在银河系的周围，有着大量的星系“漂浮”在宇宙中，它们似乎“包围”着我们的银河系。当我们从夜空中的任何一个地方看去，都有着大量且密集的星系存在，然而它们距离我们太遥远了，以至于它们所发出的光到达我们地球时已经变得极为微弱，我们在地球上想要看到这些璀璨的星系极为困难。

漂浮在宇宙中的星系

强大的哈勃望远镜

哈勃望远镜

直到1990年4月24日，人类有史以来最伟大的太空望远镜哈勃从地球发射升空，从此渺小的人类有了“一双”神奇的眼睛，开始从地球窥探宇宙的奥秘。由于哈勃望远镜地处距离地面575公里的高空之上，这里的大气已经极为稀薄，这使得哈勃望远镜不用受到大气湍流的干扰，同时在这里的哈勃望远镜可以不受地球自转的影响，并能够长时间的对准宇宙中的某一个区域进行曝光和拍摄，因此哈勃望远镜可以观察到更多更远甚至更暗的天体和星系。

哈勃拍摄的宇宙

在哈勃升空的31年多的时间中，哈勃为我们拍摄到了数百万张令我们惊叹的星系和星云照片，其中有的距离我们数百万光年，有的距离我们数千万光年，甚至有的距离我们达到了惊人的数十亿光年。那么哈勃望远镜的极限在哪里，它最远能够拍多远呢？

人类拍摄得最遥远的星系

GN-z11

现在请你仔细看这张照片，你眼前的这张照片或许是你这辈子看得最远的一张照片，因为照片中的这个红色的“一团”是来自134亿光年以外的星系，它被科学家命名为GN-z11。这张看起来平平无奇甚至有点略显得“粗糙”的照片也是哈勃望远镜迄今为止拍摄得最遥远的星系，这就意味着这也是人类现在所能拍到的最遥远的星系照片。GN-z11又被命名为婴儿星系，这是因为我们现在所看到的它其实是它在134亿年前所发出的光，而我们的宇宙诞生于137亿年前，也就是说我们现在看到的GN-z11的景象是宇宙初生时候的场景，通过光和哈勃望远镜我们穿越了浩瀚的星空，看到了宇宙的过去。

GN-z11的过去

GN-z11的体积并不算大，根据科学家的估计，它的大小大约为银河系的二十五分之一，恒星的质量仅有银河系的1%。虽然从现在看来，它是一个非常之小的星系，然而在当时初生的宇宙来看，它已经算是一个非常巨大的星系了。由于它正处于宇宙初生的星系诞生阶段，因此它的成长速度非常之快，恒星的产生速度比我们如今的银河系快了约20倍。

可观测宇宙

可观测宇宙

那么为什么哈勃望远镜自1990年升空以来，在长达31年的时间中最远只拍摄到了134亿光年以外的星系呢？要知道目前我们可观测宇宙的半径可达460亿光年，为什么哈勃望远镜没有拍摄到460亿光年外的星系呢，而这一切都要从“光”的传播说起。

可见光和不可见光

哈勃望远镜以及我们地球上的人类之所以能够看见遥远地带的星系，都是因为这些遥远星系发出的光，这种光一般被认为是可见光，我们可以将其归为一种能量，也就是我们常说的电磁波。可见光是电磁波谱中人眼可以感知的部分，一般人的眼睛可以感知的电磁波的波长在400到780纳米之间，而其它波长的大多为不可见光，如我们常说的紫外线、红外线等。

哈勃望远镜的物理限制

哈勃望远镜也一样，虽然它能够感触到的光要比人眼更多，然而受限于哈勃自身物理构造的限制，使得哈勃望远镜所能观测到的光波长类型也极为有限。根据哈勃望远镜团队给出的数据，哈勃望远镜最多只能观测到波长1.8微米的近红外光，这就使得哈勃望远镜的观测距离有了限制。

宇宙中的红移

而我们如今的宇宙，并不是一个静止和平衡的宇宙。根据大爆炸理论和科学家们的观测来看，我们的宇宙正在加速膨胀，空间结构也会随之膨胀，当光在宇宙中传播时，它会随着宇宙空间的膨胀被随之拉伸，这就意味着当遥远宇宙的光线到达哈勃的视野中时，它的波长要比它诞生时更长，这就是著名的红移。正是因为如此，红移现象也被科学家们用来测量那些星系和我们地球的距离。

宇宙膨胀对光的影响

宇宙的膨胀

回到光的传播来看，当光在宇宙中传播的时间越长，跨越的空间越广，那么它的红移现象也就越加明显，波长也会被拉伸得越长。如果一束光距离我们太过遥远，那么它的波长会被拉伸到超出哈勃望远镜的可观测范围，这就使得我们的哈勃望远镜无法观测到它，也就造成了哈勃望远镜的观测极限。

GN-z11的偶然性

引力透镜示意图

虽然哈勃已经拍摄到了GN-z11这个134亿光年以外的遥远星系，然而这并不代表着哈勃能够随意的观测134亿光年内的所有星系，哈勃之所以能够拍摄到GN-z11，其实有着很大程度的偶然性。首先GN-z11所处的区域和我们地球之间几乎不存在中性气体，这就使得GN-z11所发出的光不被太多的“遮挡物”吸收和损耗，并能够更好地跨越134亿光年到达我们的地球，然而这还远远不够。GN-Z11星系发出的光曾经过另外一个星系，并引发了引力透镜效应，这使得来自GN-Z11的光被放大和增量，并恰好达到了哈勃望远镜的观测极限，这就是你刚刚所看到的GN-Z11星系照片的来历。

打破极限的可能性

维修哈勃

那么哈勃望远镜还有可能打破自己134亿光年的极限吗，目前来看非常困难。根据哈勃团队所传出的消息，哈勃望远镜在2021年3月7日曾由于一个软件故障导致暂停运行，虽然在3月12日望远镜已经恢复部分工作，但仍有故障没有排除。而在哈勃升空的31年时间中，哈勃也曾经历了数次大修，同时随着航天飞机的退役，哈勃望远镜已经失去了维修它的工具，这就意味着在太空运行31年的哈勃望远镜几乎已经走到了自己一生的最后阶段，它将会很快退役，而能够决定哈勃退役时间的便是一个更加强大的太空望远镜，它就是哈勃的继任者——韦伯太空望远镜。

更加强大的韦伯太空望远镜

韦伯太空望远镜比哈勃先进了30年的时间，它比哈勃更加强大更加稳定，它将发射到距离地球约150万公里的第二拉格朗日点，这就意味着韦伯太空望远镜几乎无法像哈勃望远镜那样派遣宇航员去进行维修。因此为了保证万无一失，韦伯太空望远镜的发射时间一直在延期，根据NASA最新的消息称将韦伯太空望远镜在今年10月左右进行发射。如果韦伯太空望远镜真的发射成功的话，那么我们或许会借助韦伯看到一个更加绚丽的宇宙，很多的理论将会被证实，宇宙将继续颠覆我们的认知，一个更加宏大的宇宙即将向着我们展开。