哈勃太空望遠鏡：134億光年外的遙望

本周一，哈勃太空望遠鏡迎來了它27周歲的生日。擺脫了地球大氣對星辰影像的干擾，哈勃太空望遠鏡給人類打開了一扇新的宇宙之門，使天文學家們獲得了迄今為止最深入、最敏銳的太空光學影像，為宇宙起源、星系演化、黑洞結構許多基本天文學問題的研究提供了不可替代的數據。

（正在太空中工作的哈勃望遠鏡）

2016年3月3日，天文學家們宣布他們用哈勃望遠鏡創造了一項新紀錄：他們成功的觀測到了一個編號為GN-z11的星系，創造了哈勃太空望遠鏡迄今為止距離最遠的觀測記錄。GN-z11也是人類有史以來看到的最遠的星系，將人類天文觀測的界限拓展到了接近宇宙邊緣的位置。

（距離地球134億光年的GN-z11星系在哈勃的觀測圖中僅僅是一個亮點）

GN-z11離我們有多遠呢？當一束光從GN-z11上發出后，以約每秒30萬公里的速度在宇宙中飛馳。到達地球附近、被哈勃望遠鏡捕獲時，時間已經過去了134億年。也就是說，GN-z11和地球之間的距離是134億光年。

地球和其他大行星圍繞太陽這顆恒星公轉，形成了太陽系。而幾千億顆像太陽這樣的恒星，又共同組成了我們所在的銀河系。GN-z11在觀測圖片上看起來僅僅是一個不起眼的亮點，但它和銀河系一樣，也是一個包含眾多恒星的星系。天文學家們分析發現，這個星系是個“小不點”。它的大小只有銀河系的4%，恒星質量只有銀河系的1%。在這個星系中，一片生機盎然的“造星運動”正在蓬勃進行中：新的恒星正以超過今天的銀河系20倍的速度產生，使這個星系變得更加明亮，這才讓天文學家們有機會觀測到它。然而，現在能夠看到的是這個星系134億年前的樣子。那時，產生宇宙的大爆炸剛剛過去4億年，因此GN-z11也給天文學家們提供了研究宇宙形成早期情況的絕佳樣本。如今它變成了何種景象，我們無從知曉。

鳴笛駛來的火車，在接近和遠離時，我們所聽到的汽笛音調會有所變化。這是因為火車的移動使得觀察者耳朵所聽到的聲波頻率發生了變化。在接近觀測者時，頻率變高，波長變小，在遠離觀測者時，頻率變低，波長變大。物理學上將這種現象稱為多普勒效應。在宇宙中，多普勒效應為天文學家們提供了一把“量天尺”。組成宇宙萬物的每種原子在吸收或發出光時，波長是固定的。我們可以在實驗室中測量這些波長，再在天文觀測的光譜中尋找相應的吸收線或發射線。當星體遠離我們時，這些譜線將向波長變長的方向移動。因為紅光處在光譜中的波長較長的那一邊，天文學家們將這種現象稱為“紅移”。星體跑的越快，紅移的程度就越強。

（星體遠離觀測者時會出現紅移現象，反之則出現藍移現象）

哈勃太空望遠鏡是以美國天文學家愛德溫·鮑威爾·哈勃的名字命名的。哈勃在天文學研究中的一個重要貢獻，是發現來自遙遠星系光線的紅移與它們和地球間的距離成正比。在大爆炸之后，宇宙至今仍處于加速膨脹的狀態，其他星系遠離地球的速度，隨著時間演進，應該會持續地增快。當天文學家們精準測量出一個被稱作“哈勃常數”的數值后，就可以根據星系紅移的多少來計算星系與我們的距離。研究GN-z11的天文學家們正是根據這條定律計算出了該星系的距離，確認這個星系打破了在2015年創造的最遠觀測記錄，將我們對宇宙觀測的疆界又向前推進了3億光年。

（天文學家愛德溫·鮑威爾·哈勃）