“對於那些完全相信彼此的人來說，時間和地點的距離都不會減少他們之間的友誼。”——羅伯特·索西

哈勃太空望遠鏡是我們人類目前最強大、最昂貴的觀測裝置之一，人們曾經用它做過最神奇、也是最出乎意料的事情是，讓哈勃對準了一小塊看似空無一物的空間，連續觀察曝光了幾周的時間，如果什麼都沒有發現，這將是史上最大的資源浪費，畢竟哈勃再其服役期間的每分每秒都如此的珍貴。

但是我們在黑暗、空曠的空間發現了千上萬個星系，從而得出結論：在整個可觀測宇宙中有至少2000億個星系。為我們提供了一個初步的下限值。那麼哈勃的觀測極限是什麼？它為什麼看不到無限遠的星系？

實際上，在宇宙中有一些星系非常遙遠、模糊，哈勃幾乎看不見它們。造成哈勃視野有限的兩個原因有兩個：

哈勃“只有”一個直徑為2.4米的口徑，這意味著它只能收集到這個口徑下所能收集到的光子數量。即使曝光超過23天（這是有史以來在一個區域最長的曝光時間），也只能讓哈勃在最遠的距離上看到一些非常明亮的星系。我們在宇宙中看得越遠，任何物體發出的光就會越紅。

在某種程度上，第二點其實也是一件好事！

因為，當涉及到最年輕、最熱、最亮的恆星時，它們發出的光大部分對人類來說並不是可見光，實際上是紫外線。隨著宇宙的膨脹，隨著星系之間的距離越來越遠，宇宙的結構也隨之膨脹。

這意味著存在於時空中的光子（從遙遠的恆星和星系發射到我們眼前的單個光量子）也會發生紅移，它們的波長會被宇宙本身的膨脹拉長。

當我們看到一個明亮、遙遠、紅色的星系時，我們可以通過觀察其顏色的相對亮度（藍色、綠色、紅色和近紅外光）來估計它的紅移，但這只是一個估計。如果我們想知道它真實的紅移量，就需要測量一些更確定的性質。

毫無疑問，原子物理學，特別是原子的躍遷，在宇宙的任何地方都是一樣的。如果我們能測量來自一個物體的發射光譜（或吸收光譜，這取決於星系的型別），並識別出存在的元素，我們就能根據哈勃定律直接計算出：

就原子躍遷而言，任何恆星或星系中最強烈、最容易看到的發射線都來自氫原子的電子遷越，它們要麼以紫外線（萊曼系）、要麼是可見光（巴爾末系）或紅外線（帕邢繫系）進行躍遷。

但是這些發射線以及它們的波長是在這些星系的靜止框架中計算出來的。當宇宙膨脹時，這些波長會發生巨大的紅移。最強烈、最容易識別的躍遷，通常發生在121.567奈米的萊曼-阿爾法躍遷，在光譜上可以紅移的非常遠。

測波長的公式是什麼？用靜止座標光譜中的波長乘以（1 + z），其中z是物體的紅移。上圖，在接近540奈米（上圖的單位是埃）的萊曼阿爾法線（綠色的光）給我們的紅移大約是3.4，也就是220億光年的距離，它的光從宇宙只有19億年的時候發出，也就是現在宇宙年齡的13%。

現在，我們看哈勃上最新最強大的相機，寬視場相機3 (WFC3)中的窄濾光片可以觀察到最大波長接近1700奈米的光。

基於此，從理論上講，哈勃可以看到整個宇宙紅移為12或13的星系，相當於宇宙年齡只有現在的3% ！

但這是建立在這樣的一個假設之上：哈勃在進行超深度觀察時使用了紅外濾光片，但哈勃本身並沒有。而是使用寬場波段收集更多的光子，最長的波長在850奈米左右，接近900奈米。

事實上，當我們想深入地探索宇宙時，即使我們無法使目標物體達到像哈勃望遠鏡那樣的解析度或亮度，我們通常還是使用專用的紅外太空望遠鏡，比如斯皮策！

然後，我們需要通過地面上8到10米級望遠鏡的後續觀測來確認這些候選者的光譜。在很長一段時間裡，UDFj-39546284以驚人的紅移量11.9保持著速度記錄。像這樣的星系對哈勃來說完全看不見。但是後續觀察顯示，有來自一個低紅移星系的虛假髮射線混淆了觀測結果，這個11.9的紅移量並不準確。

但是今天，我們有了一個新的記錄保持者!

EGSY8p7星系，新記錄的紅移為8.68，這是確認的星系中已知紅移最高的天體。也就是說當這個星系的光首次發射出來的時候，宇宙只有5.7億年的歷史，而它現在距離我們約300億光年，是迄今為止發現的最遙遠星系的宇宙記錄保持者。

但是像這樣的星系實際上是哈勃望遠鏡所能到達的極限。哈勃所能看到的星系紅移量不會超過8或9。但宇宙中可能有星系的紅移遠至15或20！

但我們還有希望。

雖然哈勃望遠鏡很難達到1微米的波長，但詹姆斯韋伯太空望遠鏡（JWST）的靈敏度將一直達到30微米左右，比之前的任何望遠鏡都要高，解析度更高，聚光能力是哈勃的6倍！

如果我們足夠幸運的話，我們將能夠看到，不是在現有望遠鏡技術的限制下發現的最遠星系，而是發現宇宙所能提供的最遠的星系。儘管哈勃很偉大，但它也有它的侷限性。在超長波長射電天文學出現之前，JWST是我們找到最遠星系的最佳方法，也是未來我們需要完成的一次天文學重大變革。

JWST預計會在2021年發射升空，屆時我們將在可見宇宙中揭開未知世界的最後一幕。