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探索星空世界
李 元
星空璀璨，遥不可及，自古以来令人们遐想无限，但是直到1630年，当伽利略第一次将望远镜指向月球，人们才开始揭开星空的神秘面纱，而现代天文望远镜的直用，更是将人们的视野一直扩展到了遥远的宇宙深处。
我曾在中央电视台“百家讲坛”节目做了一次题为“望远镜里的宇宙”的讲座。为宇宙天体壮丽风光及神秘感所吸引，观众反映十分强烈，据统计，大约有一百多万人观看了这个节目。感谢《大自然探索》编辑部盛情邀我撰文，使那些经历漫长岁月(以百年、千年、万年、亿年为单位)、穿越浩瀚太空来到人们眼前的宇宙图照得以时光常驻、美景再现。这真是一次科学与艺术相结合的宇宙之旅。
眼睛·望远镜·天体摄影
要想探索星空的奥秘，欣赏宇宙的奇观，必须具备三个最基本的条件：眼睛、望远镜、天体摄影。眼睛是人瞭望世界、观赏星空的窗口，但是眼睛所见有限，只能看到天地之间的浮光掠影，也就是山光水色、日月星辰而已。望远镜是眼睛的延长，为我们揭开了天体的一层层面纱：月球上的山脉、太阳上的黑子、行星的一些细节，特别是月牙状的金星、火星的极冠、有大红斑的木星、令人赞不绝口的土星环。当然，还有那些壮丽无比的星系、星云……
虽然我们能从望远镜中看到一些目所不及的世界，但是，由于人眼的疲劳感和迟钝感，通过望远镜观星不能持久，更不能辨别遥远天体微弱星光中的细节和色彩。那些星光来自天边远方，经过漫长旅途来到地球，地球大气层把它们层层过滤，又经过人为的污染感光，能留在我们眼前的已经是疲软无力的暗淡微光，即使用再大的望远镜去看，看得再久，也无济于事，反而是疲劳观测，越看越不清楚。
照相技术的发明和发展给天文学送来了福音。天体摄影不但使人们观赏到了从望远镜中看不到的景象，而且还拍摄了天体照片成为天文学研究的重要资料。所以可以说，没有望远镜和天体摄影，现代天文学就无从谈起。
天体摄影的成果不但供天文学家们作为科研之用，也让普通大众对宇宙天体有了正确的认识，同时还可以让人们欣赏那无比壮丽的宇宙美景，把人和宇宙的距离大大缩小。
以观测为基础
天文学是一门自然基础科学，其最大特点是以观测为基础。但是，不像物理、化学、地学等可以到野外去考察，可以在实验室做实验，天上的星星月亮是没法拿到地上来做实验的，只能进行观测，然后根据观测资料进行研究，这就是天文学家为什么要用望远镜观测宇宙的原因。在天文观测中，天体摄影是最重要的、不可或缺的工作。从19世纪末到20世纪初，天体摄影技术逐渐发展，人们从此可以用大型望远镜拍摄非常遥远的天体。到20世纪50年代，彩色天体摄影技术的应用更是使天文观测大放光彩。到1957年，人造卫星发射成功，人类进入太空时代，各种行星探测器(如“旅行者号”飞船)、太空望远镜(如“哈勃”望远镜)的问世，使人们对宇宙的认识有了飞跃的进步，许多星球世界的神秘面貌更加展示无遗。
天文学又是一门精确的科学，因为天体照片必须精确无误。在1926年出版的一本《天文图册》中，详细记录了拍摄天体照片所使用的望远镜的规格、天体照片的曝光时间，等等。除了太阳、月球等明亮天体可以在秒、分级的时间段中拍摄，其他天体的拍摄大多要用几十分钟到几个小时。例如，拍摄一些银河系的局部照片需要曝光3个小时，人马座三叶星云照片需要曝光2．5小时，大熊座星系M101照片需要曝光7．5小时，而猎户座旋涡星系所需要的曝光时间甚至达到10．5小时!
为星星照相
怎样用望远镜拍摄天上的银河和灿烂的繁星呢?简单地说，就是打开天窗，用望远镜寻找到要拍摄的星星并对准，然后把大型照相底片放在望远镜后面的底片盒子里，对着天上的星星照相。不过，不像人们在地面拍摄，使用1／60秒、1／125秒或1／250秒进行曝光，拍摄天上的星星需要进行长时间的曝光，几十分钟、几小时、甚至十几个小时。50多年前，我在紫金山天文台曾用了3个多小时拍摄著名的仙女座星系，可惜冲洗底片时不慎使星像破坏，令我心痛无比1 1995年，“哈勃”望远镜拍摄北斗星附近、距离地球百亿光年(光走1年的距离被称为1光年，约为9．5万亿千米)远处的星系照片时，足足拍了好多天!
由于地球在自转，天上的星星在底片上会留下一道一道的痕迹，为了保证望远镜里面的星星不动，望远镜必须跟着地球转动。望远镜的转动依靠机械装置完成。最早的机械装置是手摇的或者是上发条的，后来有了电动的。但还是不可靠，还要靠人盯着，这叫导星。使用导星镜时，先将星星锁定在镜筒的十字丝上面，然后进行微调，让它保持在中心。过去，天文观测人员用望远镜拍摄天体照片是非常辛苦的事情。如果拍摄一个天体需要曝光10小时，那么观测人员就要在望远镜旁待10小时。为了保证星象成为圆点而不是椭圆，观测人员要用眼睛从望远镜中监视位于十字丝中心的天体，稍有移动就立刻调整。此外，为了使天文观测室中的空气达到最大的宁静，在整个观测时间里，观测室内不可使用电扇或暖气。现在，计算机、大型地面天文望远镜、在太空中飞行的望远镜和无人宇宙飞船(行星探测器)的应用，大大改进了天文观测的条件，促进了天文学的发展。
我相信，未来更好的望远镜将会为我们带来更多更美好的宇宙胜景。
作者简介：李元，1925年6月出生，山西朔州人。曾任《大众天文》总编辑、中国天文学会理事、北京天文馆学术委员、中国科普研究所研究员、中国科普作家协会常务理事等职。1990年获“建国以来有突出贡献的科普作家”称号，1998年获永久编号第6471号小行星被命名为“李元星”的国际荣誉。
婴儿时代的宇宙
如果我们能拍到130 亿光年以外的星球，就表示我们看到了宇宙大爆炸开始时候的景象，也就是宇宙的发端。这张具有划时代意义的照片，是100多亿光年以外的宇宙，也就是说，100多亿光年以外的星球星系都缩影到了这张照片里，让我们一览无余。我们真幸运，能够看到婴儿时代的宇宙，
星云
星云是由星际空间的气体和尘埃组成的云雾状天体，其中的物质密度非常低。星云的形状千姿百态。距离地球1500光年的猎户座星云真是美不胜收，它是人用肉眼所能看到的银河系里最漂亮的一个气体星云、猎户座星云主要由气体组成，它里面的恒星的气体由各种化学元素组成，包括氢、氦、氧、氮等：气体被激发后发出各种不同颜色的光，犹如宇宙中的“霓虹灯”。
揭露天机的望远镜
薛 亭
在晴朗无月的晚上，你站在灯光较暗的郊外高坡上仰望星空时，那些错落有致、疏密得当、亮暗分明、相映成趣的星星使你感到星空的浩瀚和神奇。星光不仅装点着美丽的星空，而且是宇宙的信使，人类的天文知识都是由星光透露的。那么，人类是用什么方法揭示星光奥秘的呢?
