十幾年前三張哈勃深空照著實(shí)把大家給驚到了，對(duì)著星星相當(dāng)稀疏的天區(qū)，哈勃持續(xù)不斷的觀測(cè)了十幾天，長(zhǎng)時(shí)間的曝光將從遙遠(yuǎn)宇宙另一端天體發(fā)射的微弱光子都留在了CCD上，使得人類以前所未有角度觀測(cè)到極其遙遠(yuǎn)的宇宙！

哈勃深空照觀測(cè)到的宇宙有多遠(yuǎn)？

哈勃總共拍過(guò)三次超級(jí)深空?qǐng)?，第一次是?span style="box-sizing: border-box;margin: 0px;padding: 0px;border: 0px;color: rgb(32, 33, 34);--tt-darkmode-color: #A2A3A5;">1995年12月18日至28日共連續(xù)十天，目標(biāo)是大熊座，所覆蓋范圍之寬度只有2.6弧分，面積為全天面積的2400萬(wàn)分之一；

這張深空照中只有幾個(gè)前景天體是銀河系中的恒星，NASA的科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了很多紅移高達(dá)6的天體，這表明這些天體位于遙遠(yuǎn)的120億光年以外，與科學(xué)家想象的遙遠(yuǎn)宇宙“冷冷清清”不一樣，哈勃深空照展現(xiàn)給大家的，完美展現(xiàn)了各向同性的宇宙。

第二次深空照在1998年9月和10月間在南天區(qū)，約有3000多個(gè)星系都位于遙遠(yuǎn)的120億光年以外，杜鵑座，赤經(jīng)22h32m56.22s，赤緯-60°33'02.69"處，它與大熊座北天區(qū)觀測(cè)的條件差不多，只是看到了沒(méi)有銀河以及月球和地球自身遮擋的天區(qū)，可以長(zhǎng)時(shí)間曝光。

真正更遠(yuǎn)的超深空照是在2003年9月24日至2004年1月16日間拍攝的，范圍為3平方角分，只有全天空12,700,000分之一的面積，位于赤經(jīng)3h 32m 40.0s，赤緯-27°47' 29"（J2000）天爐座的一小片天區(qū)。

相當(dāng)于113天曝光，照片中顯示了1000多個(gè)星系，它們都位于遙遠(yuǎn)的130億光年以外！

最后一次是哈勃極深空照，2012年9月25日公布，不過(guò)哈勃卻沒(méi)有重新拍攝，而是將過(guò)去10年中拍攝的影像重新處理了，比2003~2004年間拍攝的超深空照增加了5500個(gè)左右的星系，最遠(yuǎn)觀測(cè)到的信息遠(yuǎn)達(dá)132億光年。

讓人不寒而栗的發(fā)現(xiàn)，遙遠(yuǎn)的宇宙竟然還如此熙熙攘攘，似乎無(wú)窮無(wú)盡，宇宙的盡頭到底在哪里？我們能看不能看到盡頭？

想要看得更遠(yuǎn)，哈勃還有辦法嗎？

當(dāng)然有，用更長(zhǎng)的時(shí)間曝光，這能收集更遙遠(yuǎn)的光子，比如曝光1000天，但顯然是不可能的，由于紅移很多星系發(fā)出的光芒已經(jīng)出了可見(jiàn)光，進(jìn)入了紅外波段。

哈勃深空和哈勃超深空拍攝深度示意圖

因此NASA的新一代望遠(yuǎn)鏡，詹姆斯·韋伯望遠(yuǎn)鏡上天了，它的反射鏡面由鈹制成，鍍膜是一層極薄的金層，觀測(cè)波段已經(jīng)偏向于紅光波段以及紅外波段，官方給出的數(shù)據(jù)是：0.6微米（橘色）至28.5微米（中紅外線）。因?yàn)橛钪媾蛎洠钪嬲Q生早期形成的天體已經(jīng)極端紅移，只有詹姆斯韋伯才能看到。

