以哈伯望远镜观测的经典天文照片
哈伯太空望远镜（Hubble Space Telescope）在 1990 年 4 月 24 日发射升空，今日（2020 年 4 月 23 日）欢庆 30 周年。这座举世闻名的望远镜，以前所未有的解析度与灵敏度，让人们窥见宇宙中许多天体的真面目。
哈伯望远镜网站[1]上，经常公布五彩缤纷的天文照片。大家可能不知道，许多经典的天文照片，幕後推手是中央研究院天文及天文物理研究所所长朱有花。朱有花在 2014 年返回台湾之前，是美国伊利诺大学天文系教授，长期使用哈伯望远镜进行研究。她拍的许多天体影像，经过哈伯望远镜後制团队巧夺天工之手，变成网路上广为流传的经典照片。
朱有花的一件得意作品，是 NGC 3603 星云的照片。这张照片在 2000 年 1 月登上《国家地理杂志》封面。朱有花说，当时她刚好有订阅杂志，收到杂志才发现，封面竟然是自己的观测影像，於是立刻打开来看，想知道内文如何介绍他们的成果。结果发现书中内容与这张照片毫无关系，只是因为杂志编辑很喜欢这张照片，而将它放在封面。
经典天文照片，藏着对宇宙的问题与解答
哈伯望远镜拍摄的照片不只是美丽，更重要的是提供许多科学讯息。在 NGC 3603 星云照片的左上角（杂志封面的字母 G 上方）有一颗蓝超巨星，与着名的超新星 1987A 的前身星相似。早先地面望远镜在这颗星周围侦测到恒星抛出的物质，引起朱有花的兴趣，於是她利用哈伯望远镜的高解析度，看见了清楚的环状构造，发现半径与超新星 1987A 周围的环相近。朱有花认为，这颗蓝超巨星大概很快就会爆炸，说不定会成为 21 世纪银河系内的第一颗超新星！
在 NGC 3603 星云的照片中间，还可看到一个星团，而星团中的大质量恒星把周围气体吹出一个气泡。恒星风吹出的气泡，也是朱有花利用哈伯望远镜研究的重要课题。
「大质量恒星都会吹出气泡吗？」朱有花在 1976 年读博士班的时候，就提出这个问题。理论上，大质量恒星都会吹出气泡，然而大多数恒星的影像中，都无法看到气泡。到了 1990 年代，朱有花就想，假如气泡真的存在，那哈伯望远镜总该看得到了吧！
然而观测结果出炉後，却发现仍然看不见气泡。不过，朱有花利用光谱做动力学分析，确实找到了膨胀的气泡。原来是因为气泡膨胀速度太慢，约每秒 10-15 公里，只比宇宙中游离化气体的声速快一点（相较於地表，这些气体密度很低、温度很高，因此声速快很多），因此震波（shock wave）微弱，不容易用影像拍摄的方式侦测。简而言之，气泡真的存在，只不过拍照拍不出来。经过 25 年努力，朱有花的疑惑终於得到解答！
朱有花也曾用哈伯望远镜，尝试在超新星残骸 N63A 寻找气泡，结果没有看到气泡，却看到许多微小的云气团块。这些团块被超新星残骸快速膨胀的震波侵袭、加热，正在蒸发。这个奇特的现象，让人们窥见星云之中复杂的交互作用。哈伯拍摄到的 N63A 影像相当特殊，但仅能看到云气团块，无法看到超新星残骸的球形外壳，需要 X 射线望远镜才能掌握全貌。
2014 年回到台湾後，朱有花主持科技部计画，利用哈伯望远镜的资料研究 Ia 型超新星残骸的起源。Ia 型超新星的爆炸机制，目前有两种主流的说法：「一颗白矮星吸取伴星的物质而爆炸」，以及「两颗白矮星合并而爆炸」。如果以第一种机制爆炸，伴星理论上会存活下来，因此若能找到存活的伴星，就是第一种机制的重要佐证。2017 年，朱有花与指导的学生李传睿（现为中研院天文所博士後研究）合作，在超新星残骸 N103B 寻找存活下来的伴星，找到一颗可能是伴星的星球，并在《天文物理期刊》发表成果。
想使用哈伯望远镜，先提出观测计画
朱有花能够用哈伯望远镜拍摄这麽多影像，并非易事。事实上，想要使用哈伯望远镜，必须先提出观测计画，与全世界天文学家激烈竞争，以 2019 年来说，只有不到 20% 的观测计画通过。朱有花说，竞争到最後还是有点运气成分，许多自认完美的计画最後失败了，反而有些仓促完成的计画书，竟然无心插柳柳成荫。光是争取望远镜时间，天文学家就有不少甘苦谈。
除了主动争取观测时间之外，朱有花也常利用哈伯的资料库做研究。笔者在朱有花老师门下，亦有从资料库中挖到宝的经验。哈伯望远镜 30 年来累积了大量珍贵的数据，仍蕴藏许多人们未曾发掘的资讯。
哈伯望远镜拍摄的每一张美丽照片，背後都有天文学家的艰辛，以及丰富的科学内涵。欣赏照片的同时，不妨试着了解，人们如何透过这些照片，认识宇宙精彩的面貌。
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[1] hubblesite.org/