舒畅世界观察：哈勃望远镜看了十天，人类第一次真正看见宇宙有多大

1990年4月24日，美国“发现号”航天飞机把哈勃太空望远镜送入太空。哈勃哈勃太空望远镜最重要的设备是一面直径2.4米的主镜。科学家对它寄予厚望，因为摆脱了地球大气层的干扰，它应该能够拍摄出当时人类从未见过的清晰宇宙照片。可是第一批照片传回地球以后，科学家傻眼了。照片不是完全看不见，而是模糊不清，远远没有达到设计要求。经过调查，人们发现了一个令人难以置信的错误：哈勃的主镜磨错了。这个错误究竟有多大？答案是大约只有2.2微米，也就是一根普通头发粗细的几十分之一。制造镜子时，用来检测镜面曲率的仪器安装出现了大约1.3毫米的误差。就是这样一个肉眼几乎无法察觉的小错误，造成了严重的球面像差。

问题是，这不是地球上的普通望远镜。哈勃已经飞到了距离地球几百公里的太空中。总不能把它搬回来重新磨一遍镜子。怎么办？科学家想出了一个极其聪明的办法。

既然已经精确知道主镜究竟错在哪里、错了多少，那么就可以制造另外一套光学系统，产生方向相反的光学补偿，把原来的错误抵消掉。说得通俗一点一点：给哈勃戴一副眼镜。

这真的是现代科学史上非常精彩的工程补救之一。

1993年12月，美国“奋进号”航天飞机执行STS-61任务，宇航员飞到哈勃望远镜旁边，对它进行第一次太空维修。宇航员进行了5次太空行走，总时间超过35个小时。他们安装了一套名叫COSTAR的矫正光学系统，同时换上新的WFPC2广角行星相机，而新相机本身也带有补偿光学系统。也就是说，这副“眼镜”不是地面通过无线电遥控加上去的，而是宇航员真正乘坐航天飞机飞到几百公里高的太空，打开哈勃，亲手给它装上去的。维修以后，哈勃重新拍摄照片。

这一次，整个世界震惊了。原来模糊的星系突然变得无比清晰。人类第一次拥有了一双能够在地球大气层之外，清楚观察遥远宇宙的“眼睛”。但是更加精彩的故事还在后面。

对准一片“什么也没有”的天空

1995年，天文学家提出了一个听起来非常奇怪的实验。不要把如此宝贵的哈勃望远镜对准已经知道的恒星，也不要对准那些漂亮的星云和星系，而是找一块看上去几乎什么都没有的黑暗天空，然后让哈勃一直盯着那里，天文学家认为，应该使用这个功能巨大的一起来研究一下这个巨大的宇宙的一个非常小的领域的空间，到底有多深、多远、多大。

也有人提出反对的意见，认为这是浪费哈勃的宝贵的观测时间。但最后科学家还是决定试一试。

他们在大熊座附近选择了一块极其微小的天空区域。这个区域小到什么程度？可以做一个形象的比喻：

把手臂伸直，拿一根大头针放在眼前，针头遮住的那一点天空，大约就是这样的量级。

这片区域大约只占整个天空的几千万分之一。肉眼看过去，那里几乎什么都没有。普通望远镜看过去，也没有什么特别值得注意的东西。哈勃却对着这一小块黑暗天空，一次又一次地曝光。从1995年12月18日到28日左右，它进行了大约150个轨道周期的观测，最后把342次曝光组合起来，总共观测和用照片曝光，累计十天。