更遠(yuǎn)的就只能在電磁波段觀測(cè)了，因?yàn)榧t移的已經(jīng)進(jìn)入電磁波段，觀測(cè)這些天體的只能是射電望遠(yuǎn)鏡，而且很多射電暴還只能由射電望遠(yuǎn)鏡輔助觀測(cè)。

但就算是電磁波觀測(cè)，最多也只能看到宇宙大爆炸后大約37.5萬(wàn)年形成的微波背景輻射，因?yàn)閯傉Q生的宇宙中致密，高溫，充滿著白熱化的氫氣云霧等離子體，等離子體與輻射充滿著整個(gè)宇宙，只有等宇宙膨脹后逐漸冷卻，光子脫耦后才可以在宇宙中穿梭，現(xiàn)代觀測(cè)設(shè)備的極限就在這里，無(wú)論是光學(xué)還是射電波段，它們都有一個(gè)光子發(fā)生的極端最早時(shí)間，也就是光子脫耦的時(shí)刻。

愛(ài)因斯坦發(fā)現(xiàn)了什么？為什么能觀測(cè)到宇宙誕生的那一刻？

從宇宙誕生到37.5萬(wàn)年這個(gè)時(shí)間段內(nèi)，難道就沒(méi)有其他的觀測(cè)手段了嗎？當(dāng)然有，中微子就可以，盡管它的穿透來(lái)極強(qiáng)，能穿透幾乎所有的物體，但科學(xué)家依然能有效的觀測(cè)到。

用中微子觀測(cè)手段，大約能逼近到宇宙大爆炸發(fā)生后1秒的宇宙，這是中微子退耦后的時(shí)刻，中微子不再與重子物質(zhì)相互作用，此時(shí)的宇宙溫度大約為100億開(kāi)爾文。

如果能檢測(cè)到來(lái)自這個(gè)時(shí)刻的中微子，那么我們將獲取到大爆炸發(fā)生1秒后的宇宙，相信這應(yīng)該是科學(xué)家極端想了解的宇宙時(shí)刻。

不過(guò)科學(xué)家已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)室模擬達(dá)到了大約宇宙誕生大約10^-12S的時(shí)刻，用的是紐約布魯克海文國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的相對(duì)論性重離子對(duì)撞機(jī)，2010年的金離子對(duì)撞時(shí)達(dá)到了4萬(wàn)億開(kāi)爾文的溫度，此時(shí)大約相當(dāng)于宇宙誕生后約10^-12S。

觀測(cè)到宇宙誕生時(shí)刻的唯一手段：愛(ài)因斯坦發(fā)現(xiàn)的引力波

從大爆炸的宇宙誕生到現(xiàn)代宇宙，光學(xué)觀測(cè)的理論極限是微波背景輻射，中微子觀測(cè)的極限是宇宙誕生后一秒，再往后攜帶信息的媒介，只能是引力波！

這個(gè)引力波是愛(ài)因斯坦在廣義相對(duì)論誕生后不久就預(yù)言的現(xiàn)象，一直到1916年才真正觀測(cè)到，不是因?yàn)槲覀兎椒ú粚?duì)，而是精度太高，當(dāng)年的韋伯桿從理論上也能檢測(cè)到引力波，但理論變化極限太小了，我們根本就監(jiān)測(cè)不要。

只有后來(lái)的激光干涉儀引力波天文臺(tái)（LIGO）技術(shù)成熟才有了探測(cè)引力波的！引力波是物質(zhì)和能量的劇烈運(yùn)動(dòng)和變化所產(chǎn)生的一種物質(zhì)波，傳播速度同樣是光速，150HZ的引力波波長(zhǎng)為2000千米，為了達(dá)到探測(cè)要求，LIGO的4千米探測(cè)臂需要放大100倍，這個(gè)不難，用來(lái)回反射多次的技術(shù)上百倍放大。

