宇宙究竟有多浩瀚?這張來自宇宙深處的照片,刷新了人類的認知

當我們描述宇宙時,常常會用到「浩瀚」這個詞,但如果問起宇宙究竟有多浩瀚,估計很多人就沒有具體的概念了,實際上,在過去的很長一段時間里,就連科學家們也對此不太清楚。為什麼呢?原因很簡單,那就是地球的大氣層嚴重地限制了人類對宇宙深處的觀測能力。

很明顯,想要擺脫地球大氣層的干擾,最好的辦法就是把望遠鏡發射到太空中去,這也正是大名鼎鼎的哈勃望遠鏡的發射原因。

哈勃望遠鏡于1990年4月24日發射升空,盡管現在的它已經垂垂老矣,但它目前仍然在太空中工作。在長達30余年的時間里,哈勃望遠鏡已經完成了超過100萬次的觀測,而對于「宇宙究竟有多浩瀚」這個問題,哈勃望遠鏡給出的答案,可謂是刷新了人類的認知。

2003年9月23日,哈勃望遠鏡將鏡頭對準了「天爐座」方向的非常小的一片天區,它此次的任務是通過長時間的觀測,確定在這片天區中究竟存在著多少個星系。這片天區位于赤經3h 32m 40.0s,赤緯-27°47‘ 29「,其范圍只有3平方角秒,與滿月在天空中所占的范圍相比,大概就是下圖這個樣子(箭頭所指的就是哈勃望遠鏡此次的觀測范圍)。

如果我們直接用肉眼去觀察這片天區,就會發現它幾乎是一片黑暗,看不到任何天體,這其實就是科學家們選擇這里的原因,因為這片天區遠離了銀河系中的眾多天體,并且還沒有其他亮星的干擾,如此一來,哈勃望遠鏡就可以拍攝到更加遙遠,或者更加暗淡的星系。

此次觀測工作分為了兩個階段,第一階段是2003年9月23日至10月28日,第二階段是2003年12月4日至2004年1月15日,在整個觀測期間,哈勃望遠鏡利用新安裝的第三代廣角相機(WFC3)以及紅外相機(IR Camera)進行了大約800次曝光,總曝光時間約為97.6萬秒(大約相當于11.3個地球日)。

上圖就是此次觀測工作的成果,這也被稱為「哈勃超級深場」(Hubble Ultra Deep Field,簡稱HUDF),正如前文所言,這片天區遠離了銀河系中的眾多天體,而這也就意味著,在這張來自宇宙深處的照片中,幾乎每一個亮點都是一個星系。

分析結果表明,在「哈勃超級深場」中的星系數量至少1萬個,它們中絕大多數的亮度都比我們人類肉眼可見的最暗天體還要暗淡10億倍(最多可達40億倍),根據科學家的計算,在這些星系之中,最遙遠的星系與我們的距離可以高達130億光年(注:這里的130億光年是指光行距離,即這些星系所發出的光用了130億的時間才抵達地球,進而被我們觀測到)。

每個星系都擁有大量的恒星,即使按每個星系10億顆恒星計算,「哈勃超級深場」中都至少包含了10萬億顆恒星。實際上,這還是非常保守的估算值,因為宇宙中很多星系的恒星數量都遠遠地超過了10億顆,比如說我們人類所在的銀河系,就擁有2000億至4000億顆恒星,而銀河系的「鄰居」——仙女座星系,其擁有的恒星數量更是高達1萬億顆。

要知道「哈勃超級深場」在天空中所占的范圍,大概只相當于全天空的1270萬分之1,在如此小的范圍內,就存在著數量如此龐大的恒星,而從已知的觀測數據來看,可觀測宇宙中的星系分布在整體上是非常均勻的,也就是說,在宇宙中的其他區域,同樣存在著這種數量級的恒星,宇宙的浩瀚可想而知。

在哈勃望遠鏡升空之前,人類只知道宇宙很大,而「哈勃超級深場」卻清楚地告訴了人類,宇宙居然會如此浩瀚,相對而言,我們人類所在的地球,甚至是整個太陽系,在宇宙中都渺小得可以忽略不計,不得不說,這張來自宇宙深處的照片,可謂是刷新了人類的認知。


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