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將宇宙邊緣盡收眼底!哈勃深空場,可能會顛覆你的世界觀,甚至會讓你懷疑你所認知的世界。
2024/01/27

在這個世界上,有兩樣東西可以深深地震撼我們的心靈:一是我們頭頂上璀璨的星空,二是人們心中高尚的道德準則。

二百多年前,德國著名哲學家康德發出了這樣的感慨。

對浩渺宇宙的折服

古往今來,無數人在仰望星空的時候,不由自主地發出深深的感嘆,為這浩渺的宇宙之美所折服。從唐溫如的「 滿船清夢壓星河」,到杜甫的「 三峽星河影動搖」,再到龔自珍的「 一川星斗爛無數」,無不是古人對星空的贊嘆。

壯美的銀河拱門

但是,人類從沒有像今天一樣如此拜服在宇宙的浩渺之下。尤其當我們知道如今的宇宙有著數百億光年直徑的時候,更感到那是一片人類可能永遠無法企及的星際。

不過,感謝人類科技的發展,雖然我們目前還無法親自去看一看,但我們的視野已經隨著一架架先進的望遠鏡,飛到了遙遠的宇宙邊緣。

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哈勃太空望遠鏡

1990年,NASA的哈勃空間望遠鏡發射升空,極大地擴展了人類的視野。在此之前,人類只能看到70億光年以內的宇宙,而哈勃望遠鏡將人類的視野擴大了幾乎一倍,觀測能力超過了130億光年。

在服役期間,它傳回了大量的宇宙照片。1995年的這張照片,以前所未有的方式,震撼了全世界的人類。

哈勃深空場

在1995年12月18日至28日這連續十天內,哈勃望遠鏡利用第二代廣域和行星照相機在大熊星座方向拍攝了一片極遙遠的宇宙空間。由于距離過遠,天體過于暗淡,它不得不將拍攝下來的342張單獨曝光的圖片拼接起來,最終合成了這張舉世聞名的照片—— 哈勃深空場,又叫 哈勃深場圖(Hubble Deep Field,簡稱HDF)。

(哈勃深空場)

這張圖片的取景占據了我們頭頂夜空的 2400萬分之一,相當于100米外一只網球所占的視野。由于取景距離極遠,所以只有極少數銀河系恒星占據了前景,而其余所有的發光體,都是距離我們非常遙遠的星系。這些星系無不是像我們的銀河系一樣擁有著數千億顆恒星,直徑達到幾萬甚至幾十萬光年。但是在宇宙這片浩渺的「大海」之中,它們看上去就像是一只只零落的浮游。

現代觀測表明,這些星系全都隨著宇宙的膨脹而在遠離我們,這叫做天體的 退行。而且根據美國著名天文學家埃德溫·哈勃(哈勃空間望遠鏡正是以他的名字命名)的哈勃定律,天體的距離越遠,退行速度越快。

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宇宙中壯觀的星系,包含著數千億顆恒星

根據宇宙大爆炸理論,在138.2億年前,我們和這些星系一樣,都位于一個奇點之內。經過了漫長的歲月,我們正在和它們揮手作別。不知道那里是否也有其他的生命,在遙望著我們的銀河。

哈勃超深場

2003年9月24日到2004年1月16日期間,哈勃望遠鏡更進一步,對天爐座方向占據了全天空1270萬分之一面積的區域進行了長達數個月的拍攝。在這個區域,銀河系恒星的密度更低,因此可以讓我們看到更多遙遠的星系。這張哈勃深空場的進階版照片,就是著名的 哈勃超深場(Hubble Ultra-Deep Field,簡稱HUDF)。

(哈勃超深場)

這張哈勃超深場照片,讓大約10000個星系局促地「擠壓」

在同一張照片里。但是,其實它們之間的距離都非常遙遠。

這些星系的年齡從130億年到134億年不等,是宇宙中非常古老的星系。我們剛才提到過,宇宙的年齡也只有138.2億年,這意味著它們出現于宇宙大爆炸后4-8億年的時間,見證了宇宙從黑暗時代走向再電離期從而涅槃重生的歷程。

哈勃極端深場

2012年9月25日,哈勃望遠鏡再一次突破了人類對宇宙深處的探索視野。在哈勃超深場公布了近10年之后,天文學家利用哈勃望遠鏡的高級巡天相機(ACS)和第三代廣域相機(WFC3)在50天的時間里共拍攝了2000余張圖像,累計曝光時間超過200萬秒(也就是23天),最終得到了 哈勃極端深場(Hubble eXtreme Deep Field,簡稱XDF)照片。