古人观天
人类的祖先在很早以前就开始观测天象了。在风扫地月当灯的遥远古代，他们日出而作，日暮而归，过着原始生活。在长期与自然的接触中，他们发现太阳、月亮和星星的位置同天气冷暖和节气变化有关，因而他们注意观天，用天象来安排狩猎和农时，这样就慢慢诞生了古代天文学。公元前2000年左右，苏美尔人和阿卡德人定居在两河流域(今天的伊拉克境内)，在这一时期，他们通过观测星空，发现了水星、金星、火星、木星和土星这五颗明亮行星在天空中的运动。古埃及人在长期观测中发现，天狼星的出现同尼罗河河水泛滥有关，并且根据它们之间的关系推算出一年是365天。古希腊人经过观测，认识到“一旦大角星的光辉在蔷薇色的黎明中闪耀，就到了收获葡萄的季节”。玛雅人则建高台观金星，根据金星出现的位置，选择攻击邻近部落的时间。我国古人更是能根据大熊座(北斗七星)的位置来确定季节：“斗柄东指，天下皆春；斗柄南指，天下皆夏；斗柄西指，天下皆秋；斗柄北指，天下皆冬。”这里的“斗柄”就是“大熊尾巴”。
古人的天文知识是用眼睛获得的，古天文仪器如星盘、日昝和占星表等都是肉眼观天的辅助工具。古人用眼睛加上简单的器具取得了丰富的观测资料，建设了灿烂的古代文明。
光学时代到来
1609年，光学望远镜问世，从此天文学进入了现代时期。光学望远镜是由伽利略引人天文学的，但他并不是望远镜的发明人。据说望远镜的发明人是荷兰一位名叫黎伯希的磨镜师的徒弟。一天黎伯希外出，小徒弟在家无事，拿起几块镜片玩耍，无意间从重叠的镜片中看到一个毛茸茸的凸眼“怪物”正挥舞着前爪向他爬来，他吓了一跳，赶紧把镜片扔掉了。过了一会儿，他又看了一次，才发现原来自己是把在窗户上爬行的一只苍蝇当成了怪物。当他拿起重叠的镜片观察窗外时，发现远处的钟楼一下子全跑到跟前来了。黎伯希回来后，小徒弟把看到的情况告诉了师傅。后来，黎伯希把两块镜片装在一根长长的管子两端，制成了一架放大3～4倍的“幻镜”。1608年10月，他又制成一架放大30倍的双目望远镜。
当这个消息传到伽利略的耳朵里时，他突发奇想：如果让威尼斯人看望远镜，不是更能激起他们的好奇心吗?于是，他尝试着制造自己的望远镜。他凭借热情和道听途说，在从未见到过荷兰望远镜的情况下，制成了一架放大3倍的小望远镜。经过改进后，他又制成放大10倍的望远镜。他带着这架望远镜来到威尼斯进行演示，结果大获成功，不但得到了荣誉，还被加薪晋级。
如果伽利略安于现状，到此为止，他很可能成为一个富翁，过着悠闲的生活，也可能在历史上留下一些注释。然而，他没有这样做。在一个深沉的夜晚，他开始了一场革命——把望远镜对准了月亮。这一举动让他发现，月面并不像人们所想象的那样完美无缺，洁如明镜，而是坑坑洼洼、崎岖不平，整体特征与地球大体相同。
这一发现在当时引起很大震动，许多人认为伽利略是错的，甚至有人说，如果伽利略看到了粗糙的月面，那么就意味着整个月亮被一个透明、光滑、肉眼看不见的晶体覆盖着。在这些聒噪声中，1610年1月7日，伽利略又把放大30倍的望远镜指向了木星，并在木星周围发现了四颗小星。其后几周的观测表明，这些小星是围绕木星旋转的卫星，在现代天文学上称为“伽利略卫星”。
在伽利略生活的年代，当时的教会竭力鼓吹特勒玫的“地心说”，认为所有天体都是围绕地球转的，而伽利略的发现正好与此相反：既然有卫星围绕木星转，怎么能说所有天体都围绕地球转呢?伽利略的观测结果有力地驳斥了“地心说”，支持了哥白尼的“日心说”。接着，伽利略又发现太阳有黑子，土星有“肿块”(后来证明是土星环)，金星形状像月亮(即有从圆变到缺和从缺变到圆的位相变化)，这些发现为科学发展做出了巨大贡献。然而，由于当时教会的黑暗统治，这些科学发现不但没有为伽利略带来荣誉，反而是“罪名”，成为教会迫害他的理由。因为这些发现，伟大的伽利略遭到了终生监禁。不过，乌鸦的翅膀遮不住太阳，科学的宇宙观最终照耀全世界。望远镜很快取代了眼睛，成为400年来天文观测的主要仪器。
现代天文学分为三个发展时期，不同时期使用不同类型的望远镜。从1609年伽利略使用望远镜起至20世纪30年代为第一时期，即光学观测时期。在这一时期，光学望远镜一统天下。
光学观测的辐射波段是可见光，即眼睛能够看见的红橙黄绿青蓝紫等有颜色的光线。可见光只是天体辐射的一部分，在可见光外面，两端都有波段很宽的、人的肉眼看不见的光线，其中波长比红光长的有红外光(或称红外线)、射电波(或称无线电波)，波长比紫光短的有紫外线、x射线和伽玛射线。
天文望远镜与普通双目望远镜不同。后者用来观看近处景物，只要求它能清晰分辨景物细节就行了，对它能否观测到较暗的物体没有严格要求，因此要求它有较大的放大倍数。而天文望远镜则用来观测遥远的星光，一般不要求它有很高的放大倍数，而是要求有很强的收集光线的能力，以观测到较暗的星。这一要求只能用增加望远镜的口径来完成。望远镜的口径越大，收集光线的能力越强。
隐形光线现身
射电天文观测为第二个发展时期，出现在20世纪30年代。1928年，刚刚大学毕业的央斯基在美国贝尔电话实验室研究短波无线电通讯中的干扰因素，他研制了一架接收机和一个长30．5米、高3．66米的“天线阵”。“天线阵”被装在一个基座上面，基座下装有4个轮子，每20分钟绕中心旋转1圈，活像希腊神话中攻 打特洛伊城的木马，人们戏称它为“旋转木马”。央斯基用这个“旋转木马”发现了来自银河系中心的干扰源。
1942年，正值第二次世界大战最激烈的时期。一天，英国防空部队的雷达突然收到一个电波干扰，指挥机关以为敌机要来空袭，急忙发出防空警报，可是警报发出很久也没见到敌机踪影。为了弄清信号的来源，科学家海伊进行了深入研究，结果发现干扰信号不是来自地面，而是来自太阳。类似的例子还有很多。种种迹象表明，天空存在无线电辐射。为了探索天体的无线电辐射，形成了射电天文学。
射电天文观测设备叫做射电望远镜，简单地说，就是一架天线、一部接收机，外加一个资料处理装置。天线接收天体辐射的射电信号，接收机接收天线输出的信号，资料处理装置记录和处理接收机的输出信号。
