当我们描述宇宙时,常常会用到“浩瀚”这个词,但如果问起宇宙究竟有多浩瀚,估计很多人就没有具体的概念了,实际上,在过去的很长一段时间里,就连科学家们也对此不太清楚。为什么呢?原因很简单,那就是地球的大气层严重地限制了人类对宇宙深处的观测能力。
很明显,想要摆脱地球大气层的干扰,最好的办法就是把望远镜发射到太空中去,这也正是大名鼎鼎的哈勃望远镜的发射原因。
哈勃望远镜于1990年4月24日发射升空,尽管现在的它已经垂垂老矣,但它目前仍然在太空中工作。在长达30余年的时间里,哈勃望远镜已经完成了超过100万次的观测,而对于“宇宙究竟有多浩瀚”这个问题,哈勃望远镜给出的答案,可谓是刷新了人类的认知。
2003年9月23日,哈勃望远镜将镜头对准了“天炉座”方向的非常小的一片天区,它此次的任务是通过长时间的观测,确定在这片天区中究竟存在着多少个星系。这片天区位于赤经3h 32m 40.0s,赤纬-27°47" 29",其范围只有3平方角秒,与满月在天空中所占的范围相比,大概就是下图这个样子(箭头所指的就是哈勃望远镜此次的观测范围)。
如果我们直接用肉眼去观察这片天区,就会发现它几乎是一片黑暗,看不到任何天体,这其实就是科学家们选择这里的原因,因为这片天区远离了银河系中的众多天体,并且还没有其他亮星的干扰,如此一来,哈勃望远镜就可以拍摄到更加遥远,或者更加暗淡的星系。
此次观测工作分为了两个阶段,第一阶段是2003年9月23日至10月28日,第二阶段是2003年12月4日至2004年1月15日,在整个观测期间,哈勃望远镜利用新安装的第三代广角相机(WFC3)以及红外相机(IR Camera)进行了大约800次曝光,总曝光时间约为97.6万秒(大约相当于11.3个地球日)。
上图就是此次观测工作的成果,这也被称为“哈勃超级深场”(Hubble Ultra Deep Field,简称HUDF),正如前文所言,这片天区远离了银河系中的众多天体,而这也就意味着,在这张来自宇宙深处的照片中,几乎每一个亮点都是一个星系。
分析结果表明,在“哈勃超级深场”中的星系数量至少1万个,它们中绝大多数的亮度都比我们人类肉眼可见的最暗天体还要暗淡10亿倍(最多可达40亿倍),根据科学家的计算,在这些星系之中,最遥远的星系与我们的距离可以高达130亿光年(注:这里的130亿光年是指光行距离,即这些星系所发出的光用了130亿的时间才抵达地球,进而被我们观测到)。
每个星系都拥有大量的恒星,即使按每个星系10亿颗恒星计算,“哈勃超级深场”中都至少包含了10万亿颗恒星。实际上,这还是非常保守的估算值,因为宇宙中很多星系的恒星数量都远远地超过了10亿颗,比如说我们人类所在的银河系,就拥有2000亿至4000亿颗恒星,而银河系的“邻居”——仙女座星系,其拥有的恒星数量更是高达1万亿颗。
要知道“哈勃超级深场”在天空中所占的范围,大概只相当于全天空的1270万分之1,在如此小的范围内,就存在着数量如此庞大的恒星,而从已知的观测数据来看,可观测宇宙中的星系分布在整体上是非常均匀的,也就是说,在宇宙中的其他区域,同样存在着这种数量级的恒星,宇宙的浩瀚可想而知。
在哈勃望远镜升空之前,人类只知道宇宙很大,而“哈勃超级深场”却清楚地告诉了人类,宇宙居然会如此浩瀚,相对而言,我们人类所在的地球,甚至是整个太阳系,在宇宙中都渺小得可以忽略不计,不得不说,这张来自宇宙深处的照片,可谓是刷新了人类的认知。
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