哈勃30周年：将宇宙边缘尽收眼底！

楚一帆

作者：科学求知者

在这个世界上，有两样东西可以深深地震撼我们的心灵：一是我们头顶上璀璨的星空，二是人们心中高尚的道德准则。

二百多年前，德国著名哲学家康德发出了这样的感慨。
对浩渺宇宙的折服

古往今来，无数人在仰望星空的时候，不由自主地发出深深的感叹，为这浩渺的宇宙之美所折服。从唐温如的“满船清梦压星河”，到杜甫的“三峡星河影动摇”，再到龚自珍的“一川星斗烂无数”，无不是古人对星空的赞叹。

壮美的银河拱门

但是，人类从没有像今天一样如此拜服在宇宙的浩渺之下。尤其当我们知道如今的宇宙有着数百亿光年直径的时候，更感到那是一片人类可能永远无法企及的星际。

不过，感谢人类科技的发展，虽然我们目前还无法亲自去看一看，但我们的视野已经随着一架架先进的望远镜，飞到了遥远的宇宙边缘。

哈勃太空望远镜

1990年，NASA的哈勃空间望远镜发射升空，极大地扩展了人类的视野。在此之前，人类只能看到70亿光年以内的宇宙，而哈勃望远镜将人类的视野扩大了几乎一倍，观测能力超过了130亿光年。

在服役期间，它传回了大量的宇宙照片。1995年的这张照片，以前所未有的方式，震撼了全世界的人类。
哈勃深空场

在1995年12月18日至28日这连续十天内，哈勃望远镜利用第二代广域和行星照相机在大熊星座方向拍摄了一片极遥远的宇宙空间。由于距离过远，天体过于暗淡，它不得不将拍摄下来的342张单独曝光的图片拼接起来，最终合成了这张举世闻名的照片——哈勃深空场，又叫哈勃深场图（Hubble Deep Field，简称HDF）。

（哈勃深空场）

这张图片的取景占据了我们头顶夜空的2400万分之一，相当于100米外一只网球所占的视野。由于取景距离极远，所以只有极少数银河系恒星占据了前景，而其余所有的发光体，都是距离我们非常遥远的星系。这些星系无不是像我们的银河系一样拥有着数千亿颗恒星，直径达到几万甚至几十万光年。但是在宇宙这片浩渺的“大海”之中，它们看上去就像是一只只零落的浮游。

现代观测表明，这些星系全都随着宇宙的膨胀而在远离我们，这叫做天体的退行。而且根据美国著名天文学家埃德温·哈勃（哈勃空间望远镜正是以他的名字命名）的哈勃定律，天体的距离越远，退行速度越快。

宇宙中壮观的星系，包含着数千亿颗恒星

根据宇宙大爆炸理论，在138.2亿年前，我们和这些星系一样，都位于一个奇点之内。经过了漫长的岁月，我们正在和它们挥手作别。不知道那里是否也有其他的生命，在遥望着我们的银河。
哈勃超深场

2003年9月24日到2004年1月16日期间，哈勃望远镜更进一步，对天炉座方向占据了全天空1270万分之一面积的区域进行了长达数个月的拍摄。在这个区域，银河系恒星的密度更低，因此可以让我们看到更多遥远的星系。这张哈勃深空场的进阶版照片，就是著名的哈勃超深场（Hubble Ultra-Deep Field，简称HUDF）。

（哈勃超深场）

这张哈勃超深场照片，让大约10000个星系局促地“挤压”在同一张照片里。但是，其实它们之间的距离都非常遥远。

这些星系的年龄从130亿年到134亿年不等，是宇宙中非常古老的星系。我们刚才提到过，宇宙的年龄也只有138.2亿年，这意味着它们出现于宇宙大爆炸后4-8亿年的时间，见证了宇宙从黑暗时代走向再电离期从而涅槃重生的历程。

哈勃极端深场

2012年9月25日，哈勃望远镜再一次突破了人类对宇宙深处的探索视野。在哈勃超深场公布了近10年之后，天文学家利用哈勃望远镜的高级巡天相机（ACS）和第三代广域相机（WFC3）在50天的时间里共拍摄了2000余张图像，累计曝光时间超过200万秒（也就是23天），最终得到了哈勃极端深场（Hubble eXtreme Deep Field，简称XDF）照片。

