過(guò)這些光子與地球之間剛好隔了一個(gè)大星系,所以才形成了愛(ài)因斯坦環(huán),如果從其他方向觀測(cè)的話就不會(huì)有了。
雖然目前人類對(duì)引力透鏡和愛(ài)因斯坦環(huán)還沒(méi)有實(shí)質(zhì)性的技術(shù)應(yīng)用,但天文學(xué)家認(rèn)為未來(lái)我們或許可以借助引力透鏡制造天然望遠(yuǎn)鏡。
換言之就是說(shuō),在宇宙中尋找若干個(gè)質(zhì)量與排列位置合適的星系,然后在地球附近或者太陽(yáng)系內(nèi)尋找合適的角度放置望遠(yuǎn)鏡充當(dāng)目鏡,用遠(yuǎn)在幾十億上百億光年外的特殊排列星系充當(dāng)光學(xué)系統(tǒng),用它們扭曲時(shí)空造成的引力透鏡去定點(diǎn)觀測(cè)目標(biāo),只要距離夠長(zhǎng)引力夠強(qiáng),甚至能直接看到系外行星的細(xì)節(jié)。
如果嫌特殊排列的星系不好找,天文學(xué)家還能用地球的引力透鏡去充當(dāng)光學(xué)系統(tǒng),制造一個(gè)口徑相當(dāng)于地球大小的超級(jí)望遠(yuǎn)鏡。