哈勃太空望远镜的观测极限在哪里？

（自媒体www.jj00.com）

1986年，美国宇航局（NASA）的挑战者号航天飞机在升空时发生了爆炸，导致机上7名宇航员悉数遇难，此次事变也让本该于同年升空的哈勃太空千里镜（HST）推迟发射了4年。到了1990年4月24日，哈勃太空千里镜搭乘发现号航天飞机发射升空，由此开启了空前未有的宇宙索求时代。 （自媒体www.jj00.com）

哈勃运行在一个近乎圆形的轨道上，它距离地表大约540公里，每95.4分钟绕行地球一周。在太空中，没有大气干扰，哈勃能够领受到宇宙中十分微弱的光，观测到极为遥远的宇宙。 （原文来自久久自媒体）

不外，哈勃的观测之路并非一帆风顺。因为一块镜片偏离原位置1.3毫米，导致哈勃成了“近视眼”，它所捕获到的图像显得恍惚，还不如地基天文千里镜的观测结果。

在1993年，NASA吩咐了一组宇航员前去太空，去修理哈勃太空千里镜。宇航员给哈勃安装了一副“眼镜”，让哈勃可以“看清”宇宙中的天体。

经由修理，哈勃起头显现出它那无与伦比的观测能力。很快，哈勃传回了一系列令人震撼的宇宙照片，它让我们看到了极为深挚的宇宙，回溯到极为长远之前的时间。因为光速是有限的，哈勃看得越远，也就能看到越早之前的时间。

那么，哈勃的观测极限在哪里？哈勃能观测到多远的宇宙？能看到多久之前的时间？

关于哈勃的观测能力，先来认识一下视直径的概念。若是要描述太阳看起来有多大，能够借助视直径这个参数。以太阳为例，太阳盘面直径与边缘订交的两个端点和观测者所形成的夹角巨细即为视直径。

凭据衍射极限公式，一个光学系统的极限差别角（Δφ）与入射光的波长（λ）、通光直径（D）有关：

以人眼为例，人眼的极限差别角约为60角秒，若是一个物体的视直径小于这个值，人眼将无法差别出这个物体的细节，该物体看起来是没有细节的点。

对于哈勃，其主镜口径为2.4米，它的观测波段为近红外、可见光以及紫外，它的极限差别角约为0.05角秒。哈勃能识别出1亿光年外星系中的单颗恒星，也能看到100多亿光年外的星系。

不外，为了观测到早期宇宙中的星系，单靠壮大的差别能力照样不敷的。这是因为遥远星系十分暗淡，它们发出的光抵达地球时，已经衰减到极其微弱的水平。为了观测到这些星系，只能耽误曝光时间，尽量收集到充沛多的光。

自2003年起，哈勃瞄准天炉座的一小片阴郁区域进行观测。这片区域的巨细（视面积）仅为满月的1%，不到全天的3000万分之一。那边看起来一片阴郁，似乎空无一物。

然而，经由十来年的观测，累计领受了23天的光，哈勃拍摄到了下面这张有名的哈勃极深场（XDF）：

在这块看似阴郁的区域中，群集着多达5500个星系，个中每个星系又包含数以亿计的恒星。这些星系极其暗淡，其亮度仅为人眼所见极限的100亿分之一。

哈勃极深场中的星系离地球十分遥远，它们位于132亿光年之外，这意味着它们发出的光用了132亿年才达到地球，我们看到的是132亿年前的星系。因为宇宙降生至今的岁数估量为138亿年，所以这些星系存在于十分早期的宇宙中，，那时距离宇宙大爆炸才曩昔6亿年。

而耗时250天的哈勃遗产场（HLF）更是把我们带向了更为深挚的宇宙：

这个中群集着跨越26万个星系，最远的星系距离地球达到了133亿光年，这意味着我们看到了133亿年前的星系。从星系的尺寸和距离来看，这已经是哈勃的观测极限。

在宇宙中流传的光子除了会因为距离遥远而显现能量衰减之外，还会因为空间的络续膨胀而显现宇宙学红移。早期宇宙中星系发出的光达到地球时，将会有很大的红移值，它们的波长被拉得很长。一旦光的波长充沛长，哈勃就无法差别出来。

不外，宇宙中存在一种自然的放大镜效应——引力透镜效应，这能够让哈勃看得更远，超越观测极限。凭据爱因斯坦的广义相对论，星系、星系团这种群集着大量质量的区域会强烈扭曲四周空间，经由四周的配景星光会被迫沿着弯曲空间行进，这就如同穿过透镜一般。

借由引力透镜效应，能够放大和增亮配景光源，使得哈勃可以观测到远在134亿光年外的星系——GN-z11，这是人类迄今为止发现的最陈旧星系。

因为宇宙空间在曩昔134亿年来持续膨胀，若是GN-z11星系还存在的话，它如今已经退行到距离地球320亿光年的处所。凭据哈勃常数，能够算出GN-z11今朝正以2.29倍光速的速度远离我们而去，这意味着它如今发出的光永远也到不了地球。

哈勃的设计寿命只有15年，但30年曩昔了，哈勃还在太空中运行。经由第一次重大修理之后，后来还有四批宇航员前去太空对哈勃进行升级，这使得哈勃有能力持续索求未知的宇宙。但不管如何，这架在轨运行30年的太空千里镜已经严重超期服役，它也快到与我们告其余时候了。

早在1996年，NASA就起头了下一代太空千里镜的研发，詹姆斯·韦伯太空千里镜（JWST）应运而生。作为哈勃的继任者，这架新的太空千里镜的口径达到6.5米，它能够观测到波长更长的光，从而看到哈勃所无法企及的遥远宇宙。理论上，韦伯能够观测到136亿年前的星系，这意味着我们将有望看到宇宙中形成的第一批星系。

按照规划，已经屡次推迟发射的詹姆斯·韦伯太空千里镜将于2021年3月30日发射升空。分歧于哈勃的近地轨道，韦伯将运行在太阳-地球系统的第二拉格朗日点（L2）上，距离地球150万公里，相当于地月距离的4倍。在那边，韦伯能够躲在地球死后，始终背向太阳，从而可以更好地观测宇宙。

因为韦伯远离地球，将来弗成能吩咐宇航员前去太空进行修理，所以必需要确保发射满有把握。不然，这架耗资高达96.6亿美元（折合人民币683亿元）的太空千里镜将会造成伟大的损失，给人类将来的宇宙索求蒙上一层暗影。

哈勃已经超额完成了使命，这架载入史册的功勋太空千里镜终将会与人类告别。将来，韦伯会把我们带向更远的宇宙，但我们也不会忘怀哈勃曾经的荣光。