在銀河系的四周，眾多的星系在宇宙空間中似乎漂浮著，仿佛圍繞著我們的銀河系。無論我們在夜空的哪個角落觀察，都能看到密集的星系群，但由於它們距離我們非常遙遠，其發出的光線在抵達地球時已極為微弱，使得從地球上清楚地觀察到這些燦爛的星系變得非常困難。
在宇宙空曠中的眾星系
哈柏望遠鏡的強大力量
哈柏望遠鏡
自1990年4月24日起，哈柏望遠鏡作為人類史上最傑出的太空望遠鏡被發射升空，從此微小的人類得以用這「一對」神奇的眼睛探查宇宙深處的秘密。哈柏望遠鏡位於距地面575公裏的高空，這裏的大氣非常稀薄，因此它無需擔心大氣擾動，也不受地球自轉的影響，能夠長時間定向於宇宙中的特定區域進行曝光和攝影。因此，哈柏望遠鏡能夠捕捉到更多更遠甚至更暗的星體和星系。
哈伯所拍攝的宇宙影像
在哈伯發射至今超過31年的時間裏，它已經為我們拍攝了數百萬張令人贊嘆的星系與星雲照片，有的星系距離我們幾百萬光年，有的則是幾千萬光年，甚至有些達到了數十億光年之遙。那麽哈柏望遠鏡的觀測極限在哪裏呢？它能拍攝到多遠的距離呢？
人類拍攝到的最遙遠星系
GN-z11
現在請註意這張照片，這可能是你一生中看到的最遙遠的一張照片。照片中這個紅色的「團塊」來自於距離我們134億光年之遙的星系，科學家們將其命名為GN-z11。這張看似普通甚至略顯粗糙的照片是哈柏望遠鏡迄今拍攝到的最遙遠的星系照片，意味著它也是人類目前能夠拍攝到的最遙遠的星系照片。GN-z11被稱為「嬰兒星系」，因為我們現在看到的光實際上是它在134億年前發出的，而我們的宇宙誕生於137億年前，這意味著我們現在看到的是宇宙早期的景象，透過光和哈柏望遠鏡，我們穿越了廣袤的星空，見證了宇宙的過去。
GN-z11的歷史
據科學家估計，GN-z11的體積約為銀河系的1/25，恒星的品質只有銀河系的1%。盡管從現在來看，它是一個相當小的星系，但在宇宙早期，它已經是一個巨大的星系了。由於它正處於宇宙早期星系形成的階段，其恒星的生成速度是我們現在的銀河系的20倍。
可觀測宇宙
可觀測宇宙
哈柏望遠鏡為何至今只能拍攝到134億光年以外的星系？你需要知道，我們目前可觀測宇宙的半徑可以達到460億光年，那麽為什麽哈柏望遠鏡不能拍攝到更遠的星系呢？這一切要從光的傳播開始說起。
可見光與不可見光
哈柏望遠鏡以及我們地球上的人類能看見遙遠星系的光，這種光被認為是可見光，是一種我們通常稱之為電磁波的能量形式。可見光是電磁波譜中人眼可以感知的部份，一般人眼可感知的電磁波波長介於400到780奈米之間，而其他波長大多為不可見光，例如常說的紫外線、紅外線等。
哈柏望遠鏡的物理限制
哈柏望遠鏡雖然能感知更多光線，但受其物理構造限制，它所能觀測到的光波長種類也非常有限。根據哈柏望遠鏡團隊提供的數據，哈柏望遠鏡最多只能觀測到1.8微米波長的近紅外光，這限制了哈柏望遠鏡的觀測距離。
宇宙的膨脹與紅移現象
我們的宇宙不是靜止的，而是在不斷加速膨脹，空間結構隨之增大。光在宇宙中傳播時，隨著空間的膨脹，光的波長也會被拉長，這就是著名的紅移現象。紅移現象是科學家們用來測量星系與地球距離的一種方式。
宇宙膨脹對光的影響
宇宙的膨脹
當光在宇宙中傳播時間越長，跨越的空間越廣，其紅移現象也越明顯，波長也會被拉得越長。如果一束光來自過於遙遠的地方，其波長可能被拉長到超出哈柏望遠鏡的可觀測範圍，這限制了哈柏望遠鏡的觀測能力。
GN-z11的偶然性與重力透鏡現象
盡管哈伯已拍攝到了134億光年以外的GN-z11星系，但這並不意味著它可以隨意觀測到所有這樣距離的星系。GN-z11位於一個幾乎沒有中性瓦斯阻擋的區域，這讓其發出的光線能較少損耗地穿越134億光年到達地球。此外，GN-z11發出的光還經過了另一個星系，觸發了重力透鏡效應，使得這些光線被放大，剛好達到哈柏望遠鏡的觀測極限。
哈柏望遠鏡的未來與維修問題
哈柏望遠鏡是否還能突破自身的134億光年觀測極限？這非常困難。根據哈伯團隊的報告，由於2021年3月7日軟體故障，望遠鏡暫時停運，雖然於3月12日部份恢復執行，但仍存問題未解決。在哈伯升空的31年中，
雖多次維修，但隨著太空梭退休，已無法維修，預示著哈伯即將退休，其替代者——韋伯太空望遠鏡——將接棒。
韋伯太空望遠鏡的潛力
韋伯太空望遠鏡比哈伯先進30年，更強大、更穩定，將被發射到距地球約150萬公裏的第二拉格朗日點，不再依賴太空人維修。韋伯的發射一直在推遲以確保萬無一失，據NASA最新訊息，韋伯預計今年10月發射。如果韋伯成功發射，我們可能會透過它看到更壯觀的宇宙，驗證更多理論，繼續顛覆我們對宇宙的認知，展現一個更宏大的宇宙景觀。
