哈勃發(fā)現(xiàn)的最遙遠(yuǎn)星系正在接近它的能力極限，這臺(tái)史上最強(qiáng)大的望遠(yuǎn)鏡可能永遠(yuǎn)也看不到宇宙中最遙遠(yuǎn)的星系。
圖片來(lái)源：NASA / 哈勃小組
“那些基于相同價(jià)值觀的友誼，是距離和時(shí)間無(wú)法損害的?！薄_伯特·索西
圖片來(lái)源：NASA、ESA、G. Illingworth、D. Magee 以及 P. Oesch（圣克魯茲加州大學(xué)）、R.Bouwens （萊頓大學(xué)）以及 HUDF09 小組
整個(gè)天空可能布滿了數(shù)千億個(gè)星系。但實(shí)際上，這些星系中的一部分由于太黯淡太遙遠(yuǎn)，哈勃只能勉強(qiáng)看到它們。
限制望遠(yuǎn)鏡能力的原因有兩個(gè)，一個(gè)比較明顯，一個(gè)比較微妙。
明顯的原因是：雖然哈勃的主反射鏡直徑達(dá)到了 2.4 米，但它收集光子的能力仍然會(huì)受限制。因此即使長(zhǎng)時(shí)間曝光 23天，也只能看到最遙遠(yuǎn)距離上那些非常明亮的星系。
微妙的原因是：我們看得越遠(yuǎn)，天體光的紅移就會(huì)越明顯。而這一點(diǎn)非常有意思。
圖片來(lái)源：NASA、ESA、R. Bouwens 以及 G.Illingworth （加州大學(xué)）
大部分最年輕、最熾熱、最明亮恒星發(fā)出的光線，人眼是看不到的，因?yàn)樗鼈儗?shí)際上是紫外線。
但宇宙在膨脹，星系在遠(yuǎn)離。這意味著來(lái)自遙遠(yuǎn)恒星和星系的光子，在到達(dá)地球的過(guò)程中會(huì)發(fā)生紅移，它們的波長(zhǎng)會(huì)被拉伸。
當(dāng)我們看到一個(gè)明亮、遙遠(yuǎn)的紅色星系時(shí)，可以通過(guò)比較它在藍(lán)、綠、紅和（近）紅外光上的相對(duì)亮度，來(lái)估算它的紅移程度，但這也只能估算。如果想知道它真正的紅移值，并通過(guò)哈勃定律來(lái)獲知它的距離，就需要測(cè)量一些更為確定的東西。
幸好宇宙各處原子的物理特性、原子躍遷的特點(diǎn)是一樣的。假如我們能夠測(cè)量來(lái)自天體的發(fā)射線光譜（取決于星系的類(lèi)型，也可以是吸收線光譜），確定元素的成份，就能夠以一種非常直接的方式進(jìn)行計(jì)算：
它的紅移，
它的距離，
它發(fā)光時(shí)宇宙的年齡。
在原子躍遷過(guò)程中，最強(qiáng)、最易見(jiàn)的恒星或星系發(fā)射線來(lái)自氫，它在紫外（萊曼系）、可見(jiàn)光（巴爾莫系）或紅外（帕邢系）波段上都能夠進(jìn)行躍遷。
但是這些譜線——以及它們的波長(zhǎng)——是在這些星系的靜止坐標(biāo)中進(jìn)行計(jì)算的。隨著宇宙的膨脹，這些波長(zhǎng)會(huì)產(chǎn)生極大的紅移。最強(qiáng)烈也最容易辨識(shí)的躍遷，也就是通常發(fā)生在121.567 納米波段上的萊曼-阿爾法躍遷，也會(huì)產(chǎn)生不可思議的偏移。在一個(gè)例子中，紅移后的萊曼-阿爾法譜線波長(zhǎng)接近了 540納米。
哈勃上最新、最強(qiáng)大的相機(jī)——3 號(hào)廣域相機(jī)使用的濾鏡可以觀測(cè)到 1700 納米的波長(zhǎng)。因此理論上我們可以看到紅移值達(dá) 12或 13，即相當(dāng)于宇宙年齡只有當(dāng)前 3%時(shí)的天體。但不幸的是，我們?cè)谶M(jìn)行深空觀測(cè)時(shí)并沒(méi)有使用這些紅外濾鏡。為了捕捉到更多的光，我們使用了廣域波段濾鏡。在這個(gè)波段上，我們可以達(dá)到的最長(zhǎng)波長(zhǎng)約為850（上限為 900）納米。
因此事實(shí)上如果我們想看得更遠(yuǎn)，即便達(dá)不到與哈勃相同的分辨率，或者像哈勃那樣能夠看到更暗的星系，也會(huì)經(jīng)常使用專(zhuān)業(yè)的紅外太空望遠(yuǎn)鏡，比如斯皮策望遠(yuǎn)鏡來(lái)進(jìn)行觀測(cè)。
圖片來(lái)源：NASA、JPL-Caltech、STScI-ESA、Y. Ono （東京大學(xué)） 以及 B. Weiner（亞里桑那大學(xué)）
我們隨后也需要用地基 8 至 10 米級(jí)望遠(yuǎn)鏡來(lái)確認(rèn)這些候選者的光譜。長(zhǎng)久以來(lái) UDFj-39546284這個(gè)星系是紅移記錄的保持者，它的紅移值達(dá)到了驚人的11.9！但是你可能已經(jīng)猜到，這樣的星系是哈勃根本看不到的。而且隨后的觀測(cè)也顯示，之前的結(jié)果受了低紅移天體欺騙性發(fā)射線的干擾。
不過(guò)現(xiàn)在，我們已經(jīng)有了一個(gè)經(jīng)確認(rèn)的新記錄保持者！
圖片來(lái)源：NASA、ESA、P. Oesch（耶魯大學(xué)）、CANDELS 小組這個(gè)編號(hào)為 EGS-zs8–1 的星系紅移值是7.7，是此類(lèi)星系中經(jīng)確認(rèn)紅移值最高的一個(gè)。
這個(gè)數(shù)字代表的意思，是光線從這個(gè)星系出發(fā)時(shí)，宇宙的年齡只有 6.6 億歲。這個(gè)星系距離我們大約 290億光年，是目前發(fā)現(xiàn)的最遙遠(yuǎn)星系。
要觀測(cè)這樣的星系已接近哈勃能力的極限。哈勃最多只能探測(cè)到紅移值不超過(guò) 8 或 9 的天體，而宇宙中可能存在著紅移值達(dá) 15甚至 20 的星系！
雖然哈勃要觀測(cè)大于 1 微米的波長(zhǎng)已經(jīng)相當(dāng)吃力，但是詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡的觀測(cè)能力達(dá)到了 30微米左右，它擁有前所未有的靈敏性和更高的分辨率，收集光的能力也是哈勃的六倍左右！
現(xiàn)在只需一點(diǎn)點(diǎn)運(yùn)氣，我們就能發(fā)現(xiàn)宇宙中最遙遠(yuǎn)的星系。雖然哈勃很偉大，但是它也有局限。在超長(zhǎng)波段射電天文學(xué)出現(xiàn)之前，詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡將是我們發(fā)現(xiàn)最遙遠(yuǎn)星系的希望。
圖片來(lái)源：NASA、JWST 小組
我已經(jīng)迫不急待。人類(lèi)終將揭開(kāi)遮蓋在可見(jiàn)宇宙未知領(lǐng)域上的最后面紗，而這只是時(shí)間問(wèn)題。
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