作品编号：JASKP2020015，编译作者：张景 谢懿 南京大学天文与空间科学学院
30年前，哈勃空间望远镜开始观测遥远的天体，为天文学家回溯年龄不足10亿年的宇宙提供了一台时光机。
1990年4月24日，哈勃空间望远镜发射升空，标志着一个里程碑。当时它的预期寿命只有10年，但却已工作了超过30年。其主要原因是可以通过航天飞机为“哈勃”运送新的仪器设备并对它进行维修和升级。
“哈勃”升空时，它只能观测可见光和紫外线。1997年的维修任务为它增加了一台能观测近红外辐射的仪器。近红外辐射是一种比可见光波长更长的电磁波。“哈勃”的红外观测能力具有两大新的功能：看见更遥远的宇宙和深入恒星形成区。
哈勃空间望远镜以天文学家埃德温·哈勃（Edwin Hubble）命名。后者在20世纪初发现，宇宙正在膨胀。遥远星系所发出光的波长会变长，颜色会变红，被称为红移。距离越远，红移越大。这是因为天体距离越远，它发出的光线到达地球所需的时间就越长，宇宙在这段时间里膨胀得越多。
1996年，“哈勃”的紫外和光学仪器拍摄了当时最远星系的图像，被称为北哈勃深场。然而，由于红移，这些图像已达到了它那时的距离极限，因为最遥远的星系所发出的光已经从可见光红移到了红外波段。
在“哈勃”的第二次维护任务中新增了一台近红外相机和多目标分光仪。它的近红外相机观测了北哈勃深场，发现了更加遥远的星系，它们发出的光已经红移到了近红外波段。
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[图片说明]：近红外相机和多目标分光仪所拍摄的一个位于银河系中心的巨大星团。得益于红外观测能力，它能够穿透该区域中浓密的尘埃和气体云。版权：NASA/JHUAPL/SwRI。
天文学家把观察过去发生的事情称为“回溯时间”。目前对宇宙年龄的最佳测量结果是137亿年。光在1年内运动的距离被称为光年。近红外相机和多目标分光仪观测到最遥远星系到地球的距离约为130亿光年。这意味着它探测到的光已在宇宙中传播了130亿年，并向我们呈现了130亿年前星系的样子，当时宇宙的年龄只有现在的5%。这些第一代星系正在形成恒星，其产星的速率是目前宇宙中大多数星系的1 000多倍。
虽然几十年来天文学家一直在研究恒星形成，但有许多问题仍未解决。部分原因在于大多数恒星都形成于分子云和尘埃中。尘埃会吸收恒星发出的紫外和可见光辐射，使得“哈勃”的紫外和光学设备很难研究它们。
光的波长越长，被尘埃吸收的就越少。所以，近红外辐射会比红光更易于穿过尘埃。利用“哈勃”的高成像质量，近红外相机和多目标分光仪可以观测恒星形成区，确定恒星形成的细节。一个绝佳的范例就是“哈勃”拍摄的鹰状星云，也被称为“创生柱”。
这幅可见光图像显示了雄伟的柱状星云，看上去有恒星在巨大的空间中形成。然而，近红外相机和多目标分光仪的图像却发现多数柱状星云是透明的，没有恒星在形成。恒星只在气体柱的顶端形成。这些中空的尘埃柱只是反射附近的星光而已。
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[图片说明]：左图为可见光下鹰状星云的创生柱，右图为红外波段下的鹰状星云。红外线可以穿透尘埃和气体，呈现出一幅陌生、但同样令人惊奇的的景象。版权：NASA/ESA/the Hubble Heritage Team (STScI/AURA)。
1997年，在近红外相机和多目标分光仪刚被安装到“哈勃”上时，美国宇航局对于未来红外空间望远镜并无打算。但随着它观测结果的出炉，情况很快就发生了改变。天文学家发现，星系在宇宙中完全成形的时间比预期的要早得多。同时，它也证实宇宙正在加速膨胀，而非之前预期的减速。此外，继北哈勃深场后，2005年“哈勃”又拍摄了哈勃超深场图像，这进一步彰显了对遥远年轻星系近红外成像的能力。
因此，美国宇航局决定建造詹姆斯·韦布空间望远镜，它一架比“哈勃”大得多且完全用于红外观测的空间望远镜。它有着更高的灵敏度和更大的视场，天文学家期望看到宇宙中最早形成的星系。
原文链接：https://astronomy.com/news/2020/04/how-hubble-opened-our-eyes-to-the-universes-first-galaxies
作者：Rodger I. Thompson
编译：张景
校审：谢懿
