地球上为什么连几千、几万光年外的星球都能看到？没被挡住？ 第1页

尽管夜空繁星满天，然而宇宙实在是太空旷了，挡住我们视野的，不是恒星，而是宇宙的年龄（宇宙诞生到现在，很多恒星的光仍未到达地球）。我们能观测到最远的星体，比大家想象的要远～远～远～很多很多，基本快到可观测宇宙的边缘了。本文从近到远分类讨论，共5个部分，1800字，阅读时间约8分钟。

Part 1 (0-10万光年）

在银河系内，有被挡住的，也有没被挡住的，看下面这张图：

橙色的线条是猎户臂

我们位于放射线交叉的中心点；

紫色是天鹅臂，
青色是英仙臂，
红色是人马臂，
绿色是盾牌-南十字臂。

虚线代表各悬臂被遮挡的部分；可见密集的银心（黄色椭圆）遮挡了很大一片风景。

当然，悬臂绕银心的公转角速度不同，当太阳公转到银心对面的时候，我们就能观测到部分原本被遮挡的星体。然而这个过程所需要的时间是：1.25亿年。
太阳一辈子也就绕那么几十圈。我们也可以向太阳系外发射卫星来缩短这一进程。

悬臂不是刚体，我们搭着猎户臂的顺风车，也许哪天能撞见我们从未相遇的外星邻居。

Part 2 （10万-200亿光年）

在银河系外的话，宇宙就十分空旷了；

我们可以看到本星系群

室女座超星系团

拉尼亚凯亚超星系团

这个距离再往外，基本上就看不到单个恒星了，视野里的每个点几乎都是星系。

Part 3 （200-350亿光年）

从这里开始，远处的星体越来越难被观测到，看不到的主要原因不是被遮挡，而是光线太弱了，需要大口径望远镜长时间的曝光 (exposure) 才能呈现出来。

于是人类发射了一架巨大的望远镜在太空盯着一块区域长时间地曝光，只为捕捉跨越几十亿年时空路过地球的光子。

2016年3月，哈勃超深空场（Hubble Ultra Deep Field）最新探测到的GN-z11 星系是目前发现的最遥远的星系，她距离我们大约 320 亿光年。

我们往远处看时，也是往过去看，我们看到的，是她134亿年前的样子，此时宇宙仅4亿岁，随着宇宙不断膨胀，现在她距离我们远远超过了134亿光年。

可能你会觉得，她现在的样子，我们要等320亿年后光线传过来才能看到了；然而这太乐观，我们永远看不到她现在的样子了，因为算上宇宙的膨胀，按照哈勃定律推导，彼此之间的退行速度已经达到2.4倍光速 [6]。

如果你能读到这里，你已经比人群中的大多数人都了解这个问题了，谈到星空时装个逼不在话下，如果你还保持着好奇心，可以了解一下现代天文学的最新进展。

Part 4 （350-450亿光年）

观测的越远，光子传播所需要的时间越长，探测到的物体也越古老。
因此我们可以随着视线向前，一层一层地看到宇宙在不同年龄时的状态。

从十亿岁的宇宙开始继续往远处观测的话，宇宙变得越来越热，越来越致密，越来越不透明（不透明的意思是光子被其他粒子不断反射，无法以直线传播），宇宙在1.5亿岁时，对可见光不透明，在38万岁时，对电磁波不透明，这一时期只有频率和能量极高的γ射线才能穿过伸手不见五指的宇宙而被我们探测到，这是宇宙的第一缕电磁波，充斥在宇宙的各个角落；随着宇宙的膨胀，其波长被不断拉长；到今天，要在频率最低的微波波段才能找到它们的身影，我们称之为：微波背景辐射。

这意味着，想要知道宇宙早期的秘密，靠观测今天的可见光是不可行的，不管频率多么高的电磁波，经过宇宙剧烈膨胀的稀释之后，都被红移到了微波频段。

宇宙形成的第一批恒星放出的紫外线会影响到周围的氢原子气体，改变氢原子的激发态。在这个过程中，氢原子从宇宙微波背景中吸收波长21厘米、频率1420兆赫的特征性辐射。而1420兆赫的辐射，在经过亿万年的“红移”效应后，达到地球时会变成100兆赫左右的辐射。能够监听到这个辐射，就能抓捕到大爆炸后形成的第一个恒星的信息。

人类对于宇宙的探索不会止步，就在今年，科学家们宣称发现了宇宙的“第一缕曙光”。

天文学家们利用一台冰箱大小的“收音机”，检测到了78兆赫的频段，提供了关于这个宇宙家谱最古老祖先的信息——它在宇宙诞生后1.8亿年就形成了。

虽然最终观测到它的是国外的科学家，但其中不乏国家天文台院士武向平做的努力。

论文于2018年1月发表在杂志《Nature》上，这颗发现的最早的恒星也被称为：宇宙的第一缕曙光。

观测宇宙第一批星体的脚步不会停止。
微波背景辐射观测带来了观测宇宙学的鼎盛时代。不过，以此作为转折点，它必将被探测宇宙黑暗时期和宇宙再电离所取代。

Part 5 （可观测宇宙边缘）

到大爆炸后38万年的微波背景辐射为界限，我们就真的看不到前面了。再强的电磁波，也无法穿透。

然而中微子(neutrino)不受这个限制，可以轻松穿越“黑暗时期(Dark Ages)”之前更致密的宇宙，也许有朝一日等我们探测中微子的技术成熟时，能一窥宇宙诞生时的究竟。其次暗物质也必定能成为解开谜题的钥匙。

不管怎么说，我仍深为人类今天做出的天文成就感到骄傲。人类今天所能看到的宇宙，已经非常贴近光锥了！要知道就在几百年前，我们还觉得地球是宇宙的中心。

光锥是观测的极限，这个极限，无论人类的科技如何发展都无法突破，除非人类能超光速移动。

目前离我们足够远（约131亿光年）的星体，退行的速度会达到光速，更远的则会超过光速（没错，时空膨胀的速度不受光速限制）。这意味着她们发出的光线再也无法到达地球；并且随着宇宙的膨胀，我们能看到的星体会随着时间的推移越来越少。现在我们观测到的不少星体，看起来还在我们的视线内溜达，然而这只是她们过去的影像，现在的她们，有的已经跑到了和我们老死不相往来的光锥之外。

References

1. Oort, J. H. et al. The galactic system as a spiral nebula (Council Note). Harvard University.
2. del Peloso, E. F. (2005). "The age of the Galactic thin disk from Th/Eu nucleocosmochronology. III. Extended sample". Astronomy and Astrophysics. 440 (3): 1153–1159.
3. "Ripples From the Big Bang"(March 24, 2014).
4. Beckwith, S.V.; et al. (2006). "The Hubble Ultra Deep Field". Astronomical Journal.
5. （宇宙高清地图）Earth's Location in the Universe
6. 关于退行速度可以超过光速的解释：
   宇宙膨胀速度可以超光速？扫盲！5个问题让你了解宇宙膨胀！——中科院物理研究所