哈勃拍摄的最遥远星系：134亿光年外的GN-z11，哈勃有极限吗？

1990年4月24日，哈勃望远镜从地球发射升空，成为人类探索宇宙的重要工具。在地面的千锤百炼下，哈勃望远镜终于实现了太空探测器的伟大飞跃，这对人类来说是开启了一扇崭新的窗户，可以透过这个窗户去了解自己生存的空间。

相比地面望远镜，哈勃望远镜有天然的优势。地面的空气会对光线产生干扰，再加上大气折射等因素，即便是同一个天体，我们在地面观测的时候和哈勃望远镜在太空拍摄的时候，所得到的图像也会有很大差异。

此外，哈勃望远镜位于距离地面575公里的高空，可以长时间曝光和拍摄宇宙中的天体，而地面望远镜受到自转和昼夜更替的影响，不可能像哈勃那样连续观测。

这些天然优势让哈勃望远镜得以在宇宙探索和天文研究中大放异彩。在哈勃的工作计划中，星系和星云是主要拍摄对象。

哈勃望远镜拍摄的星系和星云照片数量庞大，但要说最远的星系是哪一个，那就非GNz11莫属。

GNz11距离地球134亿光年，是哈勃望远镜观测到的最遥远的星系，也是目前人类已知的宇宙中距离我们最远的天体。

GNz11被誉为“婴儿星系”，因为其光来自134亿年前，代表了宇宙初生时的景象。

我们知道光年是光速的时间单位，在1光年的距离上，光需要连续照射一年的时间才能到达目的地。

而GNz11距离我们134亿光年，这个数字之所以让人惊叹，就是因为我们知道宇宙形成不过几十亿年的时间，而这颗星系竟然来自134亿年前，这对我们目前认知宇宙诞生时间的范围提出了挑战。

我们所处的宇宙是一个不断膨胀和发展的世界，在这个过程中，宇宙会发生很多重要变革事件。

刚开始由一团无法无天的混沌状态逐渐走向稳定，在形成恒星和星系之后，才真正确立了一套规则和秩序。而这一切都必须经历时间的洗礼，在不断演化和发展之后，我们才有今天所见到的景象。

哈勃望远镜能观测到这么遥远的天体，除了自身实力雄厚之外，还有一个关键因素：红移现象。红移现象是天文学家测量宇宙距离和研究宇宙膨胀提供的重要工具。

但是哈勃望远镜做到了这一点，并且不仅仅如此，在给我们展示整个GNz11星系同时还给我们讲述了一个关于红移现象和加速膨胀规律的故事。

正是这个故事让我们更加深刻认识到哈勃望远镜已经成为物理学和天文学发展历史上一个重要分水岭。

红移现象最早被发现于19世纪末20世纪初，那时候人们还处在对光线本身特性认识阶段非常初级阶段。

虽然已经发明出棱镜和光栅这样能够分解光线成各种颜色组分并显示出其波长特征工具，但是对于光线波长和频率与颜色之间具体关系还没有明确认识。

这项工作正是由德国物理学家克里斯汀完成，并且他还凭借这一成果获得了诺贝尔物理学奖。虽然从今天眼光看来这个发现并没有多么惊世骇俗之处，但是要知道当时还没有任何先例能够告诉他光线在传播过程中波长会发生变化这件事。

正因为如此，他才会对来自恒星或者其它天体发出的光线产生强烈好奇，并最终通过棱镜实验成功找出其中规律。

如果说当时他做出这项发现还带有试错成分，并没有把这个现象和物体运动方向结合起来进行明确说明的话，那么后来引力红移现象被发现时则完全属于意料中事了。

引力红移即表示光线波长增大是由于在传播过程中受到引力场影响而产生加速运动造成能量损失所致。

根据爱因斯坦著名质能方程表达式E=mc²可知，光子本身是没有质量但是有能量。而能量随着光速运动时质量不断增大的物理特性告诉我们，如果光线在传播过程中频率变小波长变长说明其能量也发生了损失。

而能够让光线频率发生变化，并且越远越明显这种变化规律只有一个解释：周围空间正在发生加速膨胀。

从某种程度上来说引力红移就像是告诉我们红移现象不仅仅只有一种产生原因，并且还提示我们应该从更高维度去认识膨胀规律。

这个规律即表示整个空间范围正在以指数级速度增长，在最开始被发现时曾经给物理学界一个沉重打击。

因为这完全超出了他们原本设定好范围以及认知水平之外，在他们看来空间应该也像其它事物一样有其稳定状态，并不会随着时间而改变大小。

2021年3月份意外发生了：软件故障。由于不明原因，哈勃望远镜整体性能出现了问题，在一段时间内无法正常工作。

作为人类探索空间的重要工具之一，哈勃望远镜每一次小毛病都会让人揪心怕大事发生。如果由于这次故障造成设备报废或者无法修复，那么在其退役之前再也无法拍摄到更多有价值、有意义、有划时代意义的资料。

面对舆论的压力和科学价值之间巨大矛盾，维修人员终于找到办法解决了哈勃望远镜软件故障，并且已经重新开始拍摄工作。虽然已经恢复部分正常功能，但是谈论退役似乎已经成为不可逆转的话题。

因为即将到来的维修任务对设备来说压力非常巨大，在这个过程中随时都可能出现意外导致彻底报废。即便后续没有问题，根据原计划哈勃望远镜也就只能坚持工作3年左右时间。

尽管在这31年中已经为人类措探索空间工作了很久时间，但是面对无妄之灾导致退休在即还是让人很心痛。特别是对于那些研究星空、喜欢天文学领域的人来说。

所幸我们并没有太多时间陷入失落和悲伤之中。因为韦伯太空望远镜即将发射升空，在未来可能将哈勃望远镜取代之后继续揭开更多宇宙奥秘。

韦伯太空望远镜是哈勃望远镜换代升级之后推出的新一代产品，在工作原理和拍摄模式上都有很大提升。

根据原计划韦伯太空望远镜将于2021年10月发射升空，在前辈即将退休时顶替上位继续后续工作。韦伯太空望远镜能够更深入地观察宇宙。

相比哈勃只能观测到1.8微米波长区域大小的能力，韦伯可以观测到10微米附近，这对于研究暗物质、暗能量等黑暗领域有着极其重要意义。

除此之外，韦伯还有一个重要卖点：GNz11。作为哈勃望远镜运气最好、也是最具有里程碑意义资料来源的GNz11被放在了韦伯太空望远镜工作任务清单当中。

韦伯太空望远镜可以更加专业深入地观测GNz11，并且根据工作人员透露还会有更多惊喜被揭开。

原文链接：https://www.toutiao.com/article/7412170767460237834