如果您平時關注天文科普的話，對各種哈勃深場一定不會陌生。這些佈滿天體的照片有著奇特的名字：深場、超深場、極深場……讓人不禁產生一個疑問：它們到底有多“深”呢？在哈勃望遠鏡升空30週年之際，人馬君為您詳解哈勃深場，瞭解它們的來龍去脈，一起感受宇宙的深度。
哈勃太空望遠鏡
哈勃深場：120億光年
1993年的大修讓哈勃望遠鏡治好了近視眼，這個差點兒讓NASA倒閉的昂貴儀器終於開始揚眉吐氣，各種觀測請求蜂擁而來，將哈勃的檔期排得滿滿當當。然而，1995年12月18日至28日，哈勃卻被美國太空望遠鏡研究所所長羅伯特·威廉姆斯連續徵用了10天，引來無數竊竊私語：他想要幹什麼？
就是這位羅伯特·威廉姆斯
威廉姆斯的秘密觀測不久就大白於天下，頓時讓人目瞪口呆：他竟要用這寶貴的10天，拍攝一片看上去空無一物的天區！這片區域位於大熊座，也就是北斗七星附近，面積只有滿月的百分之一。
哈勃深場拍攝的L形天區，這是由於所使用的廣角/行星相機2代的傳感器是L形
這種做法自然引來質疑一片，但當哈勃將10天內342次曝光的成果展示給世界時，所有人都只剩下由衷的讚歎！在這片看似荒涼的天區裡，竟然出現了近3000個形態各異的星系，向我們展示了宇宙深處的真實模樣，因此被取名為“哈勃深場”（Hubble Deep Field，簡稱HDF）。
哈勃深場
這時人們才真正理解為什麼要拍攝靠近北斗七星的這片幾乎純黑的區域：12月，北天極附近正是極夜，並且可以被哈勃連續拍攝。而選擇遠離銀河的幾乎純黑的區域，是因為較近的恆星亮度過高會使感光元件飽和，並遮掩住遠方暗淡的星系。
哈勃對選定天區連續拍攝
這張哈勃深場照片包含的天體，除了少量銀河系內的恆星外，大多數都距離我們幾十億光年之遙，最遠的星系距離超過了120億光年。這就意味著，我們看到的星系是在120多億年前的樣子。
按距離遠近將哈勃深場中的天體分成三類
在上世紀90年代，穩態宇宙理論仍然是主流觀點，即認為宇宙在過去、現在和將來都是基本一樣的，不會隨時間而變化。這是因為在哈勃升空之前，地面望遠鏡最遠只能看到70億光年，在這個範圍內的星系看起來確實都差不多。
但深達120億光年的哈勃深場給出了一個絕佳的反例：天文學家驚訝的發現，當觀測距離增加到極遠時，星系的形態發生了變化，而距離越遠，星系就越發原始而不規則。這清楚的表明，宇宙是在隨著時間變化的！從此，另一個原本被斥為異端邪說的“宇宙大爆炸理論”佔據了主流。大爆炸理論認為宇宙起源於138.2億年前的一次大爆炸。而120多億光年外的天體，實際上是宇宙誕生後僅十億年左右時的樣子。可以說，哈勃深場對現代宇宙學的發展起到了決定性的作用。
大爆炸與宇宙膨脹
後來在1998年，為了證明北天極附近的哈勃深場在天空中並不是特例，哈勃對南部天區也進行了拍攝，目標是杜鵑座的一小片天空，獲得995張照片，形成了“哈勃南天深場”。
哈勃南天深場
顯而易見，南天深場與北天深場的形態是一樣的。
哈勃超深場：130億光年
前面提到了哈勃深場的“深度”達到了120多億光年，雖然已經足夠遠，但仍未滿足人們的胃口。在更遠的宇宙深處，是否還潛伏著更多的星系，埋藏著更古老的秘密？哈勃望遠鏡不負眾望，從2003末到2004年初，連續觀測了4個月，目標是北方天爐座附近的一塊更小的天區。這一次，哈勃使用了更新的廣角/行星相機3代和紅外相機，曝光800次，實際曝光時間長達11天，形成了一張包含幾萬個星系的“哈勃超深場”（Hubble Ultra Deep Field，簡稱HUDF）。
