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它为什么看不到世界中的第一批星系?

夜晚的星空是人类和世界交流仅有的窗户,在一个晴朗、没有任何光污染、彻底漆黑的夜晚,咱们人类肉眼大约能看到6000-7000颗恒星,其间包括咱们太阳的五大行星,除了这些,咱们还能在天空中看到一条横跨夜空…

夜晚的星空是人类和世界交流仅有的窗户,在一个晴朗、没有任何光污染、彻底漆黑的夜晚,咱们人类肉眼大约能看到6000-7000颗恒星,其间包括咱们太阳的五大行星,除了这些,咱们还能在天空中看到一条横跨夜空的银河,一些含糊的星云,例如:仙女座和巨细麦哲伦星系。

现在咱们知道这些含糊的星云,正是悠远世界中独立于银河系之外的星星岛屿,在咱们的可观测世界中至少约有2000亿个这样的星系和银河系相同,在世界中孤单地漂浮着,像是大海中的一叶孤舟。能有这样的知道,能知道咱们世界的宽广以及其间所包括很多的星系,彻底得益于望远镜的出现以及开展。

由于在1609年,伽利略初次将克己的望远镜用于地理观测曾经,咱们人类还在证明太阳系的模型,开普勒的行星运动定律刚提出不久,日心说模型才开端得到了树立,而牛顿直到1687年才提出了万有引力定律,解说了行星绕母恒星运动的实质原因。

太阳系模型的树立,让人类的目光开端转向了悠远的星空,开端进入了树立世界模型的阶段,而望远镜的出现也让人类彻底摆脱了裸眼观天的局限性,在天空中发现了很多的、昏暗的、曾经肉眼无法看到的恒星以及恒星的集合体,而且发现了天空中那些古怪的含糊“星云”。

通过了数十年的争辩和观测,直到1924年,由于其时望远镜的口径、光学技能以及地理拍摄技能得到了空前的提高,埃德温·哈勃运用威尔逊山地理台的254厘米反射望远镜对仙女座星云的观测才搞清楚了这些所谓的“星云”其实便是星系,而且发现了世界中的星系正在远离咱们。埃德温·哈勃的发现让人类视界走出了银河系,并创始了星系地理学。人们在哈勃发现的基础上树立了一个不断胀大的大爆炸世界模型,现代地理学拉开了帷幕。

1990年哈勃望远镜的升空,更是将人类的视界带到了世界深空,人类曾经所未有的办法在观测回忆整个世界的演化前史,其实在哈勃望远镜和斯皮策红外望远镜的协同合作下,人类现已很挨近前期世界中诞生的第一批星系、乃至是第一批恒星!在近几年咱们不断地改写着世界中最悠远、最陈旧星系的记载,例如:哈勃发现的EGSY8p7星系和UDFj-39546284这两个星系是世界中十分陈旧的星系之一,别离诞生在132.3亿和134亿年前,间隔咱们现在有300亿和330亿光年,要知道整个世界的前史大约才138亿年,所以哈勃现已十分挨近世界中的第一批星系了。

可是这两个星系并非世界中最最陈旧的星系,由于哈勃现在并没有勘探到世界中的第一批星系,这便是咱们下面要说的哈勃望远镜的极限了。

你可能会以为只需咱们将哈勃对准天空中的一个区域,常常长期的曝光,不断地搜集更多的光子,那么是不是就能够看到世界诞生后的第一批星系了?理论上没有问题,而且这也是哈勃观测悠远星系常用的办法,可是曝光抵达必定的时刻,哈勃并不能承受到更多的光子信息。由于哈勃望远镜有它内涵的局限性,也能够说它被规划之处就注定了它并不合适调查悠远的星系。

约束哈勃最大的要素便是主反射镜的口径和它作业的波段,口径决议了哈勃能搜集到光子的数量,即便曝光时刻加长也杯水车薪,作业波段决议了它能承受什么样的波长的光子,由于望远镜在作业时不会在全波段下搜集光子,这样会构成其他信号的搅扰,所以咱们只会挑选一个波段下进行观测。在不同波段下观测天体,会带来十分不同的外观和特点。

你看,上图中同样是超新星残骸,咱们在不同的波段下对其进行观测就取得不同的效果,图一是甚大阵射电望远镜在无线电波下对其进行的感测,图二是斯皮策红外望远镜在近红外波段的出现,图三是哈勃望远镜在可见光波段的成像,图四是Astro-1望远镜在紫外线下的成像,图四和图五是钱德拉X射线地理台在更高能量下的波段所看到的现象。

所以说观测波段关于方针物的成像十分重要,而哈勃望远镜的首要作业波段为可见光,尽管咱们在后来对哈勃的保护中为其增加了红外滤光片,可是红外波段依旧是哈勃的硬伤。那么这个和悠远的星系有什么关系呢?

今日咱们在世界中看到的星系和前期世界中刚诞生的星系其实没什么两样,它们都是靠恒星的核聚变的向外辐射能量,不过前期的星系块头更小,其间包括的蓝巨星更多,宣布光的能量更高,有很大一部分在紫外线波段。

可是这些光想要抵达地球,有必要阅历一段地狱般的旅程,飞翔数百亿光年,在这途中光的能量会产生一些衰减,也便是丢失能量使得光的波长加长,不过这一点影响并不大。对光能量/波长影响最大的是,咱们的世界正在胀大,胀大的空间会导致光的波长被拉伸,通过绵长的旅程,悠远星系开始宣布的紫外线光,现已被红移到了红外线波段。

咱们咱们持续用哈勃的可见光波段寻觅世界中那些十分悠远的星系,只能是一无所得。因而哈勃的观测才能是有限的,而且咱们观测的间隔越远,还会存在愈加严峻的问题,这也是哈勃现在无法企及的间隔。

咱们知道世界诞生后的几百万年间是不存在任何恒星的,也没有任何星系,只要很多的中性气体云,这些气体云在随后5000万到1亿年间才在引力的效果下集合,而且点着核聚变构成第一批恒星、星系,不过开始构成的恒星所宣布的光不论朝哪个方向传达都会撞上中性原子被吸收,咱们称这个时期为世界的漆黑时代。所以,哈勃在可见光下无法看到世界漆黑时代任何的光线。

不过远红外线能够很好的免疫中性氢,不受阻止的穿过这些妨碍,因而咱们需求制作一个愈加强壮的红外望远镜来勘探这些世界中前期的星系,这便是詹姆斯·韦伯望远镜升空使命的重要意义。它比斯皮策红外望远镜要活络100倍。不过有一点很重要,悠远星系开始宣布的红外线虽然不受中性氢的阻挠,可是跟着世界胀大导致的红移,很大一部分红外线波段的光现已进入了远红外波段乃至是微波波段。

咱们这些漆黑时代前期的光被世界彻底胀大到了微波波段,它会和世界微波布景辐射的光子搅合在一起,是咱们永久都无法勘探到第一批星系和恒星。因而,咱们急需韦伯望远镜升空来顶替哈勃的作业。

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