在银河系的四周，众多的星系在宇宙空间中似乎漂浮着，仿佛围绕着我们的银河系。无论我们在夜空的哪个角落观察，都能看到密集的星系群，但由于它们距离我们非常遥远，其发出的光线在抵达地球时已极为微弱，使得从地球上清楚地观察到这些灿烂的星系变得非常困难。
在宇宙空旷中的众星系
哈勃望远镜的强大力量
哈勃望远镜
自1990年4月24日起，哈勃望远镜作为人类史上最杰出的太空望远镜被发射升空，从此微小的人类得以用这「一对」神奇的眼睛探查宇宙深处的秘密。哈勃望远镜位于距地面575公里的高空，这里的大气非常稀薄，因此它无需担心大气扰动，也不受地球自转的影响，能够长时间定向于宇宙中的特定区域进行曝光和摄影。因此，哈勃望远镜能够捕捉到更多更远甚至更暗的星体和星系。
哈勃所拍摄的宇宙图像
在哈勃发射至今超过31年的时间里，它已经为我们拍摄了数百万张令人赞叹的星系与星云照片，有的星系距离我们几百万光年，有的则是几千万光年，甚至有些达到了数十亿光年之遥。那么哈勃望远镜的观测极限在哪里呢？它能拍摄到多远的距离呢？
人类拍摄到的最遥远星系
GN-z11
现在请注意这张照片，这可能是你一生中看到的最遥远的一张照片。照片中这个红色的「团块」来自于距离我们134亿光年之遥的星系，科学家们将其命名为GN-z11。这张看似普通甚至略显粗糙的照片是哈勃望远镜迄今拍摄到的最遥远的星系照片，意味着它也是人类目前能够拍摄到的最遥远的星系照片。GN-z11被称为「婴儿星系」，因为我们现在看到的光实际上是它在134亿年前发出的，而我们的宇宙诞生于137亿年前，这意味着我们现在看到的是宇宙早期的景象，通过光和哈勃望远镜，我们穿越了广袤的星空，见证了宇宙的过去。
GN-z11的历史
据科学家估计，GN-z11的体积约为银河系的1/25，恒星的质量只有银河系的1%。尽管从现在来看，它是一个相当小的星系，但在宇宙早期，它已经是一个巨大的星系了。由于它正处于宇宙早期星系形成的阶段，其恒星的生成速度是我们现在的银河系的20倍。
可观测宇宙
可观测宇宙
哈勃望远镜为何至今只能拍摄到134亿光年以外的星系？你需要知道，我们目前可观测宇宙的半径可以达到460亿光年，那么为什么哈勃望远镜不能拍摄到更远的星系呢？这一切要从光的传播开始说起。
可见光与不可见光
哈勃望远镜以及我们地球上的人类能看见遥远星系的光，这种光被认为是可见光，是一种我们通常称之为电磁波的能量形式。可见光是电磁波谱中人眼可以感知的部分，一般人眼可感知的电磁波波长介于400到780纳米之间，而其他波长大多为不可见光，例如常说的紫外线、红外线等。
哈勃望远镜的物理限制
哈勃望远镜虽然能感知更多光线，但受其物理构造限制，它所能观测到的光波长种类也非常有限。根据哈勃望远镜团队提供的数据，哈勃望远镜最多只能观测到1.8微米波长的近红外光，这限制了哈勃望远镜的观测距离。
宇宙的膨胀与红移现象
我们的宇宙不是静止的，而是在不断加速膨胀，空间结构随之增大。光在宇宙中传播时，随着空间的膨胀，光的波长也会被拉长，这就是著名的红移现象。红移现象是科学家们用来测量星系与地球距离的一种方式。
宇宙膨胀对光的影响
宇宙的膨胀
当光在宇宙中传播时间越长，跨越的空间越广，其红移现象也越明显，波长也会被拉得越长。如果一束光来自过于遥远的地方，其波长可能被拉长到超出哈勃望远镜的可观测范围，这限制了哈勃望远镜的观测能力。
GN-z11的偶然性与引力透镜现象
尽管哈勃已拍摄到了134亿光年以外的GN-z11星系，但这并不意味着它可以随意观测到所有这样距离的星系。GN-z11位于一个几乎没有中性气体阻挡的区域，这让其发出的光线能较少损耗地穿越134亿光年到达地球。此外，GN-z11发出的光还经过了另一个星系，触发了引力透镜效应，使得这些光线被放大，刚好达到哈勃望远镜的观测极限。
哈勃望远镜的未来与维修问题
哈勃望远镜是否还能突破自身的134亿光年观测极限？这非常困难。根据哈勃团队的报告，由于2021年3月7日软件故障，望远镜暂时停运，虽然于3月12日部分恢复运行，但仍存问题未解决。在哈勃升空的31年中，
虽多次维修，但随着航天飞机退役，已无法维修，预示着哈勃即将退役，其替代者——韦伯太空望远镜——将接棒。
韦伯太空望远镜的潜力
韦伯太空望远镜比哈勃先进30年，更强大、更稳定，将被发射到距地球约150万公里的第二拉格朗日点，不再依赖宇航员维修。韦伯的发射一直在推迟以确保万无一失，据NASA最新消息，韦伯预计今年10月发射。如果韦伯成功发射，我们可能会通过它看到更壮观的宇宙，验证更多理论，继续颠覆我们对宇宙的认知，展现一个更宏大的宇宙景观。
