10萬光年以外的星球是否存在（在地球上為何能看到上億光年外的星球）

2023-05-03 22:06:00 1

儘管夜空繁星滿天，然而宇宙實在是太空曠了，擋住我們視野的，不是恆星，而是宇宙的年齡（宇宙誕生到現在，很多恆星的光仍未到達地球）。我們能觀測到最遠的星體，比大家想像的要遠～遠～遠～很多很多，基本快到可觀測宇宙的邊緣了。本文從近到遠分類討論，共5個部分，2200字，閱讀時間約8分鐘。

Part 1 (0-10萬光年）

在銀河系內，有被擋住的，也有沒被擋住的，看下面這張圖：

橙色的線條是獵戶臂

我們位於放射線交叉的中心點；

紫色是天鵝臂，青色是英仙臂，紅色是人馬臂，綠色是盾牌-南十字臂。

虛線代表各懸臂被遮擋的部分；可見密集的銀心（黃色橢圓）遮擋了很大一片風景。

當然，懸臂繞銀心的公轉角速度不同，當太陽公轉到銀心對面的時候，我們就能觀測到部分原本被遮擋的星體。然而這個過程所需要的時間是：1.25億年。太陽一輩子也就繞那麼幾十圈。我們也可以向太陽系外發射衛星來縮短這一進程。

懸臂不是剛體，我們搭著獵戶臂的順風車，也許哪天能撞見我們從未相遇的外星鄰居。

Part 2 （10萬-200億光年）

在銀河系外的話，宇宙就十分空曠了；

我們可以看到本星系群

中間的紅色字體是銀河系

室女座超星系團

中間的紅色字體是本星系群

拉尼亞凱亞超星系團

中間的紅色字體是仙女座超星系團

這個距離再往外看，基本上就看不到單個恆星了，視野裡的每個點幾乎都是星系。

Part 3 （200-350億光年）

從這裡開始，遠處的星體越來越難被觀測到，看不到的主要原因不是被遮擋，而是光線太弱了，需要大口徑望遠鏡長時間的曝光 (exposure) 才能呈現出來。

哈勃超深空場

於是人類發射了一架巨大的望遠鏡在太空盯著一塊區域長時間地曝光，只為捕捉跨越幾十億年時空路過地球的光子。

320億光年之遙的 GN-z11

2016年3月，哈勃超深空場（Hubble Ultra Deep Field）最新探測到的GN-z11 星系是目前發現的最遙遠的星系，她距離我們大約 320 億光年。

我們往遠處看時，也是往過去看，我們看到的，是她134億年前的樣子，此時宇宙僅4億歲，隨著宇宙不斷膨脹，現在她距離我們遠遠超過了134億光年。

可能你會覺得，她現在的樣子，我們要等320億年後光線傳過來才能看到了；然而這太樂觀，我們永遠看不到她現在的樣子了，因為算上宇宙的膨脹，按照哈勃定律推導，彼此之間的退行速度已經達到2.4倍光速。

如果你能讀到這裡，你已經比人群中的大多數人都了解這個問題了，談到星空時裝個逼不在話下，如果你還保持著好奇心，可以了解一下現代天文學的最新進展。

Part 4 （350-450億光年）

觀測得越遠，光子傳播所需要的時間越長，探測到的物體也越古老。因此我們可以隨著視線向前，一層一層地看到宇宙在不同年齡時的狀態。

我們探測到的光線都來自過去從十億歲的宇宙開始繼續往遠處觀測的話，宇宙變得越來越熱，越來越緻密，越來越不透明（不透明的意思是光子被其他粒子不斷反射，無法以直線傳播），宇宙在1.5億歲時，對可見光不透明，在38萬歲時，對電磁波不透明，這一時期只有頻率和能量極高的γ射線才能穿過伸手不見五指的宇宙而被我們探測到，這是宇宙的第一縷電磁波，充斥在宇宙的各個角落；隨著宇宙的膨脹，其波長被不斷拉長；到今天，要在頻率最低的微波波段才能找到它們的身影，我們稱之為：微波背景輻射。

宇宙在380000歲發出的第一道光，此時還未形成行星與星系

這意味著，想要知道宇宙早期的秘密，靠觀測今天的可見光是不可行的，不管頻率多麼高的電磁波，經過宇宙劇烈膨脹的稀釋之後，都被紅移到了微波頻段。

宇宙形成的第一批恆星放出的紫外線會影響到周圍的氫原子氣體，改變氫原子的激發態。在這個過程中，氫原子從宇宙微波背景中吸收波長21釐米、頻率1420兆赫的特徵性輻射。而1420兆赫的輻射，在經過億萬年的「紅移」效應後，達到地球時會變成100兆赫左右的輻射。能夠監聽到這個輻射，就能抓捕到大爆炸後形成的第一個恆星的信息。

人類對於宇宙的探索不會止步，就在今年，科學家們宣稱發現了宇宙的「第一縷曙光」。

天文學家們利用一臺冰箱大小的「收音機」，檢測到了78兆赫的頻段，提供了關於這個宇宙家譜最古老祖先的信息——它在宇宙誕生後1.8億年就形成了。

雖然最終觀測到它的是國外的科學家，但其中不乏國家天文臺院士武向平所做的努力。

論文於2018年1月發表在雜誌《Nature》上，這顆發現的最早的恆星也被稱為：宇宙的第一縷曙光。

觀測宇宙第一批星體的腳步不會停止。

微波背景輻射觀測帶來了觀測宇宙學的鼎盛時代。不過，以此作為轉折點，它必將被探測宇宙黑暗時期和宇宙再電離所取代。

Part 5 （可觀測宇宙邊緣）

到大爆炸後38萬年的微波背景輻射為界限，我們就真的看不到前面了。再強的電磁波，也無法穿透。

然而中微子(neutrino)不受這個限制，可以輕鬆穿越「黑暗時期(Dark Ages)」之前更緻密的宇宙，也許有朝一日等我們探測中微子的技術成熟時，能一窺宇宙誕生時的究竟。其次暗物質也必定能成為解開謎題的鑰匙。

不管怎麼說，我仍深為人類今天做出的天文成就感到驕傲。人類今天所能看到的宇宙，已經非常貼近光錐了！要知道就在幾百年前，我們還覺得地球是宇宙的中心。

光錐是觀測的極限，這個極限，無論人類的科技如何發展都無法突破，除非人類能超光速移動。

目前離我們足夠遠（約131億光年）的星體，退行的速度會達到光速，更遠的則會超過光速（沒錯，時空膨脹的速度不受光速限制）。這意味著她們發出的光線再也無法到達地球；並且隨著宇宙的膨脹，我們能看到的星體會隨著時間的推移越來越少。現在我們觀測到的不少星體，看起來還在我們的視線內溜達，然而這只是她們過去的影像，現在的她們，有的已經跑到了和我們老死不相往來的光錐之外。