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爱因斯坦让我们看到了原本看不到的宇宙深处

质量和时空的本性,让我们看到了来自遥远宇宙、依靠自身技术能力永远无法企及的光。

NASA / ESA

人眼的视力是有限的,东西越远就越难看到。天文学上也是如此,你能看多远,完全取决于你能通过望远镜收集到多少光。

通常我们有两种方式来增加视力极限。一种是制造更强大的望远镜;一种是增加曝光时间。我们还可以把望远镜发射到太空里,或者安装光学矫正系统,来摆脱或减少大气干扰,提高观测效率。但这些方法仍然有极限,它们无法在根本上增加我们能够收集到的光线总量。

感谢爱因斯坦的《广义相对论》,要看到更远的宇宙,大自然其实已经为我们提供了一种方法——引力。

《广义相对论》认为,时间和空间不是相互独立的,而是交织成了一个连续的时空结构。一切粒子都存在于时空结构中,质量和能量能使时空结构扭曲。因此太空中如果存在足够巨大的质量,比如星系或星系团,就会出现一种能够放大其身后宇宙影像的神奇现象——引力透镜。

引力透镜原理示意图。

引力透镜会以多种方式出现,最终效果取决于前后景天体的排列方式。如果后景天体发出的光线在多个方向上被弯曲,就会出现同一个天体的多个影像。后景天体的影像也可能会变形,变成放射弧、椭圆形,或被拉长。如果排列方式恰到好处,被扭曲的影像也有可能变成一个完整或部分完整的圈,这种现象被称为“爱因斯坦环”。

NASA / ESA

不论哪种方式,引力透镜都会把后景天体的影像放大、增亮很多倍。

人们正是利用这一技巧,在宇宙中发现了最为遥远的类星体和星系。威力强大的望远镜、长时间的曝光、机缘巧合出现的引力透镜现象,让我们能够看到前所未见的宇宙深处。当前已知最遥远的星系,就是用这种方法发现的。没有引力透镜的帮忙,人类永远都看不到它。

NASA / ESA

虽然首个引力透镜现象的实例,是在理论提出后40年才被发现的,时至今日,它已经成为星系质量测定(前景星系)和遥远星系探索(后景星系)的重要手段。虽然这是一种自然存在的现象,我们只有被动地观察;虽然这是一种难以精确控制的技巧,但是只要我们有足够的耐心,只要我们选对正确的波段和方法,就能在宇宙深处发现越来越多的遥远天体。

人类自身的望远镜再强,守候的时间再久,也不及爱因斯坦《广义相对论》和引力提供的终极宇宙望远镜威力大。质量和时空的本性,让我们看到了来自遥远宇宙、依靠自身技术能力永远无法企及的光。

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