“引力透镜：宇宙中的放大镜”

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来自蓝银河的光在通过明亮的红星系时，被后者的重力透镜效应扭曲成了近乎完美的环形爱因斯坦环。 这个银河是2007年由斯隆数字巡视望远镜发现的，哈勃太空望远镜在随后的观测中发现了这个不完整的环。 hubble/nasa/esa/sts

天文词典

我们知道，一束光通过棱镜和透镜，光的传播路径就会发生变化。 这就是折射。 我们平时看到的镜片是放大镜、老花镜采用的凸透镜、近视眼镜采用的凹透镜。 其实，除了常见的玻璃外，物体的引力也可以改变光的前进方向。 天体的强引力也有可能形成引力透镜现象。 最近，美国天文学家宣布，利用斯皮策空间望远镜和地面望远镜研究了罕见的微重力透镜，发现了一对褐矮星双星。

大质量天体弯曲光

爱因斯坦的理论认为，重力产生的原因是物质的质量在周围的空之间和时间弯曲，光通过被物体弯曲的空之间则弯曲，产生偏差。 基于这一理论，爱因斯坦还考虑了当光源和观测者之间正好有物体时，该物体产生的引力是否会像凸透镜一样会聚这一问题。 如果是这样的话，这个天体就是重力透镜。 经典力学也能得出这个结论，但只有爱因斯坦创立的相对论才能正确计算出光线受物体重力偏转的立场。

爱因斯坦是第一个定量计算重力透镜效果的人。 他以太阳为例，计算出如果光聚集在太阳上，该点与太阳的距离将是地球与太阳的距离的542倍。 这是因为他们认为恒星系天体重力对光的折射效果太弱，观测不到产生的重力透镜效果。

但宇宙的天体系统并不都是单一恒星。 当上千亿恒星凝聚而成的星系制造重力透镜时，折射效应就变得明显了。 而且，由许多银河组成的星团会产生更强的重力透镜现象。 作为重力透镜运动的星团和星团分别被称为透镜星团和透镜星团。

通过镜片银河和镜片星团，遥远的银河和恒星会产生两个、四个甚至多个像。 光源、镜片星团或星团、观测者三者几乎连成一条直线后，就会形成对称分布在镜片银河或星团周围的四重像或圆环，分别称为爱因斯坦十字架和爱因斯坦环。 在某些情况下，透镜星系周围形成短弧缺失的马蹄形结构或短弧。

1979年，天文学家利用美国基特峰天文台的2.1米望远镜，首次观测到恒星通过引力透镜效应形成的双重像。 这是最初发现的重力透镜现象。 第一个完美的爱因斯坦环于1998年被哈勃太空望远镜观测到，命名为b1938+666。 在单点重力透镜的观测图像中，不完整的弧线和多重像散布在透镜星团和星团的周围，非常壮观。

星团作为重力透镜，会给超新星和个别恒星带来重力透镜效果，让观测者看到超新星和恒星的多重像。 年，一个国际集团利用哈勃太空望远镜首次观测到透镜星系在超新星上产生4个像，正好形成爱因斯坦十字架，分布在透镜星系周围。 这个镜片银河位于巨大的星团中，这个星团本身也成为重力镜片。 根据理论计算，镜片星团将这颗超新星变成了三个像，其中一个镜片银河将这三个像中的一个变成了四个像。 因为这颗超新星产生了六个像。 之后，同一小组调查了重力透镜超新星的图像，通过重力透镜发现了亮度明显放大的恒星，后者也成为了观测到它的最远的单一恒星。

透镜效应辅助宇宙学研究

随着观测技术的飞速发展，天文学家不仅可以观测到当年爱因斯坦认定无法观测的恒星级重力透镜所产生的效果，还可以观测到围绕恒星的行星所产生的更弱的重力透镜效果。 这些统称为微重力透镜。

引力透镜在天文研究中起重要作用。 除了可以看到银河、恒星、超新星的多重像、爱因斯坦十字、爱因斯坦环外，天文学家还使用透镜星团和透镜星团研究极早期的宇宙，将本来无法观测的极早期银河的光放大10倍以上进行观测。 因为这个哈勃太空望远镜执行的任务之一是利用重力透镜观测极早期宇宙的黑暗银河。

引力透镜效应在宇宙学的研究中也有重要意义。 过去的观测和理论研究表明，宇宙中存在许多任何望远镜都看不到的物质，被称为暗物质。 暗物质的总量约是普通物质总量的5倍。 利用引力透镜效应，天文学家和宇宙学家可以更准确地揭示星团和星系内普通物质和暗物质的分布情况，揭示宇宙学的重要参数。

在围绕恒星旋转的行星所产生的微重力透镜效应中也有重要的应用。 天文学家利用它们寻找太阳系外的行星、黑洞、褐矮星，研究暗物质、银河系的圆盘结构、星系内形成恒星的速度等。

(作者单位:广西大学物理科学与工程技术学院)