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哈勃極端深場所取的夜空范圍極小,角直徑只有滿月的1/10。下面這一張照片形象地展示了這片區域在全天所占的比例。

(哈勃極端深場視野范圍圖示)

正是這一片看起來幾乎完全黑暗的夜空,在哈勃望遠鏡所配備的高精尖拍攝設備面前,露出了廬山真面目,隱藏在黑暗之中的大約5500個星系被人類一覽無余。其中最暗的星系,視星等大約是31等,人類肉眼在夜空中所能看到的最黯淡天體,也要比它亮 二百多億倍

哈勃極端深場

哈勃極端深場觀測到的是大約132億光年以外的宇宙深處,也就是那些在宇宙大爆炸后6億年的時間里形成的星系。

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除了一些前景銀河系恒星之外,我們也可以看到這些古老的星系已經有了獨特的形狀,比如最常見的漩渦星系,以及天文學家認為的由星系演化或者小星系合并后形成的橢圓星系。

哈勃遺產場

盡管有前面這麼多宇宙場圖,但是沒有一張比哈勃遺產場更完整、震撼。

2019年5月2日,美國宇航局公布了這張耗了哈勃望遠鏡和相關工作人員16年心血的圖像,整合了在天爐座方向拍攝的7500張圖像,合成了這張包含了大約 265000個星系的杰作—— 哈勃遺產場(Hubble Legacy Field,簡稱HLF)。

(哈勃遺產場)

同樣的,為了盡量避免前景恒星的干擾,天文學家選擇了較為黑暗的區域。這一次拍攝的范圍相對更廣,在夜空中它所占的視覺面積和滿月差不多。

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哈勃遺產場之所以震撼,就來自于它的拍攝廣度。而它之所以達到人類有史以來視野最寬廣的宇宙照片,就在于它集合了哈勃望遠鏡多年以來的觀測成果。實際上,哈勃遺產場照片是31個不同觀測項目的集合,包括當初的哈勃超深場和哈勃極端深場。用時髦的話來說,哈勃遺產場就是哈勃的宇宙深場圖的「復仇者聯盟」。

(哈勃遺產場視野圖示)

領導這張圖片合成項目的負責人加斯·伊林沃斯(Garth Illingworth)說:「這幅圖像包含了宇宙中星系的完整成長史,從星系的‘嬰兒時期’到它們完全演化后的‘成熟期’。」

NASA表示:對于哈勃望遠鏡來說,已經不可能再推出任何能超越哈勃遺產場的宇宙圖像了。由于這張照片里已經觀測到了從紫外光到近紅外光的波長范圍內、最遠超過130億光年的宇宙圖像,不論從波長還是距離來說,哈勃望遠鏡都已經達到了極限。

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能夠超越哈勃遺產場的圖像,只有下一代觀測設備—— 詹姆斯·韋伯空間望遠鏡。根據NASA目前對外公布的消息,這架萬眾矚目、觀測能力遠遠超過哈勃的太空望遠鏡,將讓我們看到更遙遠、更古老的宇宙。

(詹姆斯·韋伯空間望遠鏡)

遙遠星空訴說的古老秘密

我們之所以想要看到如此遙遠的宇宙,就在于那里隱藏著宇宙最初的秘密。我們知道,在宇宙中,一顆天體距離我們有多少光年,那就證明光需要多少年才能傳播到地球,這意味著我們目前看到的圖像就是它們在多少年前的模樣。

在一百多億光年以外的星系身上,我們可以看到一百多億年前的宇宙是什麼模樣,也就可以看到銀河系到底經歷過什麼,是如何走過了漫長的歲月,最終成長為今天的龐大星系,并且孕育了我們的太陽系和地球。

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(著名的創生之柱,那里有大量的恒星正在誕生)

小品里說:「我不想知道我是怎麼來的,我只想知道我是怎麼沒的。」可現實告訴我們,只有知道自己是怎麼來的,才能知道自己是怎麼「沒」的。說到這里,我想起來丘吉爾的一句話。他說的不是宇宙,但卻同樣適用于天文領域,給我們以深深的啟示。最后,我們引用丘吉爾的這句話,與君共勉:

你能看到多遠的過去,就能看到多遠的未來。

感謝閱讀。

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