哈勃极端深场所取的夜空范围极小，角直径只有满月的1/10。下面这一张照片形象地展示了这片区域在全天所占的比例。

（哈勃极端深场视野范围图示）

正是这一片看起来几乎完全黑暗的夜空，在哈勃望远镜所配备的高精尖拍摄设备面前，露出了庐山真面目，隐藏在黑暗之中的大约5500个星系被人类一览无余。其中最暗的星系，视星等大约是31等，人类肉眼在夜空中所能看到的最黯淡天体，也要比它亮二百多亿倍。

哈勃极端深场

哈勃极端深场观测到的是大约132亿光年以外的宇宙深处，也就是那些在宇宙大爆炸后6亿年的时间里形成的星系。除了一些前景银河系恒星之外，我们也可以看到这些古老的星系已经有了独特的形状，比如最常见的漩涡星系，以及天文学家认为的由星系演化或者小星系合并后形成的椭圆星系。
哈勃遗产场

尽管有前面这么多宇宙场图，但是没有一张比哈勃遗产场更完整、震撼。

2019年5月2日，NASA公布了这张耗了哈勃望远镜和相关工作人员16年心血的图像，整合了在天炉座方向拍摄的7500张图像，合成了这张包含了大约265000个星系的杰作——哈勃遗产场（Hubble Legacy Field，简称HLF）。

（哈勃遗产场）

同样的，为了尽量避免前景恒星的干扰，天文学家选择了较为黑暗的区域。这一次拍摄的范围相对更广，在夜空中它所占的视觉面积和满月差不多。

哈勃遗产场之所以震撼，就来自于它的拍摄广度。而它之所以达到人类有史以来视野最宽广的宇宙照片，就在于它集合了哈勃望远镜多年以来的观测成果。实际上，哈勃遗产场照片是31个不同观测项目的集合，包括当初的哈勃超深场和哈勃极端深场。用时髦的话来说，哈勃遗产场就是哈勃的宇宙深场图的“复仇者联盟”。

（哈勃遗产场视野图示）

领导这张图片合成项目的负责人加斯·伊林沃斯（Garth Illingworth）说：“这幅图像包含了宇宙中星系的完整成长史，从星系的'婴儿时期'到它们完全演化后的'成熟期'。”

NASA表示：对于哈勃望远镜来说，已经不可能再推出任何能超越哈勃遗产场的宇宙图像了。由于这张照片里已经观测到了从紫外光到近红外光的波长范围内、最远超过130亿光年的宇宙图像，不论从波长还是距离来说，哈勃望远镜都已经达到了极限。

能够超越哈勃遗产场的图像，只有下一代观测设备——詹姆斯·韦伯空间望远镜。根据NASA目前对外公布的消息，这架万众瞩目、观测能力远远超过哈勃的太空望远镜，将让我们看到更遥远、更古老的宇宙。

（詹姆斯·韦伯空间望远镜）

遥远星空诉说的古老秘密

我们之所以想要看到如此遥远的宇宙，就在于那里隐藏着宇宙最初的秘密。我们知道，在宇宙中，一颗天体距离我们有多少光年，那就证明光需要多少年才能传播到地球，这意味着我们目前看到的图像就是它们在多少年前的模样。

在一百多亿光年以外的星系身上，我们可以看到一百多亿年前的宇宙是什么模样，也就可以看到银河系到底经历过什么，是如何走过了漫长的岁月，最终成长为今天的庞大星系，并且孕育了我们的太阳系和地球。

（著名的创生之柱，那里有大量的恒星正在诞生）

小品里说：“我不想知道我是怎么来的，我只想知道我是怎么没的。”可现实告诉我们，只有知道自己是怎么来的，才能知道自己是怎么“没”的。说到这里，我想起来丘吉尔的一句话。他说的不是宇宙，但却同样适用于天文领域，给我们以深深的启示。最后，我们引用丘吉尔的这句话，与君共勉：

你能看到多远的过去，就能看到多远的未来。

感谢阅读。

原文地址：今日头条  ,无意在网上看到这篇文章，深有同感。所以分享。