宇宙到这里终止?科学家从哈勃望远镜拍摄的照片中,发现了什么
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发布时间：2023-05-27 19:43
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时间：2024-04-22 01:34
人类对宇宙的遐想与好奇由来已久，并且自古以来便没有停止对星空以及宇宙的 探索 。
公元前400年，古希腊学者 欧多斯克所 认为地球是宇宙的中心，基于此提出了“ 地心说 ”的观点并持续了近2000年；后来，人们开始认为太阳是宇宙的中心，1543年，波兰天文学家哥白尼的在其著作《天体运动论》中阐释了“ 日心说 ”的理论。
直到后来大家发现绕着太阳转的不过是名为“太阳系”的天体系统。
经过后人一代又一代的不懈努力，人们惊讶的发现所谓的太阳系在有着近 4000亿 颗恒星面前也只不过是沧海一粟。每一次的天体发现，都是在不断地*人类对宇宙的认知，从而折服于宇宙的宏大并感叹自己的渺小。
而当20世纪初期时，美国著名天文学家、星系天文学开创人 埃德温·哈勃 （Edwin Powell Hubble）证实了银河系外其他星系的存在，再一次*了人们的认知。
时间来到了近代，随着航天技术的不断进步，发射卫星与载人航天早已不是什么新鲜事情，而天文望远镜的不断改良也使人们可以持续观测到更远的空间。
为了纪念哈勃对天文学做出的杰出贡献，人们将当时最先进的太空望远镜以他的名字命名，并且在1990年4月搭乘美国 “发现者”号 飞船进入太空，在那里让它继续进行对未知星系的 探索 。 迄今为止，哈勃空间望远镜已拍摄了近48500颗恒星、行星与星系的快照。
而就当2016年，哈勃空间望远镜再次对准了大熊 星座 ，一如既往地拍摄了照片时，照片图像中那些模糊不清的光斑却再次使整个天文学界沸腾，甚至有的人认为从这次的照片中可以 推测出宇宙的尽头 ......
提到这次的发现，我们要先将时针拨回到哈勃望远镜随观察者号“上天”的第五个年头，也就是 1995年 ，在12月18日到28日这十天的时间里， “哈勃”在大熊座拍摄到了一幅小区域的天空图像，所覆盖范围的宽度只有区区2.6弧分，面积只占全天面积的2400万分之一，大小就相当于百米以外的一颗网球。
就是这么一幅小小的天空图像，却使全世界的天文学家欣喜若狂。因为在这幅图像极窄的覆盖范围内，有着 3000多个 可见的星体，并且这些星体几乎都是遥远的星系。
甚至 包含了人类目前已知的最古老、最遥远的星系 。这对早期宇宙学具有里程碑式的意义。
而三年后的1998年9月到10月，使用了第二代广域与行星照相机，配合当时最先进的 太空望远镜影像摄谱仪以及多目标分光仪 ，哈勃望远镜成功地在 杜鹃座 拍摄到数百张珍贵的影像。
而将它们叠加合成后，人们发现了一片与哈勃深空极其相似的空间，由于当时的计划是获取南半球遥远宇宙的另一个光学影像，所以天文学家们称其为 “哈勃南天深空” 。
因其星系的形态及颜色和哈勃深空非常相像，学者们推断 在大尺度上，宇宙具有均质以及各向同性的特点， 也就是说在任意角度观察宇宙都是一样的。
时间进入了21世纪，在上天后第一个十年崭露头角的“哈勃”也再接再厉，拍摄了更多珍贵的太空空间影像，为宇宙学的 探索 立下了汗马功劳。
终于，当2012年9月25日时，“ 哈勃极深空 ”的存在被公之于众，这幅影像是先前10年哈勃空间望远镜所拍摄的影像总和。
“哈勃极深空”是目前可见光影像所见的宇宙最深处，为宇宙学提供了丰富的素材，对于星系演化以及恒星形成比率等研究方面的促进更是十分巨大的。
而人类和“哈勃”对宇宙的 探索 仍远远没有结束，时间来到了四年后的2016年，巡天调查研究小组发现了位于大熊 星座 影像中那些微弱模糊的光斑，也就是我们今天的主角—— GN-z11 。
或许会有人感到疑惑不解，为何GN-z11的发现令学者们欢呼雀跃？
很简单，因为 GN-z11是目前人类可观测到的最遥远的星系，存在于大约134亿年前。 这是非常惊人的发现，要知道宇宙从诞生到现在也不过 138亿岁 ，也就是说这个名为GN-z11的遥远星系在宇宙诞生4亿年后就出现了。
相比之下，形成于46亿年前的太阳系就显得十分年轻了。于是很多人认为，我们这次终于 发现了宇宙的边缘，或者说是宇宙的终点。
而这就不得不提到宇宙距离的观测方式了。学者们在观测星系时会经常用到一种我们在生活中熟悉又陌生的观测工具，也就是名为“ 光 ”的电磁波。