1937年，雷伯制造了第一架抛物面天线。这是人类第一架观测看不见的光线的“千里眼”。美国射电天文学家充分发挥想象力，在波多黎各阿雷西博镇附近的死火山口建成了305米直径的特大射电望远镜天线。这架望远镜于1963年竣工并投入使用后，为天文学做出了巨大贡献。上个世纪90年代，“月球探测者”飞船发现月亮南极附近的陨击坑里有水冰存在。为了证实这个发现，美国天文学家启动阿雷西博射电望远镜进行观测，结果不仅证实月亮上有水，而且测出了水的含量。
不过，无论是光学观测还是射电观测，都是在地面进行的。由于地球大气的吸收和散射，紫外线、x射线、伽玛射线和大部分红外线被挡在大气之外，射电观测和光学观测因此受到严重限制。
20世纪60年代，天文望远镜终于可以搬上“天”了。空间天文观测把所有天体辐射统统请了出来，形成了全波天文学。这就是现代天文学的第三个发展时期。
空间天文观测有“三新”：天文台台址新，观测仪器新，观测的辐射波段新。空间天文台建在“天上”，建台“地址”是人造卫星、科学气球、运载火箭、载人及不载人飞船、航天飞机和空间站等。现在，科学气球和运载火箭基本不再使用了，使用最多的是天文卫星。
空间天文观测的仪器设备与光学天文观测和射电天文观测迥然不同。空间探测仪器要求体积小，重量轻，能力强，功耗低，结构简单和牢固可靠。空间天文探测不同的辐射使用不同的仪器。例如，“哈勃太空望远镜”观测可见光和红外线，用的是光学望远镜和红外望远镜“康普顿伽玛射线天文台”观测伽玛射线，用的是伽玛射线望远镜；“钱德拉x射线卫星”和“XMM一牛顿天文台”观测x射线，用的是x射线望远镜；“斯匹策红外空间望远镜”观测红外线，用的是红外望远镜。
20世纪70年代，射电天文一举夺得类星体、脉冲星、星际分子和宇宙微波辐射背景四项重大发现，开创了天文观测的新局面。现代天文学的发现几乎都与空间探测有关，黑洞存在的证据、伽玛射线爆的发现、在火星上找到水、一大批土星卫星的发现以及暗能量和宇宙膨胀加速的发现等，都是由空间天文观测完成的。今天，空间天文学的成就大大改变了人类根据地面观测所形成的许多传统观念，把人类的视野伸展到了遥远的宇宙深处。
无与伦比的太空胜景
编译 吴刚
穿越太阳系，飞向星云和星系，寻找恒星诞生的摇篮，观赏恒星死亡时的最后辉煌，造访字宙黑洞“怪兽”，展望宇宙未来命运……“哈勃”所拍摄的绚丽而具动感的画面带领我们探索宇宙深处的秘密。
1990年4月，“哈勃”由美国航空航天局的航天飞机发射升空。这是一台巨大的太空望远镜，重1．1万千克，镜面直径240厘米，在距离地球表面580千米高空的轨道上运行。到目前为止，它以向地面发送无线电波的方式为科学家提供了无数极有价值的图片，特别是近几年来，“哈勃”似乎达到了高产时期，它发回的观测数据使科学家对宇宙的研究取得了突破性的进展。
太空花园
由濒死的恒星抛弃自己的外层大气所形成的天体被命名为行星状星云，之所以这样命名，仅仅是由于从地球上看去它们是球形的，就像行星那样。“哈勃”打碎了这一错觉，但同时又带来了新的奥秘。
如果从纯美学的角度来看，“哈勃”所拍摄的行星状星云照片是无与伦比的。照片中那些缤纷的色彩、闪亮气云的复杂形状，丝毫不亚于地球上那些照管得最好、布局最精细的大花园。
下面这些照片被认为是“哈勃”所拍摄的最漂亮的星云景观。
“哈勃”讲述的我们宇宙的童年往事。
宇宙蚂蚁(图1)
蚂蚁星云的正规名字是“门泽尔3”，之所以又被戏称为“蚂蚁星云”，是因为从地面望远镜看去，它的形状很像是一只蚂蚁。这幅照片揭示了“蚂蚁的身体”像一对火焰瓣从一颗正在死亡的恒星上伸了出来，它打破了人们此前对这只太空“蚂蚁”的错觉，更对人们此前对恒星死亡最后阶段的认识提出了挑战。科学家现在急于弄清的是：为什么一颗球形的恒星能够以如此非球形、却又如此对称的形状喷射气体?
蝴蝶星云(图2)
在距离地球2100光年的蛇夫星座里，一对双星正在以极度危险的近距离“跳舞”。其中．较强健的“舞者”也许正在劫掠“舞伴”身上的物质，并像甩飞盘一样将这些物质抛进太空。天文学家估计，被这个蝴蝶星云排斥掉的气体的逃逸速度高达每秒320千米以上。
沙漏星云(图3)
在“哈勃”拍摄到这张照片之前，沙漏星云的结构从地面看上去就像是一对较大的外环和一个较小的中心环。这张照片则显示．这块星云其实很像一个沙漏，壁上还精雕细凿。这个“沙漏”是怎样形成的?目前仍是一个谜。
老鹰星云(图4)
恒星在死亡过程中抛弃的物质或许会被回收为组成新恒星的材料。距离地球7000光年的老鹰星云就是恒星“产房”的典型代表。在老鹰星云中．低温气柱雄伟壮观地从灰暗的氢分子气云中傲然升起。
南环星云(图5)
南环星云中一颗濒死的恒星照亮了正在膨胀的气云。这颗恒星——图像中央两颗星中亮度较弱的那一颗，目前已经变得比我们的太阳还小，但是又比太阳炽热得多。
开辟新纪元
2002年4月，“哈勃”又新添了一只新的“慧眼”。这一次，航天飞机为“哈勃”安装了一架新的高精度数字照相机——“高级探测照相机”，还完善了“哈勃”的供能系统。这样一来，“哈勃”如虎添翼，洞察太空的能力更上一层楼。“高级探测照相机”拍摄的第一批照片，就让天文学家们惊诧不已。当时一位天文学家这样评价：尽管“哈勃”在这之前已经拍摄了12年的宇宙照片，为科学做出了12年的伟大贡献，它的新相机却在提示我们：实际上我们一切都还未看到。
气柱升腾(图6)
在距离地球2500光年的麒麟星座中，一根巨型红色气柱正在升腾而上。“哈勃”的新相机捕捉到了所谓的“锥形星云”，天文学家相信这块星云 正是一个新恒星的“孵化器”。这张照片显示的是这块星云中上面2．5光年范围内的情况。
太空调色板(图7)
欧米加星云的大小是太阳系的3500倍。在这个星云中，从发光气体的艳丽“地毯”上正在诞生新的恒星，而发光气体则躺在冷暗的氢云中。这个区域也被称为“天鹅星云”，它位于距离地球5500光年的射手星座。来自年轻大质量恒星的炽热紫外辐射将这块星云照亮，其中每颗恒星都比太阳大30倍以上，炽热6倍以上。照片中的蓝、绿、红色是由高能氢、氮、氧和硫造成的，其中的红光源于氢和硫。
宇宙碰撞(图8)
