為什么我們看不到宇宙中第一批恒星？

誰能數得清天上的星星？誰能說出它們對宿世界的影響？”——詹·湯姆遜

夜空為什么是暗中的？

想象一下我們熟知的夜空！在遠離城市，一個沒有月亮的夜晚；在一個您見過的最暗中的處所。或許您曾經躺在草地上，凝睇過天空。您昂首望去，空氣風涼，天空晴朗，一點云也沒有。這時您能看到什么？

夜空中有行星，有敞亮和暗淡的恒星，甚至有銀河橫跨天空。可是，夜空中最惹人注目標并不是那些星星點點的亮光，而是這樣一個事實：在您幾乎能看到的每一個處所，天空自己是暗中的。這是為什么呢？

您可能覺著這就不是個問題，夜晚的天空自己就是暗中的！若是您細心思慮一下，暗中的夜空才是問題的地點！

若是宇宙中真的布滿了星星，在各個偏向上都有光點，無論您朝哪個偏向看，您的視線最終城市落到一顆星星上。

若是是這樣的話，我們在任何偏向上看到的夜空都不該該是“暗中”的。最終，天空的每個點城市布滿亮光，不管那個恒星、星系或其他光點離我們有多遠。

這其實是19宿世紀最偉大的悖論之一：奧博斯悖論，它表白了無限的宇宙（空間、時候）布滿了無限數目的星星，它們漫衍在整個宇宙中與我們在地球上看到漆黑的夜空這個事實是不相容的。

當然，這個悖論的解決方案是：宇宙的春秋是有限的，當我們不雅察遙遠的宇宙時，我們現實上是在回首曩昔，因為宇宙是在一個熾熱，濃密，更平均的早期狀況中成長而來的，在此之前，宇宙中沒有任何恒星，因為萬有引力需要一段時候才起頭將原始氣體坍縮當作恒星。在必然的距離之外，我們甚至連一顆星星都看不到。

為什么我們看不到宇宙中第一批恒星？

大爆炸之后，宇宙的狀況是又熱又密又平均，但同時也在膨脹和冷卻。到宇宙38萬年的時辰，已經冷卻到足以第一次形當作中性原子。但我們要看到宇宙早期的任何物體都需要面對兩個阻礙：

在宇宙締造出任何發光的物體之前，我們什么都看不到。這很好理解，沒有工具發光，必定什么也看不到。

即使有了發光的物體，宇宙也需要變得對可見光透明。意思是，就算有了發光的物體，若是有什么工具反對光線，我們仍是看不見。

盡管這兩個問題（第一批恒星的形當作和宇宙變得透明）經常被歸并在一路，被稱為宇宙的“暗中時代”，但它們是宇宙需要解決的兩個自力的問題。

起首，在宇宙第一次形當作恒星之前，我們底子看不到任何物體。固然宇宙一起頭幾乎是完全平均的，但也存在一些細小的缺陷，包羅一些區域一起頭的物質略多于平均程度。跟著時候的推移，萬有引力將越來越多的物質拉入這些密渡過大的區域，使它們形當作物質團塊。

這個過程需要數萬萬年的時候，但顛末足夠長的時候后，這些物質團塊變得足夠大，引力起頭使物質在自身的引力感化下崩塌。當原子和分子團的焦點變得足夠濃密時，核聚變的過程（將氫燃料聚釀成氦）終于可以發生了！

起首啟動核聚變的這些位置就當作為了宇宙中的第一批恒星，它們發出熾熱而敞亮的光線，發生了自豪爆炸以來宇宙的第一束可見光。

這發生在宇宙降生后的5000萬年，對于宇宙春秋，甚至是恒星春秋來說，這是一個很是短的時候。但有一個問題：這些星星對我們來說都是看不見的！

上圖中的“暗中星云”是巴納德68分子云，其背后的恒星也在發光！但這個星云之所以看起來如斯暗中，是因為來自恒星的光被蓋住了！為什么會這樣？因為星云中存在的原子和分子的物理巨細正好可以接收可見光，是以看起來不透明。

固然單個原子自己只有特定的原子躍遷可以接收可見光，可是當原子以各類復雜的布局連系在一路時，它們現實上可以反對整個可見光光譜。這種不透明恰是第一批恒星形當作時的環境：宇宙會發生光，但它無法進入我們的眼睛。那么我們若何才能解脫這種困境呢？

必需電離那些中性原子！或者更具體地說，宇宙必需從頭回到電離狀況，因為中性原子曾經被電離過一次：回到它們釀成中性之前。也就是宇宙38萬年之前。

但這個過程不會很快的發生，這是一個需要數十億顆恒星形當作、發出紫外線、電離輻射，并撞擊宇宙中99%以上的中性原子的過程。這是一個漸進的過程，大約需要5.5億年才能完當作！

之前我們一向認為宇宙的再電離（也就是宇宙在可見光下變得透明的最后階段）發生在大爆炸之后的4.5億年，但這個額外的1億年是由普朗克衛星的不雅測從頭確定的。可是這并不料味著，宇宙中最古老的恒星形當作的時候比我們之前認為的要晚1億年。

第一批恒星形當作的時候比我們可以或許看到它們的時候要早得多，并且那時的第一批恒星也沒有足夠的能量來從頭電離整個宇宙，讓其對可見光透明，直到5.5億年后星星太對我們變得可見。

總結

在宇宙中，想看到第一批恒星“有光線”是不敷的，我們還需要讓光可以或許自由地在太空中觀光！在可見光下，我們沒有法子看到最早的恒星：不管哈勃太空千里鏡有多壯大，不管它盯著天空多長時候，它將永遠看不到第一批恒星，因為宇宙對可見光來說是不透明的。

但但愿仍是有的，詹姆斯·韋伯太空千里鏡有潛力將這一但愿變為實際。

因為塵埃原子和分子的布局可能對波長較長的光是透明的，經由過程不雅察較長波長的光，盡管哈勃無法看到這些恒星，但詹姆斯·韋伯(James Webb)將可以或許看到紅外線波長，可以或許看到宇宙對可見光不透明的所有時代。換句話說，在將來幾年內，韋伯千里鏡升空今后，我們也許可以或許探測到宇宙中的第一批恒星。

宇宙中的第一顆恒星可能在一段時候內是看不見的，但那是我們眼睛的錯，不是恒星的錯！

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