哈勃望远镜看到早期宇宙（距离地球50亿光年）

你认为宇宙中存在着一模一样的星系吗？相信许多人都会给出否定的答案，因为这种概率实在是太低了，巧合在星系这种庞大结构中出现基本不可能。在2013年时，美国的天文学家，蒂莫西·汉密尔顿却通过哈勃望远镜发现了这样神奇的存在，这两个极度相似的星系也被称为“汉密尔顿天体”。

一模一样的天体？

实际上，除了这个奇怪的发现以外，科学家还在距离地球50亿光年的地方，使用哈勃望远镜拍到了爱因斯坦十字。当它出现在人类眼前时，大家都无法想象，它真的会在现实中存在。那么，爱因斯坦十字到底是什么呢？难道宇宙中真的有一模一样的星系？

未经过处理的“爱因斯坦十字”

下面就从哈勃发现爱因斯坦十字的事件以及引力透镜效应，来为大家解答以上问题，看看宇宙中是否真的有“多胞胎”存在。那么，就先让我们一起来看看“爱因斯坦十字”到底是何模样。

爱因斯坦十字

爱因斯坦应该是大家最熟悉的科学家之一了，虽然他的理论过于高深，我们普通人很难理解，但这并不妨碍他成为“传奇”。爱因斯坦最神奇的地方在于，他就像是一个预言家，他生前留下的诸多理论，在其死后的五十多年以来，一一被印证。这些证据有时也会以他的名字来命名，彰显他对世界做出的贡献，爱因斯坦十字正是这样的存在。

爱因斯坦

爱因斯坦十字也叫作爱因斯坦十字架，它位于飞马座内，主要由它和较远的一个类星体四重影像组成，远远看去就像是一个“十字架”。爱因斯坦还在世时，观测条件并不足以发现这个证据。直到他去世40年左右，也就是上世纪的90年代，哈勃望远镜才拍摄到了天龙座星系团出现的引力透镜效应照片，不过这还不是“爱因斯坦十字”。

真正的爱因斯坦十字是在2014年11月11日，从事分析工作的天文学家，在整理哈勃望远镜收集的图片时才发现的。刚被发现时，大家都无法想象，原来它真的存在。从这张图片可以看出，有五个蓝色的光斑，其中中间的那个要大一些，剩下的四个光斑围绕着它。中间这个大一些的光斑正是一个距离地球50亿光年的星系团。这种有趣的排列组合，看起来就如同一个十字架，因此被人们叫做爱因斯坦十字。

这个十字，无疑证明了爱因斯坦在广义相对论当中提出的引力透镜效应，虽然这时他已经离开人世，却不妨碍其预言成为定论。而这时许多人肯定好奇，那么这些光斑是一模一样的星系吗？不是的，它们只是幻象而已，就像我们在生活中看到的“海市蜃楼”，这些幻象实际都来自同一个星系或者星系团。

其形成正是与爱因斯坦提出的引力透镜效应有关，那么什么是引力透镜效应？它对于我们观测宇宙又有怎样的用处呢？

引力透镜原理

从爱因斯坦的广义相对论可以看到，他认为光线在引力场当中会发生偏折现象。而这就意味着，当背景光源的光发出之后，如果在前面有着黑洞或者星系团的存在，那么强大的引力场就会让光线汇聚并且弯曲。所以，我们看到的多个光斑，就是光线受引力场弯曲之后形成的幻想，并不是真的。

宇宙光斑

虽然我们常说照片和本人之间还是有差距的，但是对于距离较远的天体，使用引力透镜效应呈现出的“像”去分析它本身以及这个“照相机”，还是很不错的。爱因斯坦作为天才代表，可不仅仅只是提出了这个效应的原理，他甚至对引力透镜效应进行了定量计算。

引力透镜

资料显示他以太阳为例子计算出如果一束光要被太阳会聚到一个点，这个点与太阳的距离是地球与太阳距离的542倍。因此他认为，恒星级天体的引力对光的折射效应太弱了，产生的引力透镜效应不可能被观测到。