在距离地球3亿光年之远的地方，两个螺旋状星系正位于相互碰撞的轨道上。在几十亿年之后，银河系和它的近邻——仙女座也可能发生可怕的相撞。星系碰撞之后，最终会合并成一个巨大的新星系。这个星系被称为“老鼠”．这是因为每个碰撞星系的巨大引力都会从对方星系中拖曳出气体和恒星物质，所以看上去这些恒星就像是长出了尾巴的老鼠。
太空蝌蚪(图9)
天龙星座距离地球4．2亿光年。尽管4．2亿光年的距离遥远得让人难以想象，“哈勃”的新相机却发现那里有一个形状怪异的螺旋形星系，科学家将这个星系戏称为“蝌蚪”。蝌蚪星系的尾巴的长度竟达28万光年，科学家怀疑这是由一个入侵的高密度炽热星系的引力所致。在这幅照片中，这个“入侵者”位于“蝌蚪”的左上角。不过，最让科学家感兴趣的．却是背景中可见的大约6000个星系．其中很多星系都是在宇宙大爆炸刚刚结束之后形成的，而大爆炸被认为是宇宙的创生原因。“哈勃”的旧相机曾在1995年拍到过一张当时被认为是很了不起的照片，因为照片上有不少的星系。然而，“哈勃”的新相机只用了不到旧相机1／12的时间，就拍到了比旧相机所拍多一倍的星系。
恒星的生与死
所有的恒星都会经历从诞生到死亡的演化过程，而且古老恒星的死亡之地也正是新恒星的诞生之地，这正是宇宙的无比奇妙之处。“哈勃”迄今为止取得的最大成就之一，就是拍摄到了恒星“产房”的照片。NGC 3603星系中的恒星“产房”是其中最有名的(图10)。
尽管巨大的NGC 3603星云中动荡不安，但并不妨碍恒星“婴儿们”的稳定出生。该星云中的一个安全地带就是图像中高耸的气柱，这些气柱能抵御星云中狂暴的辐射——这些辐射是核聚变的副产品，正是核聚变让恒星灿烂发光。尽管外面风暴肆虐，气柱内部的气体和尘埃却能降温固化成块，最终坍缩形成恒星。
星云中新恒星的第二个来源是被称为“波克球”的尘埃和气体云团，这些云团密度很高，并且像洋葱一样分层。假如波克球的外层尘埃能通过吸收辐射来保护内部，那么内层就可以降温至大约零下263摄氏度。哪怕这些降温的气体和尘埃以超音速搅动，它们也会向波克球的中心聚集。就这样，一个波克球能“孵化”不止一颗恒星。波克球“孵化”恒星的原理是：在波克球内部，首先形成由气体和尘埃构成的密实而低温的内核；接着，内核的引力吸引更多的气体和尘埃；最终，内核在自身重量下坍缩，变成一个大质量的旋转球体。就这样，一颗体积尚小的恒星“胚胎”便成形了。
如果这个恒星“胚胎”要想最终诞成恒星，它就必须在辐射风暴攻破自己所在的波克球外部防线之前更迅速地收集能源。每个恒星“婴儿”都会继续收集能源，直到自己变得足够重、足够热，以至于自己身上的氢原子开始聚合并散发辐射，至此，才最终形成真正意义上的恒星。恒星引力控制范围内剩余的气体和尘埃则逐渐平整成“原始行星盘”，环绕恒星的赤道运行。通常，原始行星盘会聚合成太空“石头”——包括彗星、小行星和行星等。
黑洞证据
在NGC 3603星系中，至少有10颗恒星的体积在太阳的100倍以上，或许还有10000颗以上的恒星大小跟太阳相仿。为何会出现这样的情况呢?至今仍是一个谜。
在这幅NGC 3603星系照片上，最明亮的恒星是Sher 25星，它在走向死亡的路途中“独辟蹊径”——其“死亡悸动”已经在其赤道附近形成了一个环，其两极上空还各有一个正在膨胀的球形气泡。当Sher 25最终发生超新星爆发时，其外层气壳将以每秒钟数千千米的高速向外部喷射物质并被撕裂。这颗恒星的每一个碎片届时都将收集太空中的稀薄气体，聚合成新的气团。随着每个气团的降温，其中一些气体会凝固成尘埃，而这些具有保护作用的尘埃则让气体进一步降温。于是，又一轮造星大潮开始了。
心大星(图11)
在这张星云照片的上半部分，充满了反射自炽热恒星的蓝色光晕。这些恒星位于一个巨型低温尘埃气云附近，这一气云正是这些恒星的诞生地。占据这张照片下半部分的，主要是红巨星一一心宿二，也称心大星、大火、天蝎座α星。它是一颗巨大的、可变化的红色双星，也是天蝎座最亮的星，距地球约424光年。
猫眼星云(图12)
猫眼星云其实是个俗称，其正规名字是NGC6543，它也是迄今为止观测到的最复杂的行星状星云之一。猫眼星云的“心脏”可能有一个双星系统，其中一颗恒星正在死亡，抛出它的大气，而双星相互绕行“舞蹈”，形成了星云的复杂结构。猫眼星云被认为是濒死恒星最终演化过程的可见的“化石记录”。
“探照灯光柱”(图13)
这张卵形星云照片，显示了环绕一颗濒死恒星的“探照灯光柱”和多重亮弧。
NGC 3372星云(图14)
NGC 3572星云的腹心结构复杂。这个星云在1838年首次得到详尽描述，当时，英国天文学家赫歇尔看见了位于这张照片上半部分的明亮圆壳。这个壳往南延伸，形成了锁眼形状的星云。
黑洞：无底的深渊
没有人见过黑洞，并且永远也不可能有人目睹黑洞。但是，天文望远镜观测告诉我们，黑洞的存在是确定无疑的事实。其实，直到1998年都没有人敢肯定地说“黑洞存在”。就在这一年，美国天文学家想办法将设在夏威夷的凯克望远镜对准了银河系中心的恒星(在此之前，因为距离地球过于遥远，那里的恒星从地球上看去也过于暗弱，无法被探测)。天文学家观察到银河系中心的恒星运动之快简直堪称疯狂，由此推知它们所环绕的物体的质量之大——比太阳的质量大250万倍以上。什么不可见的物体会有这么大的质量?只有黑洞。现在，就让我们来看一看“哈勃”所提供的黑洞证据。
黑洞尘埃(图15)
在这幅照片中显示了一个螺旋状的尘埃盘，它正在被NGC 4261星系中心的一个超大质量黑洞吞噬。据天文学家估算，这个位于尘埃盘中心的黑洞的质量是太阳的120亿倍，其体积却比太阳系大不了多少，足见其密度之高。
宽边帽星系(图16)
在著名的宽边帽星系中央，正在发生着极富活力的事件，因为“哈勃”探测到那里有超量的×射线发出。这些×射线，再加上该星系中央恒星快得离谱的运行速度，让许多天文学家相信在宽边帽星系的中心存在黑洞。
探索星空世界
李 元
星空璀璨，遥不可及，自古以来令人们遐想无限，但是直到1630年，当伽利略第一次将望远镜指向月球，人们才开始揭开星空的神秘面纱，而现代天文望远镜的直用，更是将人们的视野一直扩展到了遥远的宇宙深处。