提到光，我们脑海中可能最先想到的是光那令人惊奇的速度：当你睁开眼，瞬间就可以看到光映入眼帘；当我们拉开窗帘，光也会瞬间填满房间。
正因光速度快的特性，“光速”也是我们生活中常见的形容词。然而在宇宙中却并不是这样。 光确实很快，但并不是无限快的 ，拿太阳与地球举例而言，太阳发出的光到达地球差不多需要 8分钟 的时间。
而宇宙因为过于广袤，所以我们观测行星时，往往会用 光年 来考虑距离，也就是光在真空中一年内传播的距离。
对于某些恒星来说，它们散发的光可能需要花费数年的时间才可以传达到我们所在的地球。而当我们的研究对象从恒星变成了星系时，这个数值会以一种让人感到离谱的程度增长。
当我们观测星系时，那些可观测星系发出的光到达我们这里可能要需要数百万甚至数十亿年的时间，换而言之， 我们看到的GN-z11的光，是来自134亿年前发出的光。
当然，虽然 光理论上可以在真空中没有损耗的传播 ，但事实上那些遥远恒星的光还是无法传达到地球。这就与星体间的距离以及宇宙的年龄有着密不可分的关系了。
我们可以观测到的宇宙边缘并不是宇宙真正的边缘，而是我们有限的能力只能看到那么远，因为 人类观测范围之外的光无法传达到地球。
天文学家 詹姆斯·波洛克 （James Bullock）认为，如果物体距离足够远，光就不会到达我们这里，因为那超过了宇宙的年龄。
这也就意味着 我们可以观测到的宇宙边缘受到了宇宙年龄的硬性*，人类可以观测到的距离不会超过宇宙的年龄。
而宇宙只有138亿岁，形成一个星系又要花费许多许多的时间，所以我们目前无法发现比GN-z11更加遥远的星系，换而言之， GN-z11是我们目前可观测宇宙的尽头。
然而就在天文学家们测量了GN-z11与地球之间的距离时，却发现了一个令人震惊不已的结果： 这个134亿岁的星系，与地球之间相隔了320亿光年的距离！ 近乎三倍的差距不禁让人们发出疑问：说好的可观测距离不会超过宇宙年龄呢？
在回答这个问题之前，我们要先搞清楚一个定义，也就是所谓的“ 可观测宇宙 ”。
我们在舞台下观赏话剧、歌舞或魔术表演时，漆黑一片的台上常常会打下一束来自聚光灯的顶光，观众们便只能看到一个填充发光的白色光圈，光圈的边缘以外都是无尽的黑暗。 这个聚光灯的光圈便可以看作可观测宇宙的大致模型。
顾名思义，可观测宇宙就是我们可以观测到的宇宙空间，但这里的“可观测”并不是指我们的现代 科技 水平能否达到观测目的，而是指 被观察空间的星体发出的光线或辐射能否被观测者（也就是我们）接收。
由于宇宙的范围过于广袤，有相当大的未知领域在我们的可观测宇宙之外，因此我们平时聊到的“宇宙”说白了也只是“可观测宇宙”而已。
因为我们并不知道可观测宇宙以外的未知空间中有什么或者有多大，那些地方过于遥远，以至于 宇宙从大爆炸诞生以来所发出的光线未能有足够的时间到达地球。
我们在前文中已经提到过目前人类发现的最遥远的星系 GN-z11 以及它的距离之谜，然而在对人类来说最遥远的可观测宇宙边缘，存在的可不只是古老的星系而已。在可观测宇宙的尽头，有那么一种产自大爆炸的余晖，被称为“ 最古老的光 ”。
宇宙微波是我们宇宙中最古老的光，出现于宇宙刚刚38万岁的时候。 它显示出微小的温度涨落，也对应着宇宙间局部密度的细微差异，它就像一层空气墙或者说外壳，充斥在那个还没有恒星与星系形成的年轻宇宙间。
宇宙微波背景辐射的存在本身就是可观测宇宙最遥远的边缘，也是大爆炸的遗址。
而GN-z11的距离之谜，也终于从天文学家们对上文中提到的宇宙微波背景辐射、可观测宇宙的结构以及宇宙年龄的研究中得以揭晓—— 我们的宇宙并不是静止的，而是一直在膨胀，并且膨胀的速度正在不断加速，甚至已经超过了光速。
这是宇宙中占据主体的 暗能量 在其强大排斥力持续作用下的结果，当物质的密度下降后，引力作用也逐渐变弱，而 暗能量因其密度恒定的特性，并不会使自身排斥力因空间变化被削弱，也就不断地加速了宇宙膨胀。
宇宙就像一个沾满各种小颗粒的气球，其中的小颗粒就是包括恒星与星系在内的各种星体， 当气球不断膨胀后，这些小颗粒之间的距离也就越来越大。 而这便是GN-z11到地球的距离超过宇宙年龄的原因。
宇宙的膨胀或许也会有停止的一天，对可观测宇宙的未来学者们也各执一词地争论已久，人类姑且算是看到了可观测宇宙的边缘，但可观测范围之外的宇宙终点仍旧是个谜团。
宇宙会有终点，不论是空间上还是时间上，正如同地球上的人类会在10亿年后消失、几十亿年后太阳会熄灭一样。
只不过那个终点不论是对于一个种族还是一个生命来说，都显得太过漫长和遥远了，对于宇宙而言这就是再正常不过的事情，人类相比之下就像一粒悬浮在阳光下的微尘，但仍然会用探究的精神向着心中的那个终点不断前行。
