“爱因斯坦的望远镜”透视星系光环

借助引力透镜或“爱因斯坦望远镜”的帮助，天文学家发现了一个遥远的星系，在从地球上看上去的星系好似一只璀璨夺目的“太空戒指”，大型阿塔卡玛毫米和亚毫米射电望远镜矩阵(ALMA)显示了高清晰度的图像，天文学家目睹了遥远太空的“指环王”。排成一列的两个遥远星系构成了奇特的观赏图案，指环结构的星系展现了强烈的视觉冲击，这在以往的太空观测中十分罕见。引力透镜原理很好地解释了奇异性“超级指环”的构图，从阿尔伯特·爱因斯坦的广义相对论推导和预言了太空中的引力透镜现象。

从一个遥远的星系发出了光线，当经过前方一个大质量的星系或星系团时，将弯曲时，光线将在太空背景中产生引力透镜现象。经过了引力透镜的高倍放大效应，遥远星系的图像变得清晰而明亮，经过放大的图像显示得更为扭曲。一个“前方”的星系SDP.81有完美的排列，在星系SDP.81的背后，一个从遥远星系发出的光线构成了一个从地球视觉看来几乎完整的圆圈，熠熠生辉的光环现象验证了爱因斯坦的广义相对论。

天文学家通过赫歇尔太空天文台发现了星系SDP.81，它是一个恒星的形成处于活跃期的星系，SDP.81距离地球大约为120亿光年，可以将天文距离换算为天文时间，星系SDP.81的年龄仅相当于宇宙目前年龄的大约15%。从一个遥远星系发出的微弱光线被一个大质量的星系弯曲了或受到了引力透镜的弯折作用，从天文学家的视觉看上去的“前方”大质量星系与地球相距40亿光年，它处于相对靠近地球的位置。

射电望远镜矩阵ALMA的项目副主任凯瑟琳·弗拉哈吉斯解释说，天文学家应用了引力透镜原理，他们得以观测到十分遥远的天体和早期宇宙，引力透镜原理为遥远的天文观测带来了令人惊讶的功能，ALMA获得了令人惊叹的细节性图像，把所有包含在放大图像的信息集合起来，天文学家看到了一个类似普通光环的图像，他们揭示了光环背后的隐秘天体，重新绘制了一幅隐藏了遥远星系的真实图像。

2014年10月，天文学团队捕获了星系SDP.81的光环图像，ALMA取得了一系列长基线观测的成果，观测技术的核心是射电望远镜的高分辨率，长基线天线的最大距离为15公里。通过观测从遥远星系的太空尘埃发出的比较明亮的光线，天文学家得到了星系SDP.81高分辨率的光环图像，有很强震撼力的图像展示了一道界限分明的弧线，图线的完整样式表明了一个几乎连续的完整环状结构。通过观测含有一氧化碳和水分子信息的微弱光线，以前的天文学家获得了分辨率稍低的图像，在高分辨率和低分辨率图像的帮助下，天文学家绘制了完整的图像，为遥远星系SDP.81的分析提供了关键的细节信息。

天文学家之前观测和分析了星系SDP.81引力和光线的相互作用，他们使用了亚毫米波陈列射电天文台、设置在布尔高原的干涉仪和哈勃可见光太空望远镜，但以上的天文仪器捕获的信号难以与ALMA揭示的细节信息相比。位于弗吉尼亚州的夏洛茨维尔大型射电天文台的天文学家杰奎琳·霍奇解释说，ALMA图像包含了精致的信息，这对科学家理解早期的宇宙星系来说十分重要，通过使用高端计算机的程序，科学家尝试重新构造被引力透镜放大的星系图像，还原星系的真实面目。经过对引力透镜弯折光线的图像分析，天文学家了解了遥远星系的真实形状和运动，取得了比过去更为清晰的认识。

ALMA的观测精度令人称奇，它的最大分辨率为23毫弧秒，举一个形象比喻的例子，好比一个观测者在纽约帝国大厦的露天阳台看见了巴黎埃菲尔铁塔尖上一个篮球框的圆边。ALMA的项目主管皮埃尔·考克斯解释说，借助ALMA高分辨率和高灵敏度的图像技术，天文学家解开了在早期宇宙天体中隐藏的细节信息，开启了天文观测的一扇窗口。前沿科学装置ALMA巩固了科学家太空探索的坚定信念。ALMA长基线观测项目目前有5个目标，星系SDP.81是其中的一个，其它的4个观测目标包括原行星盘 HL Tau，小行星 Juno，恒星Mira和类星体3C138。

（太空“指环王”被天文学家称之为“爱因斯坦环”，广义相对论奠定了现代宇宙学的理论基础，对河外星系的发现奠定了现代宇宙观测学的基础。哈勃观测了几十个河外星系，但没有发现爱因斯坦环，哈勃在威尔逊山使用的望远镜已被哈勃太空望远镜取代。可将宇宙学和天体物理学的研究方法分为两种，一是爱因斯坦法，二是哈勃法，爱因斯坦方法是理论思维，主要使用数学物理或物理数学的“先验论”，过去对先验哲学的批判有片面性。广义相对论的建立应用了黎曼几何，从先验论哲学的方法中似乎找不到经验和实践的依据。

哈勃方法主要以天文观测为基础，观测精度取决于观测技术或取决于科学技术的发展水平，观测结果极大地影响了人们对宇宙的解释。很多科学家怀疑过哈勃观测的结论，不承认类星体红移是宇宙膨胀的依据。天文学家将两种方法——爱因斯坦法和哈勃法结合在一起，从中产生了理论分析和天文观测相融合的第三种方法。在先验论和实验论哲学的基础上形成了两种方法，科学方法适用于自然和社会科学的研究领域。）

（编译：2015-4-8）