我曾在中央电视台“百家讲坛”节目做了一次题为“望远镜里的宇宙”的讲座。为宇宙天体壮丽风光及神秘感所吸引，观众反映十分强烈，据统计，大约有一百多万人观看了这个节目。感谢《大自然探索》编辑部盛情邀我撰文，使那些经历漫长岁月(以百年、千年、万年、亿年为单位)、穿越浩瀚太空来到人们眼前的宇宙图照得以时光常驻、美景再现。这真是一次科学与艺术相结合的宇宙之旅。
眼睛·望远镜·天体摄影
要想探索星空的奥秘，欣赏宇宙的奇观，必须具备三个最基本的条件：眼睛、望远镜、天体摄影。眼睛是人瞭望世界、观赏星空的窗口，但是眼睛所见有限，只能看到天地之间的浮光掠影，也就是山光水色、日月星辰而已。望远镜是眼睛的延长，为我们揭开了天体的一层层面纱：月球上的山脉、太阳上的黑子、行星的一些细节，特别是月牙状的金星、火星的极冠、有大红斑的木星、令人赞不绝口的土星环。当然，还有那些壮丽无比的星系、星云……
虽然我们能从望远镜中看到一些目所不及的世界，但是，由于人眼的疲劳感和迟钝感，通过望远镜观星不能持久，更不能辨别遥远天体微弱星光中的细节和色彩。那些星光来自天边远方，经过漫长旅途来到地球，地球大气层把它们层层过滤，又经过人为的污染感光，能留在我们眼前的已经是疲软无力的暗淡微光，即使用再大的望远镜去看，看得再久，也无济于事，反而是疲劳观测，越看越不清楚。
照相技术的发明和发展给天文学送来了福音。天体摄影不但使人们观赏到了从望远镜中看不到的景象，而且还拍摄了天体照片成为天文学研究的重要资料。所以可以说，没有望远镜和天体摄影，现代天文学就无从谈起。
天体摄影的成果不但供天文学家们作为科研之用，也让普通大众对宇宙天体有了正确的认识，同时还可以让人们欣赏那无比壮丽的宇宙美景，把人和宇宙的距离大大缩小。
以观测为基础
天文学是一门自然基础科学，其最大特点是以观测为基础。但是，不像物理、化学、地学等可以到野外去考察，可以在实验室做实验，天上的星星月亮是没法拿到地上来做实验的，只能进行观测，然后根据观测资料进行研究，这就是天文学家为什么要用望远镜观测宇宙的原因。在天文观测中，天体摄影是最重要的、不可或缺的工作。从19世纪末到20世纪初，天体摄影技术逐渐发展，人们从此可以用大型望远镜拍摄非常遥远的天体。到20世纪50年代，彩色天体摄影技术的应用更是使天文观测大放光彩。到1957年，人造卫星发射成功，人类进入太空时代，各种行星探测器(如“旅行者号”飞船)、太空望远镜(如“哈勃”望远镜)的问世，使人们对宇宙的认识有了飞跃的进步，许多星球世界的神秘面貌更加展示无遗。
天文学又是一门精确的科学，因为天体照片必须精确无误。在1926年出版的一本《天文图册》中，详细记录了拍摄天体照片所使用的望远镜的规格、天体照片的曝光时间，等等。除了太阳、月球等明亮天体可以在秒、分级的时间段中拍摄，其他天体的拍摄大多要用几十分钟到几个小时。例如，拍摄一些银河系的局部照片需要曝光3个小时，人马座三叶星云照片需要曝光2．5小时，大熊座星系M101照片需要曝光7．5小时，而猎户座旋涡星系所需要的曝光时间甚至达到10．5小时!
为星星照相
怎样用望远镜拍摄天上的银河和灿烂的繁星呢?简单地说，就是打开天窗，用望远镜寻找到要拍摄的星星并对准，然后把大型照相底片放在望远镜后面的底片盒子里，对着天上的星星照相。不过，不像人们在地面拍摄，使用1／60秒、1／125秒或1／250秒进行曝光，拍摄天上的星星需要进行长时间的曝光，几十分钟、几小时、甚至十几个小时。50多年前，我在紫金山天文台曾用了3个多小时拍摄著名的仙女座星系，可惜冲洗底片时不慎使星像破坏，令我心痛无比1 1995年，“哈勃”望远镜拍摄北斗星附近、距离地球百亿光年(光走1年的距离被称为1光年，约为9．5万亿千米)远处的星系照片时，足足拍了好多天!
由于地球在自转，天上的星星在底片上会留下一道一道的痕迹，为了保证望远镜里面的星星不动，望远镜必须跟着地球转动。望远镜的转动依靠机械装置完成。最早的机械装置是手摇的或者是上发条的，后来有了电动的。但还是不可靠，还要靠人盯着，这叫导星。使用导星镜时，先将星星锁定在镜筒的十字丝上面，然后进行微调，让它保持在中心。过去，天文观测人员用望远镜拍摄天体照片是非常辛苦的事情。如果拍摄一个天体需要曝光10小时，那么观测人员就要在望远镜旁待10小时。为了保证星象成为圆点而不是椭圆，观测人员要用眼睛从望远镜中监视位于十字丝中心的天体，稍有移动就立刻调整。此外，为了使天文观测室中的空气达到最大的宁静，在整个观测时间里，观测室内不可使用电扇或暖气。现在，计算机、大型地面天文望远镜、在太空中飞行的望远镜和无人宇宙飞船(行星探测器)的应用，大大改进了天文观测的条件，促进了天文学的发展。
我相信，未来更好的望远镜将会为我们带来更多更美好的宇宙胜景。
作者简介：李元，1925年6月出生，山西朔州人。曾任《大众天文》总编辑、中国天文学会理事、北京天文馆学术委员、中国科普研究所研究员、中国科普作家协会常务理事等职。1990年获“建国以来有突出贡献的科普作家”称号，1998年获永久编号第6471号小行星被命名为“李元星”的国际荣誉。
婴儿时代的宇宙
如果我们能拍到130 亿光年以外的星球，就表示我们看到了宇宙大爆炸开始时候的景象，也就是宇宙的发端。这张具有划时代意义的照片，是100多亿光年以外的宇宙，也就是说，100多亿光年以外的星球星系都缩影到了这张照片里，让我们一览无余。我们真幸运，能够看到婴儿时代的宇宙，
星云
星云是由星际空间的气体和尘埃组成的云雾状天体，其中的物质密度非常低。星云的形状千姿百态。距离地球1500光年的猎户座星云真是美不胜收，它是人用肉眼所能看到的银河系里最漂亮的一个气体星云、猎户座星云主要由气体组成，它里面的恒星的气体由各种化学元素组成，包括氢、氦、氧、氮等：气体被激发后发出各种不同颜色的光，犹如宇宙中的“霓虹灯”。
揭露天机的望远镜
薛 亭
在晴朗无月的晚上，你站在灯光较暗的郊外高坡上仰望星空时，那些错落有致、疏密得当、亮暗分明、相映成趣的星星使你感到星空的浩瀚和神奇。星光不仅装点着美丽的星空，而且是宇宙的信使，人类的天文知识都是由星光透露的。那么，人类是用什么方法揭示星光奥秘的呢?
