為什麼只在哈勃超深空里才拍到數不勝數的星系和星系團？其他深空是因為沒有拍到，還是不存在這麼多星系團？

11-28

參考一下鏈接：NASA - NASA"S Hubble Provides First Census of Galaxies Near Cosmic Dawn

最主要的問題是其他的望遠鏡沒有拍那麼多漂亮的照片。下面的圖展示了美國南極望遠鏡在亞毫米波段探測到的星系團分布

圖中x軸是紅移，可以看做是星系團的距離，縱軸是星系團質量，以10^14太陽質量為單位。每一個黑點是一個南極望遠鏡探測到的星系團。可以看到星系團數目在高紅移，也就是距離我們很遠處是顯著下降的。（並不是沒有探測能力，SPT對5x10^14以上的星系團的探測是幾乎完備的）

為什麼遠處沒有大的星系團呢？因為光速有限，距離我們越遠，觀測到的是越古老的宇宙。而宇宙的結構是從小到大逐級形成的。星系團作為宇宙中最大的維里化自束縛引力系統，形成相對較晚的。所以超過一個限度以後，望遠鏡看的非常非常遠，並不能給你更多的星系團。從這個意義上，即使是小望遠鏡，可以看到的星系團的數目也不遜於哈勃。

但是其他的望遠鏡看到的星系團並不都像哈勃那麼漂亮。或者解析度不夠高（比如SDSS, SPT)，或者波段不夠多沒法做漂亮的彩色照片。因此公眾接觸這些照片的機會不多。特別是，在光學波段的觀測中，哈勃望遠鏡往往扮演終結者的角色，其他地面小望遠鏡被用來選擇天體，由哈勃最終拍攝解析度最高，極限星等也最高的圖像。

比如下圖是XMM-Newton在X-ray看到的星系團。對，就是你看到的那一坨粉色（我相信這個展示的人已經很認真的選了一種好看的粉色）。因為在這個波段，望遠鏡觀測的是星系團中的熱氣體，所以看上去是一片。

下面這張照片是SDSS望遠鏡（2米口徑地面望遠鏡）光學波段拍攝的星系團，我們可以看到好幾個星系，但是解析度非常差：

在哈勃眼中，同一個星系團是這樣的：

除了哈勃超深空HUDF以外，還有哈勃深空HDF，哈伯極深空XDF，哈勃南天深空等等，而且工作在多個波段。斯皮策和錢德拉太空望遠鏡也在各自波段做過類似工作。喏：List of Deep Fields
Hubble Deep Field and Hubble Ultra-Deep Field and Hubble Extreme Deep Field
（維基中文內容太少，而且還有錯誤）
你所給出的網頁圖片下面指出HUDF發現了7個新的星系在地面巡天望遠鏡中從未出現過（地面著名的巡天計劃比如著名的泛星計畫和正在建的LSST，其深空解析度明顯不及哈勃，地面觀測XDF那片天空幾乎是空無一物的，但地面觀測可以覆蓋大片天空），因此是沒拍到而非不存在。XDF又在HUDF的基礎上進一步發現更多星系。哈勃靠的是長時間的曝光才能更多地接收來自極遠星系的光子，就像天空攝影多次曝光疊加處理可以拍出滿天繁星的效果，包括肉眼不可見的恆星一樣。

這是XDF：

曝光原理：

XDF的視場大小（最中間的小框）：

這是觀測的最遠的星系的距離：

XDF里的星系距離我們有遠有近，可以進行處理區分：

HDF，HUDF，XDF三者依次先後完成，圖像視場遞減，曝光時間依次增加，因此解析度也依次增加。哈勃深空項目可以看到我們宇宙剛誕生數億至十多億年時的景象，可以看到宇宙黑暗時期之後的第一代星系，對於研究早期宇宙意義非凡。
此外，已延期數次（總費用已漲至80億美元，不包括運行成本，美帝為了滿足全人類的好奇心還真捨得啊）預計2018年發射的詹姆斯·韋伯望遠鏡擁有更高的解析度，且主要在近中紅外波段工作（宇宙早期的可見光紅移就會到紅外波段了），或許將在這方面取得重大突破。For additional information,refer to:
http://hubblesite.org/newscenter/archive/releases/2012/37/image/
http://www.nasa.gov/mission_pages/hubble/science/xdf.html
http://www.spacetelescope.org/news/heic1214/

通俗來講，就是說地面上的望遠鏡以「從天文觀測中獲得數據、進行加工以獲得科學成果」為目的進行觀測，所以很多時候能進行分光或者測光的時候，實際的象是模糊的也無所謂。最主要的是，地面上看太空，需要經過大氣的干擾，大氣不透明/不穩定等都會造成圖像模糊。哈勃太空望遠鏡雖然小，但是本身在太空，不受大氣影響，所以它的實際解析度基本趨近於理論解析度。大氣內外的差別，做個比喻，就是你把眼鏡摸花了看和眼鏡擦乾淨看。