令人万分震惊的是：一张改变人类宇宙观的照片诞生了。

黑暗中突然出现了大约3000个星系

原来看上去空无一物的那一小块天空里，竟然出现了大约：3000个星系。

这里容易误解的如果以为只有3000颗星星那就彻底错了，这不是3000个星星，而是3000个星系！

什么是星系呢？我们来解释一下：我们的太阳只是一颗恒星。太阳和大约数千亿颗恒星共同组成了我们的银河系。

而哈勃在那一小块几乎可以被针尖遮住的天空里看到的，却是大约3000个类似我们银河系这样的巨大恒星集团。其中许多星系拥有几十亿、几百亿甚至数千亿颗恒星。

这才是这张照片真正令人震撼的地方。

我们原来以为那里什么也没有。其实那里不是空的。

只是因为它们距离我们太远、光线太微弱，我们过去没有能力看见而已。

哈勃继续向宇宙深处看

科学家没有就此停止。2003年至2004年，他们又进行了更加雄心勃勃的观测，这就是著名的“哈勃超深空场”（Hubble Ultra Deep Field）。

这一次，累计曝光时间达到11天以上，使用了大约800次曝光、400个哈勃轨道。

最后得到的照片更加惊人！！！！！！

在另一片极其微小的天空中，人类看到了接近：

10000个星系。

其中一些星系发出的光，已经在宇宙中旅行了130亿年左右才到达我们的望远镜。

科学家说，这里隐含着一个事实，是更加令人震惊：

我们用哈勃向远方看的时候，其实不仅是在看“远方”，同时也是在看“过去”。

科学家的科学解释是：光的传播需要时间。

太阳光到达地球需要大约8分钟。因此我们现在看到的太阳，实际上是8分钟以前的太阳。

如果一颗恒星距离我们1000光年，我们现在看到的，就是它1000年前的样子。

如果一个遥远星系的光旅行了100亿年才到达地球，那么我们现在看到的，就是它100亿年前的样子。所以，从某种意义上说：

哈勃望远镜也是一台时间机器。

它让我们沿着光线，一步一步地回到宇宙越来越遥远的过去。

宇宙究竟有多少个星系？

这就产生了一个更加令人震惊的问题。既然天空中如此微小的一块区域，就可以看到数千甚至上万个星系，那么整个可观测宇宙中究竟存在多少个星系？

这个数字目前还无法精确确定。比较保守的估计认为，可观测宇宙中至少存在数千亿个星系。

而根据哈勃深空观测以及数学模型进行推算，一些研究认为，如果把那些距离太远、亮度太低、目前的望远镜无法直接观测到的微小星系也计算进去，数量可能达到：

约2万亿个星系。

一个星系里面又有多少颗恒星？

我们自己的银河系已经巨大得令人无法想象。

银河系直径大约10万光年，里面可能有1000亿到4000亿颗恒星。太阳只是其中非常普通的一颗。地球则只是围绕太阳运行的八颗主要行星之一。过去人们曾经不知道其他恒星周围是不是也有行星。今天，随着系外行星研究的发展，我们已经知道：行星在宇宙中并不是罕见的东西，大量恒星都有自己的行星系统。

于是，我们可以一级一级地想象：

地球，是太阳系的一颗行星；

太阳，是银河系数千亿颗恒星中的一颗；

银河系，又只是可观测宇宙数千亿乃至可能更多星系中的一个。

如果仅仅用1000亿个星系、每个星系平均1000亿颗恒星进行非常粗略的计算，那么恒星数量就已经达到：

10²²颗。

是的，让我们重复一遍，10²²颗的恒星，也就是1000000000000000000000000000000，也就是1后面22个零。

这是一个无法想象的、失去直觉意义的数字。而恒星周围又可能存在行星。那么整个宇宙里究竟存在多少颗行星？其中又有多少颗像地球？有多少颗拥有液态水？又有多少颗曾经出现生命？甚至，有没有一些遥远世界已经发展出了智慧生命和自己的文明？

没有人有答案！！！！

更让人震惊的是：这些只是“可观测宇宙”

今天科学家所谈论的这些巨大数字，还有一个重要的限制：

我们说的只是可观测宇宙。

宇宙年龄大约138亿年，但是由于宇宙本身一直在膨胀，今天可观测宇宙的直径大约达到930亿光年的量级。

而在这个范围之外还有什么？

整个宇宙到底有多大？

宇宙是不是有限的？

如果有限，它的外面又是什么？

或者宇宙实际上是无限的？

没有答案，谁也不知道！

而哈勃望远镜就是人类现代科技当中比较先进的一个观察并研究宇宙的设备