古人观天
人类的祖先在很早以前就开始观测天象了。在风扫地月当灯的遥远古代，他们日出而作，日暮而归，过着原始生活。在长期与自然的接触中，他们发现太阳、月亮和星星的位置同天气冷暖和节气变化有关，因而他们注意观天，用天象来安排狩猎和农时，这样就慢慢诞生了古代天文学。公元前2000年左右，苏美尔人和阿卡德人定居在两河流域(今天的伊拉克境内)，在这一时期，他们通过观测星空，发现了水星、金星、火星、木星和土星这五颗明亮行星在天空中的运动。古埃及人在长期观测中发现，天狼星的出现同尼罗河河水泛滥有关，并且根据它们之间的关系推算出一年是365天。古希腊人经过观测，认识到“一旦大角星的光辉在蔷薇色的黎明中闪耀，就到了收获葡萄的季节”。玛雅人则建高台观金星，根据金星出现的位置，选择攻击邻近部落的时间。我国古人更是能根据大熊座(北斗七星)的位置来确定季节：“斗柄东指，天下皆春；斗柄南指，天下皆夏；斗柄西指，天下皆秋；斗柄北指，天下皆冬。”这里的“斗柄”就是“大熊尾巴”。
古人的天文知识是用眼睛获得的，古天文仪器如星盘、日昝和占星表等都是肉眼观天的辅助工具。古人用眼睛加上简单的器具取得了丰富的观测资料，建设了灿烂的古代文明。
光学时代到来
1609年，光学望远镜问世，从此天文学进入了现代时期。光学望远镜是由伽利略引人天文学的，但他并不是望远镜的发明人。据说望远镜的发明人是荷兰一位名叫黎伯希的磨镜师的徒弟。一天黎伯希外出，小徒弟在家无事，拿起几块镜片玩耍，无意间从重叠的镜片中看到一个毛茸茸的凸眼“怪物”正挥舞着前爪向他爬来，他吓了一跳，赶紧把镜片扔掉了。过了一会儿，他又看了一次，才发现原来自己是把在窗户上爬行的一只苍蝇当成了怪物。当他拿起重叠的镜片观察窗外时，发现远处的钟楼一下子全跑到跟前来了。黎伯希回来后，小徒弟把看到的情况告诉了师傅。后来，黎伯希把两块镜片装在一根长长的管子两端，制成了一架放大3～4倍的“幻镜”。1608年10月，他又制成一架放大30倍的双目望远镜。
当这个消息传到伽利略的耳朵里时，他突发奇想：如果让威尼斯人看望远镜，不是更能激起他们的好奇心吗?于是，他尝试着制造自己的望远镜。他凭借热情和道听途说，在从未见到过荷兰望远镜的情况下，制成了一架放大3倍的小望远镜。经过改进后，他又制成放大10倍的望远镜。他带着这架望远镜来到威尼斯进行演示，结果大获成功，不但得到了荣誉，还被加薪晋级。
如果伽利略安于现状，到此为止，他很可能成为一个富翁，过着悠闲的生活，也可能在历史上留下一些注释。然而，他没有这样做。在一个深沉的夜晚，他开始了一场革命——把望远镜对准了月亮。这一举动让他发现，月面并不像人们所想象的那样完美无缺，洁如明镜，而是坑坑洼洼、崎岖不平，整体特征与地球大体相同。
这一发现在当时引起很大震动，许多人认为伽利略是错的，甚至有人说，如果伽利略看到了粗糙的月面，那么就意味着整个月亮被一个透明、光滑、肉眼看不见的晶体覆盖着。在这些聒噪声中，1610年1月7日，伽利略又把放大30倍的望远镜指向了木星，并在木星周围发现了四颗小星。其后几周的观测表明，这些小星是围绕木星旋转的卫星，在现代天文学上称为“伽利略卫星”。
在伽利略生活的年代，当时的教会竭力鼓吹特勒玫的“地心说”，认为所有天体都是围绕地球转的，而伽利略的发现正好与此相反：既然有卫星围绕木星转，怎么能说所有天体都围绕地球转呢?伽利略的观测结果有力地驳斥了“地心说”，支持了哥白尼的“日心说”。接着，伽利略又发现太阳有黑子，土星有“肿块”(后来证明是土星环)，金星形状像月亮(即有从圆变到缺和从缺变到圆的位相变化)，这些发现为科学发展做出了巨大贡献。然而，由于当时教会的黑暗统治，这些科学发现不但没有为伽利略带来荣誉，反而是“罪名”，成为教会迫害他的理由。因为这些发现，伟大的伽利略遭到了终生监禁。不过，乌鸦的翅膀遮不住太阳，科学的宇宙观最终照耀全世界。望远镜很快取代了眼睛，成为400年来天文观测的主要仪器。
现代天文学分为三个发展时期，不同时期使用不同类型的望远镜。从1609年伽利略使用望远镜起至20世纪30年代为第一时期，即光学观测时期。在这一时期，光学望远镜一统天下。
光学观测的辐射波段是可见光，即眼睛能够看见的红橙黄绿青蓝紫等有颜色的光线。可见光只是天体辐射的一部分，在可见光外面，两端都有波段很宽的、人的肉眼看不见的光线，其中波长比红光长的有红外光(或称红外线)、射电波(或称无线电波)，波长比紫光短的有紫外线、x射线和伽玛射线。
天文望远镜与普通双目望远镜不同。后者用来观看近处景物，只要求它能清晰分辨景物细节就行了，对它能否观测到较暗的物体没有严格要求，因此要求它有较大的放大倍数。而天文望远镜则用来观测遥远的星光，一般不要求它有很高的放大倍数，而是要求有很强的收集光线的能力，以观测到较暗的星。这一要求只能用增加望远镜的口径来完成。望远镜的口径越大，收集光线的能力越强。
隐形光线现身
射电天文观测为第二个发展时期，出现在20世纪30年代。1928年，刚刚大学毕业的央斯基在美国贝尔电话实验室研究短波无线电通讯中的干扰因素，他研制了一架接收机和一个长30．5米、高3．66米的“天线阵”。“天线阵”被装在一个基座上面，基座下装有4个轮子，每20分钟绕中心旋转1圈，活像希腊神话中攻 打特洛伊城的木马，人们戏称它为“旋转木马”。央斯基用这个“旋转木马”发现了来自银河系中心的干扰源。
1942年，正值第二次世界大战最激烈的时期。一天，英国防空部队的雷达突然收到一个电波干扰，指挥机关以为敌机要来空袭，急忙发出防空警报，可是警报发出很久也没见到敌机踪影。为了弄清信号的来源，科学家海伊进行了深入研究，结果发现干扰信号不是来自地面，而是来自太阳。类似的例子还有很多。种种迹象表明，天空存在无线电辐射。为了探索天体的无线电辐射，形成了射电天文学。
射电天文观测设备叫做射电望远镜，简单地说，就是一架天线、一部接收机，外加一个资料处理装置。天线接收天体辐射的射电信号，接收机接收天线输出的信号，资料处理装置记录和处理接收机的输出信号。