非常抱歉，這個答案預定位置之後拖了一年半，現在補上。我僅對星系團有一些了解，本答案就主要介紹介紹星系團吧。

大家都應該知道，我們宇宙中的天體根據大小是可以分為不同層次的。從小到大大致可以分為行星、恆星、星團、星系、星系團、星系超團、大尺度纖維結構和整個宇宙。星系團是我們宇宙中最大的自引力束縛系統。啥意思？意思就是比星系團小的天體，如行星、恆星、星團和星系，它們都在自身引力的作用下保持著相對穩定的形態；而比星系團大的結構，如星系超團和大尺度纖維結構，它們的形態並不固定，隨著宇宙膨脹而膨脹。所以，星系團是宇宙中由自身引力能夠保持固定形態的最大天體。它們一般位於宇宙大尺度纖維結構的交匯處（如下圖中心黃色部分）。

星系團有多大呢？星系團的質量一般在10^(14-15)個太陽質量，作為參考，我們銀河系的質量約為10^11個太陽質量。星系團一般包含幾十到上千個星系。值得注意的是，星系團里的這些星系絕大多數和我們的銀河系並不相同。我們的銀河系是比較年輕的漩渦星系（下圖靠右，藍色），而星系團里的星系大多都是年老的橢圓星系（下圖靠左，黃色）。星系團的典型尺度為Mpc，也就是約10^(6-7)光年。

天文學家目前主要在X射線、光學、毫米波和射電波段觀測星系團。星系團的X射線輻射主要來自團內星系之間的介質的熱輻射（下圖左上角），光學輻射主要來自成員星系的恆星（下圖左下角），毫米波輻射來自團內熱氣體的逆康普頓散射（SZ效應，下圖右上圖中的彩圖），射電輻射一般來自相對論電子在磁場中的同步輻射（下圖右下圖中的等高線）。

而證認星系團，一般是X射線、光學和毫米波段這三個波段。在X射線波段，天文學家從歐洲的ROSAT衛星數據中證認了約2000個星系團，目前還在運行的歐洲XMM-Newton衛星和美國的Chandra衛星也已經分別發布了約800和1000個星系團。在毫米波段，天文學家從Planck衛星數據中已經證認了約2000個星系團。而在光學波段，證認出來的星系團數目遠遠大於前面兩個波段。

光學波段的星系團大樣本主要是從美國的斯隆望遠鏡（下圖左）的數據中挖掘得到。這主要是因為斯隆望遠鏡的天區較大，靈敏度較高，觀測了大量星系的紅移（可以確定星系在三維空間中的位置）。2007年，美國天文學家基於斯隆數據證認了13823個星系團；2009年，我們證認了39668個星系團；2010年，美國另外一個團隊發布了他們證認的55424個星系團；2012年，我們發布了當時最大的星系團表，包含132684個星系團。這個工作基本上讓國外團隊放棄了競爭。在2015年，我們又根據最新的數據跟新了我們的團表，包含158103個星系團（下圖右展示了星系團分布）。

作為宇宙中最大的自引力束縛系統，星系團的研究有重要意義。首先，它可以示蹤宇宙大尺度結構，其次可以限定宇宙學模型和參數。星系團質量巨大，可以用來研究引力透鏡效應。由於星系團里稠密的環境對星系的演化產生影響，因此星系團也是研究星系演化的重要實驗室。

目前探測到的星系團絕大多數都是在紅移1以下，也就是距今70億光年左右；搜尋高紅移星系團是目前星系團研究中的一個熱點領域，目前天文學家已經在紅移大於2的早期宇宙中發現了星系團。像這麼高紅移的星系團，一般都需要多波段的望遠鏡長時間的跟蹤觀測，一般都需要幾百小時，觀測及其困難，當然研究成本也很高。

哈勃望遠鏡作為少有的太空光學望遠鏡，由於沒有大氣的影響，解析度很高，長時間曝光也可以得到極高的靈敏度。但對於大樣本星系團的證認工作，還是需要大天區多光纖望遠鏡來做。美國斯隆望遠鏡剛好滿足這樣的特徵。

我國自主研發的郭守敬望遠鏡是美國斯隆望遠鏡的加強版（如下圖），口徑比它們大一倍，光纖數目比它們大一個量級。目前郭守敬望遠鏡已經發布了500多萬個恆星的光譜，這個數目比之前地球上所有望遠鏡發布的光譜數目之和都還要多。只可惜郭守敬望遠鏡的靈敏度還不太高，對於遙遠星系光譜的探測還能力有限，因此目前對於星系團的研究還沒有幫助。

一個最最基本的宇宙學原理是：宇宙是各向同性的。
這意味著無論你從什麼方向看過去，宇宙的景象都是差不多的。
換句話說，你用哈勃看其他的地方，也會得到差不多的類似景象。

哈勃可以在軌道上連續曝光一個禮拜，地面望遠鏡咋辦？