宇宙中有许多“放大镜”？

寒木钓萌

前段时间，科学家们使用大型射电望远镜观测到120亿光年外的“火环”星系，图像很是震撼。那么，宇宙中真有“火环”星系吗？没有，它只是引力透镜的结果，那什么又是引力透镜？它能带来哪些宇宙的奥秘？

引力透镜小史

熟悉爱因斯坦的人都知道，引力透镜是他一人弄出来的。

1911年，在广义相对论还没有被提出来时，爱因斯坦就发表了《关于引力对光传播的影响》，文章指出，光线经过太阳附近时由于太阳引力的作用会产生弯曲。弯曲的角度他也算出来了，并预言这一现象可以在日全食时进行观测，同时鼓惑大家前去验证。

德国天文学家弗劳德响应号召，带队历尽艰辛前去一个小岛观测，但由于第一次世界大战爆发，观测没有顺利进行。

这次不成功的观测可真是帮了爱因斯坦大忙，因为，他算错了！

暗自庆幸的爱因斯坦快马加鞭，赶紧研究广义相对论，1916年，广义相对论横空出世，“本想”一举成名，然而却没有。因为没几个人理解他的理论，除了学术界，普通大众知道他的，恐怕也就是他的亲戚朋友了。

1917年爱因斯坦大病之后，坦然地向朋友们说：“我死不死无关紧要。广义相对论已经问世了，这才是真正重要的。”

这次他没有算错，爱因斯坦根据广义相对论，重新做了计算，准确算出了光线通过太阳时的偏折角度，于是，他再次号召大家前去验证。

这次，响应号召的是英国天体物理学家爱丁顿，1919年，爱丁顿率队，跋山涉水，终于在日全食时，观测到了光线经过太阳的偏折，并且偏折角度跟爱因斯坦预言的角度一样。

从此，爱因斯坦出名了，知道他名字的不再是学术界那些人，而是全世界。

爱丁顿也出名了，他很自豪。传说，在一次宴席上，有一位客人对他说：“教授，听人说世界上只有三个人……不，只有两个半人懂相对论。爱因斯坦当然是一个，教授，你也是一个。”

“嗯，不……”爱丁顿带着沉思的神情摇了摇头。

“教授，不必谦虚，大家都这么说的。”

“不，我是在想，那半个人是谁。”

瞧，引力透镜的本质就是，光线由于大质量天体的引力而发生偏折。但这还不是引力透镜的全部。

当爱丁顿把他的预言实现以后，爱因斯坦进一步意识到，在合适的条件下，人们会看到一个单一来源的多个图像，并把这种现象称为“引力透镜”或“重力海市蜃楼”。

然而，爱因斯坦在琢磨“引力透镜”的时候，只考虑了单颗恒星引力带来的效果，所以，他叼着烟斗，断言：引力透镜这种现象很可能在可预见的未来无法观测。

这下，爱因斯坦又失算了一回。

1937年，瑞士天文学家弗里茨·兹威忽然脑洞一开，他想，既然恒星引力能对光线偏折，那么，巨大的、有千亿颗恒星的星系更能左右光线了。当遥远天体的光从星系旁经过时，产生的引力透镜现象应该能被观测到。

直到1979年，爱因斯坦和弗里茨·兹威预言的引力透镜现象才被发现，这就是“双星体”。图中的星体A和星体B是同一个星体，这个星体和地球之间有一个大质量的天体（例如黑洞）扭曲了光线，使我们看到了两个影像。

爱因斯坦十字

引力透镜不只能产生两个影像，条件合适的时候，它能产生四重影像。外围的四个影像，再加上中间的，也就是夹在后端天体与地球之间的前景星系，共同组成了“十”字状，这被称为“爱因斯坦十字”。

2015年3月，加州大学的科学家在哈勃望远镜的数据库中发现了93亿光年外的超新星爆发，有趣的是，由于引力透镜，超新星“一分为四”。

爱因斯坦环

除了“双星体”和“爱因斯坦十字”，引力透镜还会让一个天体产生更多个影像，如果条件合适，多个影像必然会连在一起，构成一个环，即爱因斯坦环。

这就是前段时间，科学家们观测到的120亿光年外的“火环”星系，它是“爱因斯坦环”的最好例证，如果爱因斯坦活到今天，看到这张图后，他应该很高兴。

引力透镜的意义

对于普通大众来说，引力透镜不过就像个宇宙中的神奇魔术而已，但对于天文学家来说，它非常重要，这是爱因斯坦留给人类探索宇宙的一个非常重要的工具。

作用之一：放大镜

通过以上的例子，我们知道，处于一个大质量天体后方的光源，其亮度和形态都会受到放大或者变形。而“放大”的效果非常管用，因为这相当于宇宙为我们提供了一个个放大镜，本来，即使穷尽我们目前望远镜技术的极限，也看不到的天体，但是因为引力透镜，结果被我们看到了。很多系外行星，就是这样被发现的。

作用之二：质量测量

光的偏折是由引力带来的，而引力的大小，又是由物质的质量决定的。所以，引力透镜在当今天体物理中最拿手的好戏是“质量测量”。几十亿光年之外的星系、类星体等，我们要想直接测量它们的质量真是很难。因为你看到的星系，也许并不是星系的全部，里面的暗物质你是看不到的。

但是，如果其后端有天体的光射来，被星系偏折并射向地球后，被我们看到，天文学家就能根据光的偏折程度和其他参数估算出星系或类星体的质量大小了，此方法简单有效，非常好用。

以上还告诉我们一个事实，引力透镜是研究宇宙暗物质的好帮手。

除了以上介绍的两个应用，其实，引力透镜还有很多，未来还会有更多应用。

看似毫无线索的疑案，最高明的侦探能根据最细微的蛛丝马迹，顺藤摸瓜，抓到凶手。

把凶手和宇宙的奥秘类比有点不合适，但是高明的侦探和高明的天文学家却是类似的，宇宙广袤无边，无数的奥秘等着人类去揭开，而引力透镜，就是人类探索宇宙的好帮手，在寻找系外行星、研究暗物质等方面，它常常就是那“蛛丝马迹”。

（本文转自百度知道日报）