一萬星光可以換多少錢（最遙遠(yuǎn)的恒星）

哈勃太空望遠(yuǎn)鏡自從開始啟用后，就給人類帶來了許多的驚喜。舉個例子，1995年，有個組織決定用哈勃望遠(yuǎn)鏡朝著天空中，最暗的一個天區(qū)進(jìn)行長達(dá)10天的曝光，就是下圖中黃色邊框的這一小塊區(qū)域。當(dāng)時的天文學(xué)家十分憤怒，因為哈勃望遠(yuǎn)鏡作為珍貴的觀測資源

哈勃太空望遠(yuǎn)鏡自從開始啟用后，就給人類帶來了許多的驚喜。舉個例子，1995年，有個組織決定用哈勃望遠(yuǎn)鏡朝著天空中，最暗的一個天區(qū)進(jìn)行長達(dá)10天的曝光，就是下圖中黃色邊框的這一小塊區(qū)域。

當(dāng)時的天文學(xué)家十分憤怒，因為哈勃望遠(yuǎn)鏡作為珍貴的觀測資源，天文學(xué)家們都在排著隊等著使用這個望遠(yuǎn)鏡來完成科研項目，可卻要用來拍攝最暗的天區(qū)，在他們看來這無疑是在浪費資源，根本不會有什么成果。可是隨著拍攝照片的公布，整個天文學(xué)界都震驚了。因為就在這么小的一個區(qū)域內(nèi)，哈勃望遠(yuǎn)鏡拍攝到了3000多個星系，下圖中每一個小點都是一個和銀河系同等級別的星系。

隨后在2003年，哈勃望遠(yuǎn)鏡又進(jìn)行了一次嘗試，這次朝著天爐座的一小片區(qū)域進(jìn)行了長達(dá)4個月的觀測，結(jié)果拍到了10000多個星系。

哈勃望遠(yuǎn)鏡的這幾次嘗試，一次次顛覆了天文學(xué)家對宇宙的看法。2022年3月30日，《自然》（nature）雜志上刊登了一項利用哈勃望遠(yuǎn)鏡觀測的研究成果，這次哈勃望遠(yuǎn)鏡又給科學(xué)家?guī)砹诵碌捏@喜。

這個驚喜就是哈勃望遠(yuǎn)鏡觀測到了一顆遙遠(yuǎn)的恒星，并把它命名為：埃倫德爾（Earendel），這個單詞“Earendel”是個古英語單詞，它的原意是“晨星”或“冉冉升起的光芒”。

埃倫德爾是迄今為止觀測到的距離我們最遠(yuǎn)的一顆恒星，距離地球280億光年，打破了哈勃在2018年創(chuàng)造的觀測記錄。

研究團(tuán)隊經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，這顆恒星的質(zhì)量可能比我們的太陽大50到500倍，亮度可能是太陽的數(shù)百萬倍。

這顆恒星大概是在宇宙大爆炸9億年后誕生的。而我們要知道的是，根據(jù)宇宙學(xué)的研究，宇宙大爆炸大概誕生在137.99（± 0.21）億年前，為了方便，我們可以近似看成是138億年前。

那么這就意味著，這顆恒星是誕生于129億年前，而我們觀測到它的星光正是在它誕生的時候，也就是說，這個星光傳播了129億年前，抵達(dá)地球，然后被哈勃望遠(yuǎn)鏡觀測到了。

那這就會帶來一個巨大的悖論。我們都知道，根據(jù)愛因斯坦的相對論，光速不變原理可以推導(dǎo)得到，物質(zhì)、能量和信息傳遞的極限速度是光速，也就是近似3*10^8m/s。

這個恒星的星光只用了129億年就傳到了地球，照理說，129億年，只夠光跑129億光年的，而這顆恒星現(xiàn)在距離地球是280億光年，整整多出了151億光年。而光還不能變得更快，那么多出來的151億光年到底是咋來的？難道是愛因斯坦的相對論錯了嗎？

宇宙大爆炸

要了解這個問題，我們還得從宇宙大爆炸理論說起。相信很多人第一次聽說宇宙大爆炸都會覺得這個理論有點離譜，甚至有點胡扯的意味。可是在近100多年來的發(fā)展中，宇宙大爆炸已經(jīng)成為了主流的科學(xué)理論，是天文學(xué)分支中宇宙學(xué)的一個基石性理論。

這個理論的起源也和愛因斯坦有關(guān)。話說當(dāng)初愛因斯坦在1915年提出廣義相對論時，就得到了一個很奇葩的方程。這個方程意味著宇宙應(yīng)該是隨著時間變化而發(fā)生變化的，也就是說，宇宙是動態(tài)的，不是靜態(tài)的。

但是愛因斯坦認(rèn)為，宇宙在大尺度上就應(yīng)該是靜態(tài)的。于是，他按照自己的意愿往方程里加了一個參數(shù)：宇宙常數(shù)，只要參數(shù)取值合理，那宇宙就會在大尺度上靜態(tài)。

不過，后來一些科學(xué)家認(rèn)為，這個做法不靠譜。不僅如此，還有人拿出了證據(jù)，巧的是這個人就是天文學(xué)家愛德溫·哈勃，哈勃望遠(yuǎn)鏡就是以他的名字命名的。