不过，当我们的观测尺度上升到宇宙就不一样了。毕竟大家抬头看向夜空时都能看到无数恒星闪烁，因此宇宙当中无数恒星聚集成的星系，完全可以作为一个好用的“放大镜”。更不用说，宇宙之中还有黑洞的存在，其形成引力场还不是易如反掌的事情。

银河系中被发现的黑洞

那么，引力透镜这个放大镜的存在，对于我们探索和研究宇宙有什么用处吗？首先，就是它能够充当“望远镜”，因为上文中我们就说了，它能够聚集背景天体发出的光，这些天体往往距离地球特别远且光芒比较暗淡。如果我们想直接依靠设备观察到它们是很难的，但是有了引力透镜这个放大镜的存在就简单多了。

天文学家现已着手观测一个距地100亿光年的超大黑洞，放大后的观测距离相当于月球观测距离的13倍，是任何望远镜也无法达到的效果，其观测效果相当于在500万公里外观察一枚一欧元的硬币。

大型黑洞

其次就是引力透镜是由透镜体投影的二维质量分布决定的，所以我们能通过这一性质来探索宇宙物质的分布，从而分析出宇宙中质量团块分布的结构和演化。

总之，引力透镜效应的妙用很多，未来科学家可能会在探索中找到它的更多用处，这对于我们研究宇宙是一个好消息。

此外，除了爱因斯坦十字和文章开头就提到的汉密尔顿天体能够作为证明引力透镜效应存在的证据。科学家还在探测中发现了爱因斯坦环，相比于十字的形状，这个圆环看上去更加的神奇。

爱因斯坦环

当然了，发现爱因斯坦环的依旧是哈勃望远镜。它在2004年8月到2005年3月的巡天观测中，一共发现了8个爱因斯坦环，不过清晰度有所差别。最清晰的尾羽蛇夫座，前置天体和地球的距离为26亿光年，背景天体则远在55亿光年以外。

因为其特殊的造型，许多人将之称为太空中的爱情信物。想象一下，这枚“独特的戒指”正是宇宙送给我们的礼物，它已经在这里存在很久了，一直默默等待着人类观察到它。

宇宙与“浪漫”二字总也脱不开关系

引力透镜帮助人类探索暗物质

大家都知道，宇宙的广阔超乎我们的想象。因此在这之中有许多大质量结构的存在也很正常，不过科学家一直很疑惑，到底是什么“束缚”住了这些结构，使得它们没有随着运动而散架。

以我们所处的银河系为例，从图片上来看，它就是由一个圆盘和几条旋臂共同构成的，并且一直处在位移当中。那么，为什么银河系存在这么多年，没有在运动之中“散架”，而是一直和之前的样子所差无几呢？

银河系的结构

这时暗物质就进入了我们的视野，这种无法被望远镜观测到，被称为宇宙幽灵的东西广泛分布在宇宙当中。根据估算，暗物质的总量是普通物质总量的五倍还多，因此它们可能才是真正固定宇宙大尺度结构的“骨架”。

虽然我们知道暗物质存在，但却一直苦于无法用望远镜观察它们，所以暗物质探测进展十分缓慢。但是引力透镜效应可以帮助我们探测暗物质，因为科学家可以靠着分析这类重影的图片，绘制出其中的暗物质环。

宇宙中的暗物质

2007年1月, 欧洲和美国的科学家首次公布了局部宇宙空间暗物质分布的三维图，这项成果由70位天文学家共同完成。他们分析了哈勃望远镜花1000小时拍摄的575幅照片, 找出50万个受引力透镜效应畸变的星系。

由目前得到的成果来看，引力透镜效应的用处确实非常明显。期待未来我们可以通过它，观察到宇宙中更多的暗物质，解开宇宙大质量结构形成的谜题，待到那时银河系的“前世今生”的画卷，也将呈现在人类眼前。

2007年1月, 欧洲和美国的科学家首次公布了局部宇宙空间暗物质分布的三维图，这项成果由70位天文学家共同完成。他们分析了哈勃望远镜花1000小时拍摄的575幅照片, 找出50万个受引力透镜效应畸变的星系。

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