在銀河系的周圍，有著大量的星系“漂浮”在宇宙中，它們似乎“包圍”著我們的銀河系。當我們從夜空中的任何一個地方看去，都有著大量且密集的星系存在，然而它們距離我們太遙遠了，以至於它們所發出的光到達我們地球時已經變得極為微弱，我們在地球上想要看到這些璀璨的星系極為困難。

漂浮在宇宙中的星系

強大的哈勃望遠鏡

哈勃望遠鏡

直到1990年4月24日，人類有史以來最偉大的太空望遠鏡哈勃從地球發射升空，從此渺小的人類有了“一雙”神奇的眼睛，開始從地球窺探宇宙的奧秘。由於哈勃望遠鏡地處距離地面575公里的高空之上，這裡的大氣已經極為稀薄，這使得哈勃望遠鏡不用受到大氣湍流的干擾，同時在這裡的哈勃望遠鏡可以不受地球自轉的影響，並能夠長時間的對準宇宙中的某一個區域進行曝光和拍攝，因此哈勃望遠鏡可以觀察到更多更遠甚至更暗的天體和星系。

哈勃拍攝的宇宙

在哈勃升空的31年多的時間中，哈勃為我們拍攝到了數百萬張令我們驚歎的星系和星雲照片，其中有的距離我們數百萬光年，有的距離我們數千萬光年，甚至有的距離我們達到了驚人的數十億光年。那麼哈勃望遠鏡的極限在哪裡，它最遠能夠拍多遠呢？

人類拍攝得最遙遠的星系

GN-z11

現在請你仔細看這張照片，你眼前的這張照片或許是你這輩子看得最遠的一張照片，因為照片中的這個紅色的“一團”是來自134億光年以外的星系，它被科學家命名為GN-z11。這張看起來平平無奇甚至有點略顯得“粗糙”的照片也是哈勃望遠鏡迄今為止拍攝得最遙遠的星系，這就意味著這也是人類現在所能拍到的最遙遠的星系照片。GN-z11又被命名為嬰兒星系，這是因為我們現在所看到的它其實是它在134億年前所發出的光，而我們的宇宙誕生於137億年前，也就是說我們現在看到的GN-z11的景象是宇宙初生時候的場景，透過光和哈勃望遠鏡我們穿越了浩瀚的星空，看到了宇宙的過去。

GN-z11的過去

GN-z11的體積並不算大，根據科學家的估計，它的大小大約為銀河系的二十五分之一，恆星的質量僅有銀河系的1%。雖然從現在看來，它是一個非常之小的星系，然而在當時初生的宇宙來看，它已經算是一個非常巨大的星系了。由於它正處於宇宙初生的星系誕生階段，因此它的成長速度非常之快，恆星的產生速度比我們如今的銀河系快了約20倍。

可觀測宇宙

可觀測宇宙

那麼為什麼哈勃望遠鏡自1990年升空以來，在長達31年的時間中最遠只拍攝到了134億光年以外的星系呢？要知道目前我們可觀測宇宙的半徑可達460億光年，為什麼哈勃望遠鏡沒有拍攝到460億光年外的星系呢，而這一切都要從“光”的傳播說起。

可見光和不可見光

哈勃望遠鏡以及我們地球上的人類之所以能夠看見遙遠地帶的星系，都是因為這些遙遠星系發出的光，這種光一般被認為是可見光，我們可以將其歸為一種能量，也就是我們常說的電磁波。可見光是電磁波譜中人眼可以感知的部分，一般人的眼睛可以感知的電磁波的波長在400到780奈米之間，而其它波長的大多為不可見光，如我們常說的紫外線、紅外線等。

哈勃望遠鏡的物理限制

哈勃望遠鏡也一樣，雖然它能夠感觸到的光要比人眼更多，然而受限於哈勃自身物理構造的限制，使得哈勃望遠鏡所能觀測到的光波長型別也極為有限。根據哈勃望遠鏡團隊給出的資料，哈勃望遠鏡最多隻能觀測到波長1.8微米的近紅外光，這就使得哈勃望遠鏡的觀測距離有了限制。

宇宙中的紅移

而我們如今的宇宙，並不是一個靜止和平衡的宇宙。根據大爆炸理論和科學家們的觀測來看，我們的宇宙正在加速膨脹，空間結構也會隨之膨脹，當光在宇宙中傳播時，它會隨著宇宙空間的膨脹被隨之拉伸，這就意味著當遙遠宇宙的光線到達哈勃的視野中時，它的波長要比它誕生時更長，這就是著名的紅移。正是因為如此，紅移現象也被科學家們用來測量那些星系和我們地球的距離。

宇宙膨脹對光的影響

宇宙的膨脹

回到光的傳播來看，當光在宇宙中傳播的時間越長，跨越的空間越廣，那麼它的紅移現象也就越加明顯，波長也會被拉伸得越長。如果一束光距離我們太過遙遠，那麼它的波長會被拉伸到超出哈勃望遠鏡的可觀測範圍，這就使得我們的哈勃望遠鏡無法觀測到它，也就造成了哈勃望遠鏡的觀測極限。

GN-z11的偶然性

引力透鏡示意圖

雖然哈勃已經拍攝到了GN-z11這個134億光年以外的遙遠星系，然而這並不代表著哈勃能夠隨意的觀測134億光年內的所有星系，哈勃之所以能夠拍攝到GN-z11，其實有著很大程度的偶然性。首先GN-z11所處的區域和我們地球之間幾乎不存在中性氣體，這就使得GN-z11所發出的光不被太多的“遮擋物”吸收和損耗，並能夠更好地跨越134億光年到達我們的地球，然而這還遠遠不夠。GN-Z11星系發出的光曾經過另外一個星系，並引發了引力透鏡效應，這使得來自GN-Z11的光被放大和增量，並恰好達到了哈勃望遠鏡的觀測極限，這就是你剛剛所看到的GN-Z11星系照片的來歷。

打破極限的可能性

維修哈勃

那麼哈勃望遠鏡還有可能打破自己134億光年的極限嗎，目前來看非常困難。根據哈勃團隊所傳出的訊息，哈勃望遠鏡在2021年3月7日曾由於一個軟體故障導致暫停執行，雖然在3月12日望遠鏡已經恢復部分工作，但仍有故障沒有排除。而在哈勃升空的31年時間中，哈勃也曾經歷了數次大修，同時隨著太空梭的退役，哈勃望遠鏡已經失去了維修它的工具，這就意味著在太空執行31年的哈勃望遠鏡幾乎已經走到了自己一生的最後階段，它將會很快退役，而能夠決定哈勃退役時間的便是一個更加強大的太空望遠鏡，它就是哈勃的繼任者——韋伯太空望遠鏡。

更加強大的韋伯太空望遠鏡

韋伯太空望遠鏡比哈勃先進了30年的時間，它比哈勃更加強大更加穩定，它將發射到距離地球約150萬公里的第二拉格朗日點，這就意味著韋伯太空望遠鏡幾乎無法像哈勃望遠鏡那樣派遣宇航員去進行維修。因此為了保證萬無一失，韋伯太空望遠鏡的發射時間一直在延期，根據NASA最新的訊息稱將韋伯太空望遠鏡在今年10月左右進行發射。如果韋伯太空望遠鏡真的發射成功的話，那麼我們或許會藉助韋伯看到一個更加絢麗的宇宙，很多的理論將會被證實，宇宙將繼續顛覆我們的認知，一個更加宏大的宇宙即將向著我們展開。