How big is 哈伯深場影像之距離?

哈伯深空是哈伯太空望遠鏡於1995年拍攝的一張照片，記錄了天空中一小片幾乎空無一物的區域。畫面中大約有3000個星系，分布在許多不同的距離上。截至2000年，其中距離已獲確認、最遙遠的星系，其光線大約在128億年前出發，行進了大約128億光年才抵達地球，光年是光在一年內行進的距離。由於宇宙自那時起持續膨脹，這些星系現在距離地球大約270億光年。

距離

哈伯深空並沒有單一的距離。這張照片看向太空中一條狹窄的管狀區域，裡面的星系分布在這條路徑上的各種距離。天文學家利用紅移來判斷星系的距離，紅移是宇宙膨脹使光被拉伸程度的量度。紅移越大，代表光出發的時間越久遠。

截至2000年，天文學家已在主要拍攝區域測量出大約150個紅移值，範圍從0.089到5.60。其中最遙遠的兩個星系，紅移分別為5.34和5.60，最初是依據顏色挑選出來，後來在1998年獲得確認。畫面中大多數星系都太過黯淡，無法用這種方式測出紅移。

要把紅移換算成距離，需要一個描述宇宙如何膨脹的模型。根據普朗克衛星測得的數值，紅移5.60的光大約在128億年前出發，當時宇宙的年齡約為10億年。這道光行進期間太空持續延展，因此發出這道光的星系現在距離地球大約270億光年。以同樣的模型計算，畫面中距離最近、紅移為0.089的星系，距離地球大約13億光年。

大小比較

• 哈伯深空所涵蓋的天空範圍，大約和從23公尺外看的一枚美國一角硬幣一樣大。
• 這個範圍的寬度，大約是滿月時月球寬度的十三分之一。要涵蓋整個天空，大約需要2800萬張這種大小的照片。
• 來自武仙-北冕座長城（一個紅移介於1.6至2.1的推測結構）的光，大約在100億年前出發，比哈伯深空中已確認最遙遠星系發出的光晚了大約20億至30億年。
• 可觀測宇宙的邊緣，如今距離地球大約460億光年。紅移5.60的星系目前距離地球大約270億光年，比抵達那個邊緣所需距離的一半稍微多一點。

照片的拍攝過程

當時擔任太空望遠鏡科學研究所所長的Robert Williams，把自己大部分的望遠鏡使用時間都用在這項計畫上。他的團隊選定了大熊座北斗七星斗柄附近的一個位置，遠離擁擠的銀河盤面。哈伯太空望遠鏡在1995年12月18日至28日的十天內，對這個區域拍攝了342張曝光影像。

這些曝光分別以紫外光、藍光、紅光與紅外光拍攝，再合成為一張彩色影像。畫面中大多數星系的亮度，都比肉眼所能看見的暗上大約40億倍。這個區域被認為足以代表整片天空，因為宇宙在各個方向看起來大致相同。

更深的太空影像

哈伯太空望遠鏡在1998年於南天重複了這項計畫，在杜鵑座拍攝了哈伯南天深空。2004年，哈伯超深空的曝光總時間長達100萬秒，呈現出大約1萬個星系，影像捕捉到大霹靂後最早形成的一些星系。

參考資料

• Hubble's Deepest View of the Universe Unveils Bewildering Galaxies across Billions of Years. NASA, 1996.
• Hubble's Deep Fields. NASA Science.
• The Hubble Deep Fields. Ferguson et al., Annual Review of Astronomy and Astrophysics, 2000.
• Planck 2018 results. VI. Cosmological parameters. Planck Collaboration, Astronomy and Astrophysics, 2020.
• Expanding Confusion: common misconceptions of cosmological horizons and the superluminal expansion of the Universe. Davis and Lineweaver, Publications of the Astronomical Society of Australia, 2004.
• Possible structure in the GRB sky distribution at redshift two. Horváth et al., Astronomy and Astrophysics, 2014.