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宇宙中有多少星系?哈勃望遠鏡用30年時間,回答了這個問題

网瘾少女 2022/11/09

從遠古茹毛飲血的原始時代,到現在飛向太空的科技時代,人類科技真正發展的時間只有 三百多年

但我們取得的成就是驚人的,人們的生活質量獲得的大大的提升,同時目光也投向了天空,對宇宙展開了全方位的探索。

我們常用 「浩瀚」來描述宇宙,但假如追問宇宙究竟有多浩瀚,似乎就沒有了更具體的概念。在過去的很長一段時間里,地球的大氣層都嚴重限制了人類對宇宙深處的觀測能力,只有走出地球,我們才能真正領略太空的寂靜與廣闊。

通過大型光學太空望遠鏡傳回的一系列照片,我們看到了宇宙深處閃耀的恒星與星系。于是不由得產生了另一個問題:宇宙中究竟有多少星系?

我們并不能看到宇宙的每一處角落 ,又是如何得出具體的數據呢?

要回答這個問題,離不開已經垂垂老矣的哈勃望遠鏡。在過去它長達三十多年的工作時間里,它的有效觀測次數累計超過100萬次,面對我們今天提出的問題,它也一次次給出了答案,并且不斷的刷新著人們的認知。

1995年,哈勃空間望遠鏡升空五年之后,科學家將它的方向對準了北斗七星勺之上的一片天區,在地球上用肉眼看,那里幾乎什麼都沒有。這一小片區域只有硬幣的大小,占全天的2600萬分之一。

哈勃望遠鏡對這片虛無的地方進行了10天累計342次的拍攝,波段涵蓋了紫外線,可見光以及紅外線。為了獲得更多的進光量, 哈勃每次的拍攝時間通常都需要20-40分鐘,最終研究人員得到了342張照片。把這些照片疊加處理之后,我們就看到了首個哈勃深空場。

在這僅有硬幣大小的方圓之地中,存在著至少1500個大大小小的星系,它們每一個都和銀河系的體量相近,這些星系距離地球有遠有近,近的距離地球從百萬到千萬光年不等,它們以明亮的藍色和紫色顯示,那些和地球相距較遠的星系則達到了百億光年,它們發出的波長在遙遠的距離下已被拉伸到了紅外波段,于是在圖中呈現暗淡的紅光。

通過這張照片科學家估算,在當前的可觀測宇宙中,至少存在 1000億個星系,這是人類首次對宇宙星系下限的估算,我們似乎已經對這個數字沒有什麼概念了,然而這還僅僅是剛開始。

在哈勃深空場大獲成功以后,哈勃望遠鏡又相繼進行了多次的深空觀測。

2003年,哈勃望遠鏡將鏡頭對準了天爐座方向,這片區域位于赤經3h 32m 40.0s,赤緯-27°47‘ 29「,其范圍只有3平方角秒,把胳膊伸直朝向太空, 這時指甲蓋的大小就是哈勃望遠鏡本次拍攝的區域,用肉眼在這里看到不到任何天體,它遠離了銀河系的眾多恒星,也就減少了干擾。

這次的觀測工作分為了兩個階段,第二階段時哈勃新安裝的第三代廣角相機和紅外相機派上了用場,進行了97.6萬秒累計800次的曝光拍攝,分析結果表明,這張哈勃超級深場的星系數量至少有一萬個,它們絕大多數的亮度都比人類肉眼可見最暗的天體還要暗10億-40億倍,其中距離地球最遠的星系達到了130億光年。

根據這次超深空場包含的星系數量,科學家重新對宇宙所包含的星系數量進行了估算。在可觀測宇宙內, 宇宙的星系數量至少達到了1500億,那麼科學家是如何通過深場照片,估算出整個宇宙的星系數量呢?

現代天文學認為,宇宙中物質的分布密度總體是比較均勻的。也就是說數一數照片中有多少個星系,再計算拍攝區域所占整個天空的比例,就能大概估算出整個宇宙中有多少星系。

最初,科學家把這一數值估算到了1760億

不過后來諾丁漢大學的一個研究團隊在計算機中模擬了宇宙,它以宇宙大爆炸理論為基礎,加入了各種數學模型和物理參數,再結合哈勃望遠鏡的觀測數據,最終計算出,在當前930億可觀測宇宙的范圍內,至少存在著兩萬億個星系,是先前估算的十倍之多。

事實上由于宇宙塵埃的阻擋和距離的遙遠,很多星系我們都觀測不到。并且以上的統計數據,都基于目前的可觀測宇宙。

在可觀測宇宙之外,還有我們看不到的宇宙,那里發出的光還沒有達到地球,按照宇宙目前的膨脹速度來看,它們的光線可能永遠也傳不過來, 所以真實的宇宙大小,早已遠遠超出了我們的認知。

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