1937年，雷伯制造了第一架抛物面天线。这是人类第一架观测看不见的光线的“千里眼”。美国射电天文学家充分发挥想象力，在波多黎各阿雷西博镇附近的死火山口建成了305米直径的特大射电望远镜天线。这架望远镜于1963年竣工并投入使用后，为天文学做出了巨大贡献。上个世纪90年代，“月球探测者”飞船发现月亮南极附近的陨击坑里有水冰存在。为了证实这个发现，美国天文学家启动阿雷西博射电望远镜进行观测，结果不仅证实月亮上有水，而且测出了水的含量。
不过，无论是光学观测还是射电观测，都是在地面进行的。由于地球大气的吸收和散射，紫外线、x射线、伽玛射线和大部分红外线被挡在大气之外，射电观测和光学观测因此受到严重限制。
20世纪60年代，天文望远镜终于可以搬上“天”了。空间天文观测把所有天体辐射统统请了出来，形成了全波天文学。这就是现代天文学的第三个发展时期。
空间天文观测有“三新”：天文台台址新，观测仪器新，观测的辐射波段新。空间天文台建在“天上”，建台“地址”是人造卫星、科学气球、运载火箭、载人及不载人飞船、航天飞机和空间站等。现在，科学气球和运载火箭基本不再使用了，使用最多的是天文卫星。
空间天文观测的仪器设备与光学天文观测和射电天文观测迥然不同。空间探测仪器要求体积小，重量轻，能力强，功耗低，结构简单和牢固可靠。空间天文探测不同的辐射使用不同的仪器。例如，“哈勃太空望远镜”观测可见光和红外线，用的是光学望远镜和红外望远镜“康普顿伽玛射线天文台”观测伽玛射线，用的是伽玛射线望远镜；“钱德拉x射线卫星”和“XMM一牛顿天文台”观测x射线，用的是x射线望远镜；“斯匹策红外空间望远镜”观测红外线，用的是红外望远镜。
20世纪70年代，射电天文一举夺得类星体、脉冲星、星际分子和宇宙微波辐射背景四项重大发现，开创了天文观测的新局面。现代天文学的发现几乎都与空间探测有关，黑洞存在的证据、伽玛射线爆的发现、在火星上找到水、一大批土星卫星的发现以及暗能量和宇宙膨胀加速的发现等，都是由空间天文观测完成的。今天，空间天文学的成就大大改变了人类根据地面观测所形成的许多传统观念，把人类的视野伸展到了遥远的宇宙深处。
无与伦比的太空胜景
编译 吴刚
穿越太阳系，飞向星云和星系，寻找恒星诞生的摇篮，观赏恒星死亡时的最后辉煌，造访字宙黑洞“怪兽”，展望宇宙未来命运……“哈勃”所拍摄的绚丽而具动感的画面带领我们探索宇宙深处的秘密。
1990年4月，“哈勃”由美国航空航天局的航天飞机发射升空。这是一台巨大的太空望远镜，重1．1万千克，镜面直径240厘米，在距离地球表面580千米高空的轨道上运行。到目前为止，它以向地面发送无线电波的方式为科学家提供了无数极有价值的图片，特别是近几年来，“哈勃”似乎达到了高产时期，它发回的观测数据使科学家对宇宙的研究取得了突破性的进展。
太空花园
由濒死的恒星抛弃自己的外层大气所形成的天体被命名为行星状星云，之所以这样命名，仅仅是由于从地球上看去它们是球形的，就像行星那样。“哈勃”打碎了这一错觉，但同时又带来了新的奥秘。
如果从纯美学的角度来看，“哈勃”所拍摄的行星状星云照片是无与伦比的。照片中那些缤纷的色彩、闪亮气云的复杂形状，丝毫不亚于地球上那些照管得最好、布局最精细的大花园。
下面这些照片被认为是“哈勃”所拍摄的最漂亮的星云景观。
“哈勃”讲述的我们宇宙的童年往事。
宇宙蚂蚁(图1)
蚂蚁星云的正规名字是“门泽尔3”，之所以又被戏称为“蚂蚁星云”，是因为从地面望远镜看去，它的形状很像是一只蚂蚁。这幅照片揭示了“蚂蚁的身体”像一对火焰瓣从一颗正在死亡的恒星上伸了出来，它打破了人们此前对这只太空“蚂蚁”的错觉，更对人们此前对恒星死亡最后阶段的认识提出了挑战。科学家现在急于弄清的是：为什么一颗球形的恒星能够以如此非球形、却又如此对称的形状喷射气体?
蝴蝶星云(图2)
在距离地球2100光年的蛇夫星座里，一对双星正在以极度危险的近距离“跳舞”。其中．较强健的“舞者”也许正在劫掠“舞伴”身上的物质，并像甩飞盘一样将这些物质抛进太空。天文学家估计，被这个蝴蝶星云排斥掉的气体的逃逸速度高达每秒320千米以上。
沙漏星云(图3)
在“哈勃”拍摄到这张照片之前，沙漏星云的结构从地面看上去就像是一对较大的外环和一个较小的中心环。这张照片则显示．这块星云其实很像一个沙漏，壁上还精雕细凿。这个“沙漏”是怎样形成的?目前仍是一个谜。
老鹰星云(图4)
恒星在死亡过程中抛弃的物质或许会被回收为组成新恒星的材料。距离地球7000光年的老鹰星云就是恒星“产房”的典型代表。在老鹰星云中．低温气柱雄伟壮观地从灰暗的氢分子气云中傲然升起。
南环星云(图5)
南环星云中一颗濒死的恒星照亮了正在膨胀的气云。这颗恒星——图像中央两颗星中亮度较弱的那一颗，目前已经变得比我们的太阳还小，但是又比太阳炽热得多。
开辟新纪元
2002年4月，“哈勃”又新添了一只新的“慧眼”。这一次，航天飞机为“哈勃”安装了一架新的高精度数字照相机——“高级探测照相机”，还完善了“哈勃”的供能系统。这样一来，“哈勃”如虎添翼，洞察太空的能力更上一层楼。“高级探测照相机”拍摄的第一批照片，就让天文学家们惊诧不已。当时一位天文学家这样评价：尽管“哈勃”在这之前已经拍摄了12年的宇宙照片，为科学做出了12年的伟大贡献，它的新相机却在提示我们：实际上我们一切都还未看到。
气柱升腾(图6)
在距离地球2500光年的麒麟星座中，一根巨型红色气柱正在升腾而上。“哈勃”的新相机捕捉到了所谓的“锥形星云”，天文学家相信这块星云 正是一个新恒星的“孵化器”。这张照片显示的是这块星云中上面2．5光年范围内的情况。
太空调色板(图7)
欧米加星云的大小是太阳系的3500倍。在这个星云中，从发光气体的艳丽“地毯”上正在诞生新的恒星，而发光气体则躺在冷暗的氢云中。这个区域也被称为“天鹅星云”，它位于距离地球5500光年的射手星座。来自年轻大质量恒星的炽热紫外辐射将这块星云照亮，其中每颗恒星都比太阳大30倍以上，炽热6倍以上。照片中的蓝、绿、红色是由高能氢、氮、氧和硫造成的，其中的红光源于氢和硫。