2004年的哈勃超深場
這張照片裡的星系千奇百怪，被比喻為一個“動物園”，與銀河系附近那些齊齊整整的螺旋星系、橢圓星系有著很大的不同。根據紅移量分析，哈勃超深場中最遠的星系距離我們超過了130億光年，也就是說，我們看到的是宇宙大爆炸後不超過8億年的景象，人馬君不禁感嘆：念天地之悠悠……
打住打住！迴歸正題：雖然已經足夠震撼，但2004年的超深場還存在遺憾，因為其中缺少紫外波段的曝光，想必還有更多的星系沒有被捕捉到。十年後，這個遺憾被彌補，2014年，由世界各大天文臺聯合開展的“大型天文臺宇宙起源深空場巡天”計劃，補齊了缺失的紫外圖象，形成了完全版的“哈勃超深場”：
2014年的哈勃超深場
雖然哈勃超深場已經“深”達130億光年，但根據大爆炸理論，宇宙中第一批星系應該在爆炸後4億年左右形成，顯然，哈勃還未看到終極。於是，更深的“哈勃極深場”即將登場。
哈勃極深場：132億光年
2012年10月，NASA發佈了比哈勃超深場更進一步的“哈勃極深場”（Hubble Extreme Deep Field，簡稱HXDF）。與前面的深場和超深場的集中拍攝方式不同，哈勃極深場是利用10年的觀測數據疊加而成，而使用的相機除了廣角/行星相機3代之外，還包括最新的紅外相機，探測能力達到了前所未有的高度。所觀測的天區仍然是天爐座的哈勃超深場區域，但面積比哈勃超深場更小一些。
哈勃極深場觀測區域
綜合了10年的數據之後，科學家得到了以下這張包含5500多個星系的“極深場”：
哈勃極深場
在這個史無前例的“極深場”中，最遠的星系距離我們達到了132億光年。也就是說，在宇宙誕生6億年後，這些星系就形成了。面對這幅貨真價實的早期宇宙的圖象，人馬君甚至感到一絲敬畏。人類的歷史，相比宇宙的漫長，實在是不值一提，但哈勃竟讓我們有幸一睹遠古宇宙的風采，實在是一大幸事！
還可以看得更深嗎？
哈勃深場、超深場、極深場，已經將我們的視線推到了132億光年之外。但顯然，我們與能看到宇宙起源的138億光年還存在一段很難逾越的距離。那麼問題來了：人類還能看得更遠嗎？
2016年，哈勃拍到了迄今為止人類發現的最遠星系：GN-z11，這個不規則的原始星系，和我們的距離達到了驚人的134億光年，在宇宙誕生4.2億年後，它就存在了！
134億光年外的GN-z11
如果還能看的更遠的話，我們能看到什麼呢？也許會看到宇宙起源的過程，那才是真正的終極！但哈勃的能力應該達不到了，而且它很快就要退役，而哈勃的繼任者——詹姆斯·韋伯太空望遠鏡能否做到這一點呢？
詹姆斯·韋伯太空望遠鏡
韋伯望遠鏡擁有6.5米口徑的主反射鏡，比哈勃的2.4米要大上不少。按照設計，韋伯望遠鏡可以觀測遠達136億光年外的天體，是宇宙大爆炸後1.5至2.5億年時的場景 。這時還沒有星系，第一顆恆星有可能都還沒形成，那會是一幅什麼樣的景象？
如果按照原計劃，2011年韋伯就該發射了，但一拖就是快10年，現在的計劃是2021年，希望它別再延期，人馬君都有點兒等不及了！
想了解更多哈勃望遠鏡的故事和它所拍攝的宇宙奇景嗎？可以看看紀錄片《哈勃三十年：揭示宇宙奇觀》，由今日頭條、西瓜視頻和BBC聯合出品，相信我，你不會失望的！
