哈勃深空

哈勃深空（，縮寫為HDF）是一張由哈勃太空望遠鏡所拍攝的小區域天空圖像。拍攝位置在大熊座，所覆蓋範圍之寬度只有2.6弧分，面積為全天面積的2400萬分之一，約等於100米外一顆網球的大小。圖像由哈勃太空望遠鏡上的第二代廣域和行星相機（WFPC2）進行342次曝光疊加和拼合而成，拍攝時間為1995年12月18日至28日共連續十天。

1993年，STS-61號穿梭機任務為哈勃太空望遠鏡裝上矯正鏡，解決了球面像差問題。精度提高後，科學家便利用望遠鏡對愈來愈遠的星系進行觀測。哈勃中深空巡天（Medium Deep Survey，MDS）使用第二代廣域和行星相機（Wide Field and Planetary Camera 2，WFPC2）對隨機方向拍攝深空照片，並用其他儀器做預定觀測；還有一些項目對可從地面觀測的星系進行重點觀測。這些項目都發現，數十億年前的星系和今天的星系有著截然不同的性質。

哈勃太空望遠鏡觀測時間之中，有10%是由項目主任自行決定如何分配用途，即所謂的「主任裁量時間」。這樣的時間一般用於觀測突發而短暫的天文事件，如超新星。在確定哈勃的矯正鏡效果良好後，當時的太空望遠鏡科學研究所主任決定把1995年主任裁量時間中的一大部分都用於研究遙遠星系。特別成立的咨詢委員會建議用WFPC2相機和多個濾光器對銀道緯度較高的一處「典型」範圍天空進行觀測。此項目的專家小組就此成立。

目標篩選
拍攝深度示意圖]]

觀測目標範圍須符合幾項條件。首先，目標必須位於銀道緯度較高的方向，因為銀河系星盤平面的塵埃等物質均在銀道緯度較低的方向，會對觀測造成干擾。其次，目標範圍內要盡可能免除可見光（如近距離恆星）、紅外光、紫外光和X光釋放亮度較高的已知星體。這是為了日後可以對遙遠星系做不同波長的進一步觀測。最後，目標範圍內不能有強紅外線卷雲。這種瀰漫絲縷狀的紅外光源相信是由低溫氫氣雲（中性氫區）之中的較高溫塵粒所致。

滿足所有條件的範圍最先有20處，小組從中選出三處，全都位於大熊座內。甚大天線陣在其中一處發現強無線電發射源，從而把候選範圍降至兩處。最終選擇的理由是觀測範圍附近是否存在足夠的導星：哈勃太空望遠鏡在曝光攝像時，一般須用精細導向感應器鎖定視野附近的兩顆導星；但因為哈勃深空攝像的重要性，小組認為還需要額外兩顆導星，作後備之用。最終選出的目標位於赤經，赤緯，約等於月亮寬度的12分之一。拍攝範圍的面積約為全天面積的2400萬分之一。

觀測
除觀測範圍以外，另一項重要的決策在於選用何種濾光器。WFPC2相機共附有48個濾光器，有能摘選出特殊譜線的窄波段濾光器，也有用於研究恆星和星系光譜的寬波段濾光器。選擇濾光器的因素包括吞吐量，也就是所允許通過的光的比率，以及它所覆蓋的光譜波段。濾光器之間帶通的重疊範圍要盡可能少。由於拍攝時的波長並不對應於紅、綠、藍，所以最終圖像中各個星系的顏色只是對實際顏色的近似。科學家在選擇濾光器時，更多地考慮了它的科學用途，而不是為了與人眼的實際感知相符。

天體
和哈勃太空望遠鏡所拍攝的深空圖像]]

哈勃深空的最終圖像在1996年1月的美國天文學會會議上公佈。圖像中，共有約三千個遙遠黯淡的星系，有清晰能辨的不規則星系和螺旋星系，也有-{只}-有幾個像素寬的星系。整體來說，哈勃深空只含不到二十顆前景恆星，圖像裡的絕大部分天體都是遙遠星系。

科學結論
哈勃深空數據的科學內涵極其豐富，，此圖像的科學論文已被引用一千次以上。

在宇宙膨脹的過程中，距離越遠的天體遠離地球的速度越高，這就是所謂的哈勃流。來自遙遠星系的光從而會因紅移的現象而大大改變。雖然科學家在哈勃深空之前就已探測到高紅移類星體，但當時紅移大於1的已知星系寥寥無幾。

哈勃深空中受擾動、不規則星系的比例比宇宙鄰近區域高得多。

哈勃深空圖像所包含的前景恆星極少，這也有重要的科學意義。儘管暗物質佔宇宙總質量的27%，但其本質仍然是一個未解之謎。星系外圍紅矮星、行星等暈族大質量緻密天體（MACHO）的存在，可以解釋暗物質。然而，哈勃深空顯示，銀河系外圍並沒有大量的紅矮星。

後續觀測
在哈勃深空範圍內所拍攝的圖像。上圖為前景天體，下圖為前景天體移除後的背景]]

紅移極高的天體（萊曼斷裂星系）無法用可見光觀測，而是要對哈勃深空範圍進行紅外線或巡天。史匹哲太空望遠鏡也有進行紅外線觀測。在同一範圍內進行亞毫米波長觀測的望遠鏡包括：以較低解析度探測到5個射源的詹姆士·克拉克·麥斯威爾望遠鏡，

昌德拉X射線天文台在哈勃深空範圍內觀測到6個射源，其中三個為橢圓星系，另有一個螺旋星系、一個活躍星系核以及一個非常「紅」的天體。這個紅天體相信是一個遙遠的星系，它所發出的藍光均被所含的大量塵埃吸收。

甚大天線陣在哈勃深空範圍探測到7個射電源，在可見光圖像中均可找到對應的星系。和MERLIN天線陣都對此範圍做過觀測。甚大天線陣和MERLIN的結合圖像在哈勃深空範圍內發現16個射電源，還有更多在外圍範圍。

相關的深空圖像
1998年，哈勃太空望遠鏡在南半天球又拍攝了一幅深空圖像，是為哈勃南天深空。哈勃南天深空的拍攝策略和北天深空相似，兩者之類同體現了宇宙論原則，即宇宙在最大尺度上仍具有均勻的結構。哈勃太空望遠鏡利用1997年安裝的太空望遠鏡影像攝譜儀（STIS）和近紅外線照相機和多目標分光儀（NICMOS）拍攝哈勃南天深空。

哈勃北天深空已多次利用WFPC2相機重新拍攝，STIS和NICMOS也對其做過拍攝。2012年，哈勃所拍攝的哈勃極深空再次打破該記錄，其中所含的最遙遠星系相信是在宇宙大爆炸後5億年以內誕生的。

注釋
書目
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• ，亦於Nature 394: 860 刊登

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外部連結

• （哈勃深空網頁）
• （美國太空總署有關哈勃深空的新聞稿）