恒星 哈勃極限︱它為什么看不到宇宙中的第一批星系
夜晚的星空是人類和宇宙溝通唯一的窗戶，在一個(gè)晴朗、沒有任何光污染、完全黑暗的夜晚，我們?nèi)祟惾庋鄞蠹s能看到6000-7000顆恒星，其中包括我們太陽的五大行星（遙遠(yuǎn)的天王星和海王星肉眼看不到），除了這些，我們還能在天空中看到一條橫跨夜空的銀河，一些模糊的星云，例如：仙女座和大小麥哲倫星系。
【 恒星|哈勃極限︱它為什么看不到宇宙中的第一批星系】
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現(xiàn)在我們知道這些模糊的星云，正是遙遠(yuǎn)宇宙中獨(dú)立于銀河系之外的星星島嶼，在我們的可觀測(cè)宇宙中至少約有2000億個(gè)這樣的星系和銀河系一樣，在宇宙中孤獨(dú)地漂浮著，像是大海中的一葉孤舟。能有這樣的認(rèn)識(shí)，能知道我們宇宙的廣闊以及其中所包含無數(shù)的星系，完全得益于望遠(yuǎn)鏡的出現(xiàn)以及發(fā)展。
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因?yàn)樵?609年，伽利略首次將自制的望遠(yuǎn)鏡用于天文觀測(cè)以前，我們?nèi)祟愡€在論證太陽系的模型，開普勒的行星運(yùn)動(dòng)定律剛提出不久，日心說模型才初步得到了確立，而牛頓直到1687年才提出了萬有引力定律，解釋了行星繞母恒星運(yùn)動(dòng)的本質(zhì)原因。
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太陽系模型的確立，讓人類的目光開始轉(zhuǎn)向了遙遠(yuǎn)的星空，開始進(jìn)入了建立宇宙模型的階段，而望遠(yuǎn)鏡的出現(xiàn)也讓人類徹底擺脫了裸眼觀天的局限性，在天空中發(fā)現(xiàn)了大量的、暗淡的、以前肉眼無法看到的恒星以及恒星的集合體，并且發(fā)現(xiàn)了天空中那些奇怪的模糊“星云”。
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經(jīng)過了數(shù)十年的爭(zhēng)論和觀測(cè)，直到1924年，由于當(dāng)時(shí)望遠(yuǎn)鏡的口徑、光學(xué)技術(shù)以及天文攝影技術(shù)得到了空前的提升，埃德溫·哈勃使用威爾遜山天文臺(tái)的254厘米反射望遠(yuǎn)鏡對(duì)仙女座星云的觀測(cè)才搞清楚了這些所謂的“星云”其實(shí)就是星系，并且發(fā)現(xiàn)了宇宙中的星系正在遠(yuǎn)離我們。埃德溫·哈勃的發(fā)現(xiàn)讓人類視野走出了銀河系，并開創(chuàng)了星系天文學(xué)。人們?cè)诠l(fā)現(xiàn)的基礎(chǔ)上建立了一個(gè)不斷膨脹的大爆炸宇宙模型，現(xiàn)代天文學(xué)拉開了帷幕。
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1990年哈勃望遠(yuǎn)鏡的升空，更是將人類的視野帶到了宇宙深空，人類以前所未有的方式在觀測(cè)回顧整個(gè)宇宙的演化歷史，其實(shí)在哈勃望遠(yuǎn)鏡和斯皮策紅外望遠(yuǎn)鏡的協(xié)同配合下，人類已經(jīng)很接近早期宇宙中誕生的第一批星系、甚至是第一批恒星！在近幾年我們不斷地刷新著宇宙中最遙遠(yuǎn)、最古老星系的記錄，例如：哈勃發(fā)現(xiàn)的EGSY8p7星系和UDFj-39546284這兩個(gè)星系是宇宙中非常古老的星系之一，分別誕生在132.3億和134億年前，距離我們目前有300億和330億光年，要知道整個(gè)宇宙的歷史大約才138億年，所以哈勃已經(jīng)十分接近宇宙中的第一批星系了。
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但是這兩個(gè)星系并非宇宙中最最古老的星系，因?yàn)楣壳安]有探測(cè)到宇宙中的第一批星系，這就是我們下面要說的哈勃望遠(yuǎn)鏡的極限了。
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你可能會(huì)認(rèn)為只要我們將哈勃對(duì)準(zhǔn)天空中的一個(gè)區(qū)域，經(jīng)常長(zhǎng)時(shí)間的曝光，不斷地收集更多的光子，那么是不是就可以看到宇宙誕生后的第一批星系了？理論上沒有問題，而且這也是哈勃觀測(cè)遙遠(yuǎn)星系常用的方法，但是曝光達(dá)到一定的時(shí)間，哈勃并不能接受到更多的光子信息。因?yàn)楣h(yuǎn)鏡有它內(nèi)在的局限性，也可以說它被設(shè)計(jì)之處就注定了它并不適合觀察遙遠(yuǎn)的星系。
限制哈勃最大的因素就是主反射鏡的口徑和它工作的波段，口徑?jīng)Q定了哈勃能收集到光子的數(shù)量，即使曝光時(shí)間加長(zhǎng)也無濟(jì)于事，工作波段決定了它能接受什么樣的波長(zhǎng)的光子，因?yàn)橥h(yuǎn)鏡在工作時(shí)不會(huì)在全波段下收集光子，這樣會(huì)造成其他信號(hào)的干擾，所以我們只會(huì)選擇一個(gè)波段下進(jìn)行觀測(cè)。在不同波段下觀測(cè)天體，會(huì)帶來非常不同的外觀和屬性。
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你看，上圖中同樣是超新星殘骸，我們?cè)诓煌牟ǘ蜗聦?duì)其進(jìn)行觀測(cè)就獲得不同的效果，圖一是甚大陣射電望遠(yuǎn)鏡在無線電波下對(duì)其進(jìn)行的感測(cè)，圖二是斯皮策紅外望遠(yuǎn)鏡在近紅外波段的呈現(xiàn)，圖三是哈勃望遠(yuǎn)鏡在可見光波段的成像，圖四是Astro-1望遠(yuǎn)鏡在紫外線下的成像，圖四和圖五是錢德拉X射線天文臺(tái)在更高能量下的波段所看到的景象。
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