哈勃一直觀測銀河系外的星系，他就發(fā)現(xiàn)一個奇怪的現(xiàn)象，這些星系絕大多數(shù)都在遠(yuǎn)離我們，而且距離越遠(yuǎn)，遠(yuǎn)離的速度就越快。那這能說明什么呢？

這個事情說明：宇宙應(yīng)該是在膨脹的，如果只是天體自己在運動，星系應(yīng)該是有的在遠(yuǎn)離我們，有的在靠近我們，不可能出現(xiàn)哈勃發(fā)現(xiàn)的這種現(xiàn)象。也就是說，哈勃直接從觀測的角度證明了宇宙應(yīng)該是動態(tài)的。

后來，一群以伽莫夫為代表的核物理學(xué)家在前人的基礎(chǔ)上，做出了宇宙大爆炸模型。他們認(rèn)為按照哈勃的觀測來看，如果逆著時間倒推回去，宇宙應(yīng)該是起源于一個“奇點”的大爆炸，隨后宇宙的空間開始劇烈的膨脹。

這些核物理學(xué)家還提出了兩大證據(jù)，一個是宇宙大爆炸留下的“余溫”：宇宙微波背景輻射，一個是宇宙的元素質(zhì)量比例：氦元素豐度。后來，這兩個關(guān)鍵證據(jù)也被科學(xué)家們找到。這才使得宇宙大爆炸成為了主流的科學(xué)理論。

后來，宇宙大爆炸理論又經(jīng)歷了多次進(jìn)化和迭代，成為了宇宙學(xué)中標(biāo)準(zhǔn)宇宙模型的基礎(chǔ)。根據(jù)現(xiàn)在我們對于宇宙大爆炸的了解，我們知道，宇宙在誕生之后的一秒內(nèi)發(fā)生了很多事情，其中有一個事情就是：空間的劇烈膨脹。

由于空間不是物質(zhì)、信息、能量，它是不受光速限制的，是可以超光速的。而在宇宙早期，膨脹速度也異常的猛烈，比如，根據(jù)科學(xué)家阿蘭古斯等人的研究，宇宙經(jīng)歷過暴脹時期，此時的膨脹是呈指數(shù)增長的， 從大爆炸后10^(?36)秒開始，持續(xù)到大爆炸后10^(?33)至10^（?32）秒之間，宇宙經(jīng)歷了100次加倍，變大到了原本的10^30倍。

不僅如此，在過去的138億年里，宇宙是一直都在發(fā)生膨脹的，膨脹到現(xiàn)在，依然還在膨脹。而且根據(jù)1998年兩個科研團(tuán)隊的研究來看，宇宙大概40億年前，從原本的減速膨脹，轉(zhuǎn)變成了加速膨脹，這兩個科研團(tuán)隊的主要成員因此獲得了2011年的諾貝爾物理學(xué)獎。

需要考慮宇宙膨脹

所以，這顆恒星的星光雖然是經(jīng)歷了129億年才抵達(dá)地球，但如果我們考慮到宇宙膨脹效應(yīng)，那么結(jié)果就完全不同了。根據(jù)研究團(tuán)隊的研究發(fā)現(xiàn)，這顆恒星是在宇宙年齡的6%時誕生的，當(dāng)時它距離銀河系的距離是40億光年。

而此時它產(chǎn)生的一部分星光就朝著銀河系傳過來，但由于宇宙一直在膨脹，所以雖然當(dāng)時的距離只有40億光年，但這光整整跑了129億年才抵達(dá)地球，而此時由于空間膨脹也在帶著這顆恒星退行，所以在過去的129億年里，它也在逐步離我們遠(yuǎn)去，根據(jù)測算，它現(xiàn)在的位置已經(jīng)退行到了距離我們280億光年的位置。

不僅如此，這顆恒星還會繼續(xù)退行，離我們越來越遠(yuǎn)。中國先秦諸子中有一位名為：尸子。他就曾經(jīng)在他的著作《尸子》中有過一段對于宇宙的描述：

上下四方為宇，古往今來為宙。

意思是“宇”指的是空間，“宙”指的是時間，宇宙就是空間和時間的集合，這已經(jīng)比較接近于現(xiàn)代科學(xué)對于宇宙的定義了。

這也給我們一個啟示，在了解宇宙的一些現(xiàn)象時，空間和時間兩個維度都是重要的參數(shù)，不同的時間對應(yīng)著不同的空間，反之亦然。

根據(jù)現(xiàn)在的科學(xué)理論，最早的一批恒星應(yīng)該是誕生于宇宙大爆炸發(fā)生后2億年前后，也就是說距今136億年前后。

所以，雖然這顆恒星已經(jīng)是我們觀測到距離我們最遠(yuǎn)的恒星，但理論上還存在著很多距離更遠(yuǎn)的恒星，只是由于技術(shù)等原因，我們還沒有觀測到它們的存在。

哈勃望遠(yuǎn)鏡已經(jīng)服役了30多年，而它的繼任者詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡已經(jīng)成功發(fā)射，抵達(dá)預(yù)定地點，并拍攝了一些照片。或許，在未來，詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡可以觀測到那些距離我們更遙遠(yuǎn)的恒星。