宇宙中有多少星系?哈勃望远镜用30年时间,回答了这个问题

2022年10月10日20:30:24 科学 1627

从远古茹毛饮血的原始时代,到现在飞向太空的科技时代,人类科技真正发展的时间只有三百多年

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但我们取得的成就是惊人的,人们的生活质量获得的大大的提升,同时目光也投向了天空,对宇宙展开了全方位的探索。

我们常用“浩瀚”来描述宇宙,但假如追问宇宙究竟有多浩瀚,似乎就没有了更具体的概念。在过去的很长一段时间里,地球的大气层都严重限制了人类对宇宙深处的观测能力,只有走出地球,我们才能真正领略太空的寂静与广阔。

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通过大型光学太空望远镜传回的一系列照片,我们看到了宇宙深处闪耀的恒星与星系。于是不由得产生了另一个问题:宇宙中究竟有多少星系?

我们并不能看到宇宙的每一处角落,又是如何得出具体的数据呢?

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要回答这个问题,离不开已经垂垂老矣的哈勃望远镜。在过去它长达三十多年的工作时间里,它的有效观测次数累计超过100万次,面对我们今天提出的问题,它也一次次给出了答案,并且不断的刷新着人们的认知。

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1995年,哈勃空间望远镜升空五年之后,科学家将它的方向对准了北斗七星勺之上的一片天区,在地球上用肉眼看,那里几乎什么都没有。这一小片区域只有硬币的大小,占全天的2600万分之一。

哈勃望远镜对这片虚无的地方进行了10天累计342次的拍摄,波段涵盖了紫外线,可见光以及红外线。为了获得更多的进光量,哈勃每次的拍摄时间通常都需要20-40分钟,最终研究人员得到了342张照片。把这些照片叠加处理之后,我们就看到了首个哈勃深空场。

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在这仅有硬币大小的方圆之地中,存在着至少1500个大大小小的星系,它们每一个都和银河系的体量相近,这些星系距离地球有远有近,近的距离地球从百万到千万光年不等,它们以明亮的蓝色和紫色显示,那些和地球相距较远的星系则达到了百亿光年,它们发出的波长在遥远的距离下已被拉伸到了红外波段,于是在图中呈现暗淡的红光。

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通过这张照片科学家估算,在当前的可观测宇宙中,至少存在1000亿个星系,这是人类首次对宇宙星系下限的估算,我们似乎已经对这个数字没有什么概念了,然而这还仅仅是刚开始。

在哈勃深空场大获成功以后,哈勃望远镜又相继进行了多次的深空观测。

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2003年,哈勃望远镜将镜头对准了天炉座方向,这片区域位于赤经3h 32m 40.0s,赤纬-27°47' 29",其范围只有3平方角秒,把胳膊伸直朝向太空,这时指甲盖的大小就是哈勃望远镜本次拍摄的区域,用肉眼在这里看到不到任何天体,它远离了银河系的众多恒星,也就减少了干扰。

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这次的观测工作分为了两个阶段,第二阶段时哈勃新安装的第三代广角相机和红外相机派上了用场,进行了97.6万秒累计800次的曝光拍摄,分析结果表明,这张哈勃超级深场的星系数量至少有一万个,它们绝大多数的亮度都比人类肉眼可见最暗的天体还要暗10亿-40亿倍,其中距离地球最远的星系达到了130亿光年。

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根据这次超深空场包含的星系数量,科学家重新对宇宙所包含的星系数量进行了估算。在可观测宇宙内,宇宙的星系数量至少达到了1500亿,那么科学家是如何通过深场照片,估算出整个宇宙的星系数量呢?

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现代天文学认为,宇宙中物质的分布密度总体是比较均匀的。也就是说数一数照片中有多少个星系,再计算拍摄区域所占整个天空的比例,就能大概估算出整个宇宙中有多少星系。

最初,科学家把这一数值估算到了1760亿

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不过后来诺丁汉大学的一个研究团队在计算机中模拟了宇宙,它以宇宙大爆炸理论为基础,加入了各种数学模型和物理参数,再结合哈勃望远镜的观测数据,最终计算出,在当前930亿可观测宇宙的范围内,至少存在着两万亿个星系,是先前估算的十倍之多。

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事实上由于宇宙尘埃的阻挡和距离的遥远,很多星系我们都观测不到。并且以上的统计数据,都基于目前的可观测宇宙。

在可观测宇宙之外,还有我们看不到的宇宙,那里发出的光还没有达到地球,按照宇宙目前的膨胀速度来看,它们的光线可能永远也传不过来,所以真实的宇宙大小,早已远远超出了我们的认知。

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