宇宙最不可思议的一张照片：从看似空无一物的空间，捕捉到数万亿恒星
哈勃深场（Hubble Deep Field）图片来源：hubblesite.org
May.
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灼见（微信号：penetratingview）
这张图像是宇宙中最大、最全面的星系“历史书”。
来源 | 原理（principia1687）
这或许是宇宙最不可思议的一张照片，它被称为“哈勃深场”（Hubble Deep Field）。
24年前，哈勃空间望远镜发布了最早的深场图，它所展示的画面令所有人震惊——图片中含有的恒星和星系数量多到令人难以置信的地步。图片经过长时间的曝光，从天空中一个极其微小的原本看似空无一物的空间捕捉到了这些天体，其中包含数以千计的星系和数万亿的恒星。
在这张图像发布后的20几年里，哈勃空间望远镜的后续观测提供了越来越丰富的信息，一次又一次地刷新着我们对宇宙的认知。
罗伯特·威廉姆斯（Robert Williams）图片来源：umass.edu
图片中的天文学家名为罗伯特·威廉姆斯（Robert Williams），哈勃深场的想法就是由他出的。他建议将哈勃空间望远镜镜对准一片“虚无之所”。尽管这个想法遭到了同事们的不认可，但他仍然坚持了下去。
大熊星座（图片来源：hubblesite.org）
威廉姆斯将目光锁定在大熊星座（Ursa Major）附近的针尖般大小的区域，结果却发现那那看起来空无一物的空间里，有着3000多个星系。后来他说：“科学发现需要冒险。”
哈勃深场（Hubble Deep Field, 1995）图片来源：hubblesite.org
在哈勃深场图像中，只有少数亮点是相对较近的恒星，更多的其实是遥远的星系，有些星系甚至已经有130多亿年的历史了。在如今的宇宙中，我们周围的星系大多是螺旋星系和椭圆星系。而哈勃深场则揭示了早期宇宙的星系结构，那时星系的结构才刚刚形成，因此具有大量形状奇特的星系。
哈勃深场-南（Hubble Deep Field, 1996）图片来源：hubblesite.org
第二张哈勃深场聚焦于南半球的一片天空。新图像与原始图像有很多相似之处——这正是我们所期待的，因为如果宇宙在任何方向上看起来都大致相同，就会出现这样的画面。
哈勃超深场（Hubble Ultra Deep Field, 2004）图片来源：hubblesite.org
2004年，哈勃空间望远镜用改进后的拍摄仪器，捕捉到了这张哈勃超深场（HUDF）图像。穿越数十亿光年的空间，宛若抵达了宇宙的“核心”处取样，显示了大约10000个星系。
图像中那些最小的星系离我们最遥远，其中最早的可以追溯到宇宙约只有8亿岁的时候。这张图片是哈勃空间望远镜在绕地运行400圈的过程中，经过800次左右的曝光拍摄而成的。
天炉星系团（Fornax Galaxy Cluster）图片来源：nasa.gov
哈勃超深场图像揭示的是天炉星座中的一小块区域，这个星座最早由18世纪的法国天文学家尼可拉·路易·拉卡伊（Nicolas Louis de Lacaille）首先用法语将其命名为化学炉。
HUDF-近红外（2009）图片来源：hubblesite.org
2009年，在一次维修任务中，哈勃空间望远镜使用了一种新的仪器。这次，它能在近红外波段对哈勃超深场图像中所显示的天空区域进行观测。
这样的观测几乎只能通过太空中的望远镜来实现，因为地球的大气层会阻止大部分红外线到达地面。在红外波段的天文观测对揭示早期宇宙的秘密至关重要。
图像中最暗淡、最红的天体是在宇宙大爆炸后6亿年就已经形成的星系。在这张图像之前，天文学家从来没有观测到如此早期宇宙中的星系。
哈勃极深场（Hubble eXtreme Deep Field, 2012）图片来源：hubblesite.org
2012年的“哈勃极深场”（XDF）展现的是哈勃超深场中心的一小块天空区域，它是哈勃在10年的时间中，总曝光时间超过200万秒，对同一小片区域拍摄的2000多张图像的结合。
图像中含有大约5500个星系，其中最黯淡的星系的亮度大约只有肉眼可见亮度的十亿分之一。图像中最年轻的星系尚处于宇宙的“婴儿时期”，大约是宇宙大爆炸后的4.5亿年。
HUDF-ABYSS（2019）图片来源：ABYSS HST Ultra Deep Imaging Project
在2019年，ABYSS哈勃超深场项目发布，这是对近红外哈勃超深场（HUDF）图像进行改进处理后得到的ABYSS版本。这种新的观测结果显示，在巨大的星系周围出现了之前从未见过的暗淡微光，其中一些光点的大小是之前测量结果的两倍。
哈勃遗珍场（图片来源：hubblesite.org）
哈勃遗珍场（Hubble Legacy Field）是一幅由哈勃空间望远镜在16年时间里，独立曝光将近7500次而形成的图像。这张图像是宇宙中最大、最全面的星系“历史书”。
它展示了遥远宇宙的全景，包含了大约265000个星系，其中每个星系都包含了数十亿颗恒星。它可以跨越133亿年的时间跨度，追溯到宇宙刚刚诞生5亿年的时间。图片中最黯淡、最遥远的星系亮度，仅为肉眼可见亮度的百亿分之一。
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