宇宙中有許多“放大鏡”？

寒木釣萌

前段時間，科學家們使用大型射電望遠鏡觀測到120億光年外的“火環”星系，圖像很是震撼。那么，宇宙中真有“火環”星系嗎？沒有，它只是引力透鏡的結果，那什么又是引力透鏡？它能帶來哪些宇宙的奧秘？

引力透鏡小史

熟悉愛因斯坦的人都知道，引力透鏡是他一人弄出來的。

1911年，在廣義相對論還沒有被提出來時，愛因斯坦就發表了《關于引力對光傳播的影響》，文章指出，光線經過太陽附近時由于太陽引力的作用會產生彎曲。彎曲的角度他也算出來了，并預言這一現象可以在日全食時進行觀測，同時鼓惑大家前去驗證。

德國天文學家弗勞德響應號召，帶隊歷盡艱辛前去一個小島觀測，但由于第一次世界大戰爆發，觀測沒有順利進行。

這次不成功的觀測可真是幫了愛因斯坦大忙，因為，他算錯了！

暗自慶幸的愛因斯坦快馬加鞭，趕緊研究廣義相對論，1916年，廣義相對論橫空出世，“本想”一舉成名，然而卻沒有。因為沒幾個人理解他的理論，除了學術界，普通大眾知道他的，恐怕也就是他的親戚朋友了。

1917年愛因斯坦大病之后，坦然地向朋友們說：“我死不死無關緊要。廣義相對論已經問世了，這才是真正重要的。”

這次他沒有算錯，愛因斯坦根據廣義相對論，重新做了計算，準確算出了光線通過太陽時的偏折角度，于是，他再次號召大家前去驗證。

這次，響應號召的是英國天體物理學家愛丁頓，1919年，愛丁頓率隊，跋山涉水，終于在日全食時，觀測到了光線經過太陽的偏折，并且偏折角度跟愛因斯坦預言的角度一樣。

從此，愛因斯坦出名了，知道他名字的不再是學術界那些人，而是全世界。

愛丁頓也出名了，他很自豪。傳說，在一次宴席上，有一位客人對他說：“教授，聽人說世界上只有三個人……不，只有兩個半人懂相對論。愛因斯坦當然是一個，教授，你也是一個。”

“嗯，不……”愛丁頓帶著沉思的神情搖了搖頭。

“教授，不必謙虛，大家都這么說的。”

“不，我是在想，那半個人是誰。”

瞧，引力透鏡的本質就是，光線由于大質量天體的引力而發生偏折。但這還不是引力透鏡的全部。

當愛丁頓把他的預言實現以后，愛因斯坦進一步意識到，在合適的條件下，人們會看到一個單一來源的多個圖像，并把這種現象稱為“引力透鏡”或“重力海市蜃樓”。

然而，愛因斯坦在琢磨“引力透鏡”的時候，只考慮了單顆恒星引力帶來的效果，所以，他叼著煙斗，斷言：引力透鏡這種現象很可能在可預見的未來無法觀測。

這下，愛因斯坦又失算了一回。

1937年，瑞士天文學家弗里茨·茲威忽然腦洞一開，他想，既然恒星引力能對光線偏折，那么，巨大的、有千億顆恒星的星系更能左右光線了。當遙遠天體的光從星系旁經過時，產生的引力透鏡現象應該能被觀測到。

直到1979年，愛因斯坦和弗里茨·茲威預言的引力透鏡現象才被發現，這就是“雙星體”。圖中的星體A和星體B是同一個星體，這個星體和地球之間有一個大質量的天體（例如黑洞）扭曲了光線，使我們看到了兩個影像。

愛因斯坦十字

引力透鏡不只能產生兩個影像，條件合適的時候，它能產生四重影像。外圍的四個影像，再加上中間的，也就是夾在后端天體與地球之間的前景星系，共同組成了“十”字狀，這被稱為“愛因斯坦十字”。

2015年3月，加州大學的科學家在哈勃望遠鏡的數據庫中發現了93億光年外的超新星爆發，有趣的是，由于引力透鏡，超新星“一分為四”。

愛因斯坦環

除了“雙星體”和“愛因斯坦十字”，引力透鏡還會讓一個天體產生更多個影像，如果條件合適，多個影像必然會連在一起，構成一個環，即愛因斯坦環。

這就是前段時間，科學家們觀測到的120億光年外的“火環”星系，它是“愛因斯坦環”的最好例證，如果愛因斯坦活到今天，看到這張圖后，他應該很高興。

引力透鏡的意義

對于普通大眾來說，引力透鏡不過就像個宇宙中的神奇魔術而已，但對于天文學家來說，它非常重要，這是愛因斯坦留給人類探索宇宙的一個非常重要的工具。

作用之一：放大鏡

通過以上的例子，我們知道，處于一個大質量天體后方的光源，其亮度和形態都會受到放大或者變形。而“放大”的效果非常管用，因為這相當于宇宙為我們提供了一個個放大鏡，本來，即使窮盡我們目前望遠鏡技術的極限，也看不到的天體，但是因為引力透鏡，結果被我們看到了。很多系外行星，就是這樣被發現的。

作用之二：質量測量

光的偏折是由引力帶來的，而引力的大小，又是由物質的質量決定的。所以，引力透鏡在當今天體物理中最拿手的好戲是“質量測量”。幾十億光年之外的星系、類星體等，我們要想直接測量它們的質量真是很難。因為你看到的星系，也許并不是星系的全部，里面的暗物質你是看不到的。

但是，如果其后端有天體的光射來，被星系偏折并射向地球后，被我們看到，天文學家就能根據光的偏折程度和其他參數估算出星系或類星體的質量大小了，此方法簡單有效，非常好用。

以上還告訴我們一個事實，引力透鏡是研究宇宙暗物質的好幫手。

除了以上介紹的兩個應用，其實，引力透鏡還有很多，未來還會有更多應用。

看似毫無線索的疑案，最高明的偵探能根據最細微的蛛絲馬跡，順藤摸瓜，抓到兇手。

把兇手和宇宙的奧秘類比有點不合適，但是高明的偵探和高明的天文學家卻是類似的，宇宙廣袤無邊，無數的奧秘等著人類去揭開，而引力透鏡，就是人類探索宇宙的好幫手，在尋找系外行星、研究暗物質等方面，它常常就是那“蛛絲馬跡”。

（本文轉自百度知道日報）