宇宙碰撞(图8)
在距离地球3亿光年之远的地方，两个螺旋状星系正位于相互碰撞的轨道上。在几十亿年之后，银河系和它的近邻——仙女座也可能发生可怕的相撞。星系碰撞之后，最终会合并成一个巨大的新星系。这个星系被称为“老鼠”．这是因为每个碰撞星系的巨大引力都会从对方星系中拖曳出气体和恒星物质，所以看上去这些恒星就像是长出了尾巴的老鼠。
太空蝌蚪(图9)
天龙星座距离地球4．2亿光年。尽管4．2亿光年的距离遥远得让人难以想象，“哈勃”的新相机却发现那里有一个形状怪异的螺旋形星系，科学家将这个星系戏称为“蝌蚪”。蝌蚪星系的尾巴的长度竟达28万光年，科学家怀疑这是由一个入侵的高密度炽热星系的引力所致。在这幅照片中，这个“入侵者”位于“蝌蚪”的左上角。不过，最让科学家感兴趣的．却是背景中可见的大约6000个星系．其中很多星系都是在宇宙大爆炸刚刚结束之后形成的，而大爆炸被认为是宇宙的创生原因。“哈勃”的旧相机曾在1995年拍到过一张当时被认为是很了不起的照片，因为照片上有不少的星系。然而，“哈勃”的新相机只用了不到旧相机1／12的时间，就拍到了比旧相机所拍多一倍的星系。
恒星的生与死
所有的恒星都会经历从诞生到死亡的演化过程，而且古老恒星的死亡之地也正是新恒星的诞生之地，这正是宇宙的无比奇妙之处。“哈勃”迄今为止取得的最大成就之一，就是拍摄到了恒星“产房”的照片。NGC 3603星系中的恒星“产房”是其中最有名的(图10)。
尽管巨大的NGC 3603星云中动荡不安，但并不妨碍恒星“婴儿们”的稳定出生。该星云中的一个安全地带就是图像中高耸的气柱，这些气柱能抵御星云中狂暴的辐射——这些辐射是核聚变的副产品，正是核聚变让恒星灿烂发光。尽管外面风暴肆虐，气柱内部的气体和尘埃却能降温固化成块，最终坍缩形成恒星。
星云中新恒星的第二个来源是被称为“波克球”的尘埃和气体云团，这些云团密度很高，并且像洋葱一样分层。假如波克球的外层尘埃能通过吸收辐射来保护内部，那么内层就可以降温至大约零下263摄氏度。哪怕这些降温的气体和尘埃以超音速搅动，它们也会向波克球的中心聚集。就这样，一个波克球能“孵化”不止一颗恒星。波克球“孵化”恒星的原理是：在波克球内部，首先形成由气体和尘埃构成的密实而低温的内核；接着，内核的引力吸引更多的气体和尘埃；最终，内核在自身重量下坍缩，变成一个大质量的旋转球体。就这样，一颗体积尚小的恒星“胚胎”便成形了。
如果这个恒星“胚胎”要想最终诞成恒星，它就必须在辐射风暴攻破自己所在的波克球外部防线之前更迅速地收集能源。每个恒星“婴儿”都会继续收集能源，直到自己变得足够重、足够热，以至于自己身上的氢原子开始聚合并散发辐射，至此，才最终形成真正意义上的恒星。恒星引力控制范围内剩余的气体和尘埃则逐渐平整成“原始行星盘”，环绕恒星的赤道运行。通常，原始行星盘会聚合成太空“石头”——包括彗星、小行星和行星等。
黑洞证据
在NGC 3603星系中，至少有10颗恒星的体积在太阳的100倍以上，或许还有10000颗以上的恒星大小跟太阳相仿。为何会出现这样的情况呢?至今仍是一个谜。
在这幅NGC 3603星系照片上，最明亮的恒星是Sher 25星，它在走向死亡的路途中“独辟蹊径”——其“死亡悸动”已经在其赤道附近形成了一个环，其两极上空还各有一个正在膨胀的球形气泡。当Sher 25最终发生超新星爆发时，其外层气壳将以每秒钟数千千米的高速向外部喷射物质并被撕裂。这颗恒星的每一个碎片届时都将收集太空中的稀薄气体，聚合成新的气团。随着每个气团的降温，其中一些气体会凝固成尘埃，而这些具有保护作用的尘埃则让气体进一步降温。于是，又一轮造星大潮开始了。
心大星(图11)
在这张星云照片的上半部分，充满了反射自炽热恒星的蓝色光晕。这些恒星位于一个巨型低温尘埃气云附近，这一气云正是这些恒星的诞生地。占据这张照片下半部分的，主要是红巨星一一心宿二，也称心大星、大火、天蝎座α星。它是一颗巨大的、可变化的红色双星，也是天蝎座最亮的星，距地球约424光年。
猫眼星云(图12)
猫眼星云其实是个俗称，其正规名字是NGC6543，它也是迄今为止观测到的最复杂的行星状星云之一。猫眼星云的“心脏”可能有一个双星系统，其中一颗恒星正在死亡，抛出它的大气，而双星相互绕行“舞蹈”，形成了星云的复杂结构。猫眼星云被认为是濒死恒星最终演化过程的可见的“化石记录”。
“探照灯光柱”(图13)
这张卵形星云照片，显示了环绕一颗濒死恒星的“探照灯光柱”和多重亮弧。
NGC 3372星云(图14)
NGC 3572星云的腹心结构复杂。这个星云在1838年首次得到详尽描述，当时，英国天文学家赫歇尔看见了位于这张照片上半部分的明亮圆壳。这个壳往南延伸，形成了锁眼形状的星云。
黑洞：无底的深渊
没有人见过黑洞，并且永远也不可能有人目睹黑洞。但是，天文望远镜观测告诉我们，黑洞的存在是确定无疑的事实。其实，直到1998年都没有人敢肯定地说“黑洞存在”。就在这一年，美国天文学家想办法将设在夏威夷的凯克望远镜对准了银河系中心的恒星(在此之前，因为距离地球过于遥远，那里的恒星从地球上看去也过于暗弱，无法被探测)。天文学家观察到银河系中心的恒星运动之快简直堪称疯狂，由此推知它们所环绕的物体的质量之大——比太阳的质量大250万倍以上。什么不可见的物体会有这么大的质量?只有黑洞。现在，就让我们来看一看“哈勃”所提供的黑洞证据。
黑洞尘埃(图15)
在这幅照片中显示了一个螺旋状的尘埃盘，它正在被NGC 4261星系中心的一个超大质量黑洞吞噬。据天文学家估算，这个位于尘埃盘中心的黑洞的质量是太阳的120亿倍，其体积却比太阳系大不了多少，足见其密度之高。
宽边帽星系(图16)
在著名的宽边帽星系中央，正在发生着极富活力的事件，因为“哈勃”探测到那里有超量的×射线发出。这些×射线，再加上该星系中央恒星快得离谱的运行速度，让许多天文学家相信在宽边帽星系的中心存在黑洞。