爱德文·哈勃哈勃极限︱它为什么看不到宇宙中的第一批星系？( 二 )
限制哈勃最大的因素就是主反射镜的口径和它工作的波段 ， 口径决定了哈勃能收集到光子的数量 ， 即使曝光时间加长也无济于事 ， 工作波段决定了它能接收什么样的波长的光子 ， 因为望远镜在工作时不会在全波段下收集光子 ， 这样会造成其他信号的干扰 ， 所以我们只会选择一个波段下进行观测 。 在不同波段下观测天体 ， 会带来非常不同的外观和属性 。
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你看 ， 上图中同样是超新星残骸 ， 我们在不同的波段下对其进行观测就获得不同的效果 ， 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呈现 ， 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射线天文台在更高能量下的波段所看到的景象 。
所以说观测波段对于目标物的成像非常重要 ， 而哈勃望远镜的主要工作波段为可见光 ， 虽然我们在后来对哈勃的维护中为其增加了红外滤光片 ， 但是红外波段依旧是哈勃的硬伤 。 那么这个和遥远的星系有什么关系呢？
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今天我们在宇宙中看到的星系和早期宇宙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 ， 不过早期的星系块头更小 ， 其中包含的蓝巨星更多 ， 发出光的能量更高 ， 有很大一部分在紫外线波段 。
但是这些光想要到达地球 ， 必须经历一段地狱般的旅程 ， 飞行数百亿光年 ， 在这途中光的能量会发生一些衰减 ， 也就是损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 ， 我们的宇宙正在膨胀 ， 膨胀的空间会导致光的波长被拉伸 ， 经过漫长的旅程 ， 遥远星系最初发出的紫外线光 ， 已经被红移到了红外线波段 。
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如果我们继续用哈勃的可见光波段寻找宇宙中那些非常遥远的星系 ， 只能是一无所获 。 因此哈勃的观测能力是有限的 ， 而且如果观测的距离越远 ， 还会存在更加严重的问题 ， 这也是哈勃目前无法企及的距离 。
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我们知道宇宙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 ， 只有大量的中性气体云 ， 这些气体云在随后5000万到1亿年间才在引力的作用下聚集 ， 并且点燃核聚变形成第一批恒星、星系 ， 不过最初形成的恒星所发出的光不管朝哪个方向传播都会撞上中性原子被吸收 ， 我们称这个时期为宇宙的黑暗时代 。 所以 ， 哈勃在可见光下无法看到宇宙黑暗时代任何的光线 。
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不过远红外线可以很好的免疫中性氢 ， 不受阻碍的穿过这些障碍 ， 因此我们需要建造一个更加强大的红外望远镜来探测这些宇宙中早期的星系 ， 这就是詹姆斯·韦伯望远镜升空任务的重要意义 。 它比斯皮策红外望远镜要灵敏100倍 。 不过有一点很重要 ， 遥远星系最初发出的红外线虽说不受中性氢的阻挡 ， 但是随着宇宙膨胀导致的红移 ， 很大一部分红外线波段的光已经进入了远红外波段甚至是微波波段 。
【爱德文·哈勃哈勃极限︱它为什么看不到宇宙中的第一批星系？】如果这些黑暗时代早期的光被宇宙完全膨胀到了微波波段 ， 它会和宇宙微波背景辐射的光子搅合在一起 ， 是我们永远都无法探测到第一批星系和恒星 。 因此 ， 我们急需韦伯望远镜升空来接替哈勃的工作 。
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