當(dāng)然這只能探測(cè)黑洞合并的引力波，后來(lái)改進(jìn)后也發(fā)現(xiàn)了中子星合并的引力波，但即使是改進(jìn)后的LIGO也只能探測(cè)10HZ的引力波，如果要探測(cè)更低頻率的引力波，那么必須要實(shí)現(xiàn)更長(zhǎng)干涉臂的引力波天文臺(tái)。

各位可以根據(jù)引力波頻率計(jì)算下波長(zhǎng)，然后根據(jù)LIGO的目標(biāo)探測(cè)波長(zhǎng)計(jì)算下激光干涉臂的波長(zhǎng)，你會(huì)發(fā)現(xiàn)這個(gè)干涉臂簡(jiǎn)直就太恐怖了，比如現(xiàn)在如火如荼的空間激光干涉儀（我國(guó)的天琴和太極計(jì)劃，歐美的LISA）也只能探測(cè)到短周期雙星、極端質(zhì)量比例旋 、超大質(zhì)量黑洞雙星等產(chǎn)生的引力波，部分能達(dá)到大爆炸的狀態(tài)引力波監(jiān)測(cè)。

真正大爆炸引力波探測(cè)級(jí)別是10^-18~10^-15HZ，這個(gè)波長(zhǎng)實(shí)在是太恐怖了，需要微波背景輻射觀測(cè)來(lái)發(fā)現(xiàn)引力波存在的痕跡再來(lái)分析引力波，這個(gè)要求太變態(tài)了

引力波能觀測(cè)到大爆炸的什么狀態(tài)？

宇宙大爆炸發(fā)生后的10^-43秒（普朗克時(shí)間）：宇宙溫度約10^32度，宇宙從量子漲落背景中誕生，這個(gè)階段稱為普朗克時(shí)間。

在這個(gè)時(shí)刻，宇宙已經(jīng)冷卻到引力可以從中分離出來(lái)，并且獨(dú)立存在，此時(shí)宇宙中的其他力（強(qiáng)、弱相互作用和電磁相互作用）仍然是一團(tuán)漿糊，所以從理論上來(lái)看，引力波探測(cè)可以了解宇宙誕生的普朗克時(shí)間后的情況，觸摸到此刻，一定是無(wú)數(shù)科學(xué)家窮盡一生想要了解的時(shí)刻。

總結(jié)：我們到底能看到哪里？

可觀測(cè)宇宙半徑大約是465億光年，這是根據(jù)宇宙大爆炸理論以及暴脹和哈勃常數(shù)等諸多數(shù)據(jù)計(jì)算出來(lái)的理論直徑，從這個(gè)角度來(lái)看，我們能看到的天體大概有如下幾個(gè)數(shù)據(jù)：

1. 肉眼能看到到最遠(yuǎn)星系據(jù)說(shuō)是三角座星系，距離大約是300萬(wàn)光年

2. 銀河系所在的本星系群大小大約是1000萬(wàn)光年；

3. 本星系群所在的室女超星系團(tuán)范圍大約是1億光年；

4. 再往上的拉尼亞凱亞超星系團(tuán)，直徑約為5億光年；

5. 更大的是雙魚(yú)-鯨魚(yú)座超星系團(tuán)復(fù)合體，直徑約為100億光年；

6. 天文學(xué)家現(xiàn)在能觀測(cè)到最遠(yuǎn)的天體大約距離300億光年；

7. 宇宙微波背景輻射大約在461億光年以外；

8. 如果是引力波的話，大概能直達(dá)大爆炸的核心，465億光年；

所以我們想要看得更遠(yuǎn)，那么必須要用超脫于可見(jiàn)光的手段，就現(xiàn)在而言，中微子和引力波是唯二手段。

#諾獎(jiǎng)得主大贊中國(guó)引力波探測(cè)項(xiàng)目#