怎样才能看见宇宙第一代恒星？詹姆斯韦伯望远镜也不行，只能靠它
目前，人类最强大的天文观测设备就是哈勃太空望远镜了。不过，即使是哈勃的观测能力，也无法看见遥远的宇宙第一代恒星。人类到底需要具备怎样的科技，才能看见那些宇宙的元老呢……
寻找第一代恒星
早期宇宙到底是什么样的，没有人知道。尽管科学家们提出了种种猜想，但限于我们的观测能力，始终无法真正看见那个时候的宇宙。我们知道，在现在所有可以观测到的恒星之前，宇宙还曾经孕育过一批恒星，也就是传说中的第一代恒星。它们在很早就已经死亡了，我们目前能够看见宇宙大爆炸后仅仅5亿年的景象，却仍然没有发现它们的踪迹。这意味着它们在此之前就全部消失了，也给我们留下了许多的未解之谜。
由于宇宙处于膨胀之中，越古老的天体也就距离我们越远。可悲的是，科学家前不久刚刚宣布一个令人遗憾的消息：即使目前最强的哈勃太空望远镜拼尽全力，也仍然无法看到那么遥远的宇宙。
（图片说明：哈勃太空望远镜）
于是，人们将希望放在了将在明年发射升空的詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）。可是，科学家同样持悲观态度：即使是JWST，恐怕也没有观测到第一代恒星的能力。它在红外波段的观测能力的确非常强，但是红外线可以让我们穿过迷雾看到其身后的天体，但是目前的问题不是在于迷雾，而是它们身后的天体超出了我们能观测的范围。
（图片说明：无尘室中的詹姆斯·韦伯太空望远镜）
难道，人类就真的无法看到最古老的宇宙吗？或者说，人类到底需要具备怎样的观测能力，才能看到宇宙那么久远的历史呢？
首先我们要知道：为何科学家们这么想看到第一代恒星。
第一代恒星——宇宙诞生的秘密
第一代恒星又被称作第三星族星（亦称星族Ⅲ星），是宇宙进入再电离期时形成的最早的恒星。它们是宇宙中最古老的天体，也可以告诉我们宇宙最早期的秘密。
那么，第一代恒星到底有着怎样的特点呢？我们怎么知道自己发现的恒星属于第几代呢？
根据现在的宇宙模型，宇宙是从一个奇点爆发出来而形成的。在早期的宇宙中，还没有那么多元素，只有氢和氦以及极少数的锂。因此，第一代恒星的组成成分应该是和早期宇宙相一致的。通过对恒星的光谱分析，我们可以判断恒星的组成成分。比如我们的太阳，金属元素的丰度约为1.4%，属于典型的第三代恒星。因此，如果我们能找到只有氢和氦的恒星，那就是第一代恒星。
（图片说明：艺术家绘制的第一代恒星假想图）
据科学家分析，第一代恒星普遍非常巨大，而且温度极高，呈现出耀眼的蓝色。同时，它们的寿命也非常短，因此存在的时间并不长，从出生到死亡，它们的一生全都在我们观测不到的时期度过。
科学家们还推测，这些质量巨大的第一代恒星大部分都是由于内部电子和正电子，削弱了恒星核心处的热压力，最终导致整体失衡而发生热核爆炸，最终灰飞烟灭。在天文学上，这种爆炸被称作不稳定对超新星（pair-instability supernova）。于是，本就在超出人类观测能力的宇宙早期就死亡的第一代恒星，连残渣都没剩下，更是给我们的观测带来了极大的难度。
（图片说明：不稳定对超新星爆发原理示意图）
如果连JWST都无法看到那么久远的宇宙，我们到底该怎么办呢？难道我们就束手无策了吗？
终极望远镜
人类的伟大之处，就在于永远都在挑战那些不可能的事。人类从不满足，拥有着无限的好奇心，这也是我们进步的重要原因。如果JWST无法观测到第一代恒星，我们也不必绝望，我们只是需要一台终极望远镜。德克萨斯大学奥斯汀分校天文学系的研究人员Anna Schauer指出：为了观测第一代恒星，这台望远镜的口径必须非常巨大，达到100米！
（图片说明：目前世界上最大的光学望远镜口径仅10米）
你可能以为这个口径算不得什么，毕竟我国的贵州天眼口径有500米。不过，他说的望远镜是光学望远镜，而贵州天眼是射电望远镜，二者不是一个概念。目前世界上最大的光学望远镜是位于美国夏威夷的两台凯克望远镜，口径为10米。由此可见，100米口径的光学望远镜对我们来说有着极高的难度。
不过，作者认为这台望远镜绝非只是幻想，毕竟欧洲目前正在建造一台史无前例的光学望远镜——欧洲极大望远镜（European Extremely Large Telescope，EELT）。EELT的口径为39.3米，由798个独立的部分组成，预计在2022年建成。因此，Schauer很有信心地说：“虽然一眼就能看出100米的口径具有极高的挑战性，但是在本世纪中叶就会变为可能了。”
（图片说明：欧洲极大望远镜）
更值得一提的是，Schauer认为：这台终极望远镜（我们暂且这么称呼吧）不能放在地球上，而是要送到月球去。如果将它放在地球上，那么大气层的干扰将会大大限制它的观测能力。同时，它的尺寸也不允许我们将它像JWST一样送到拉格朗日点上随地球公转。因此，唯一能够安置它的地方，只有月球了。
月球——望远镜的天堂
实际上，在月球上架设望远镜已经不是什么新鲜事了。
在最近一段时间，NASA就一直在考虑一个名叫月球环形山射电望远镜（Lunar Crater Radio Telescope ，简称LCRT）的项目。顾名思义，这是一台预计架设在月球某环形山中的射电望远镜。这台望远镜的原理就和我国的天眼相似了，但是口径更加夸张，可以达到1公里，是我国天眼的2倍。我们曾经介绍过，NASA有一套完整的实施计划，虽然目前还没有完全展开，但看起来势在必行。
（图片说明：LCRT的预想图）
（图片说明：LCRT的架设流程图）
说到月球上的望远镜，自然少不了我国。你可能想象不到，目前位于月球背面的嫦娥四号，就携带了一台小型射电望远镜。在此之前，嫦娥三号也曾携带望远镜登陆月球。
（图片说明：嫦娥四号）
不过，说到最早的月球望远镜，还要追溯到1972年4月21日。当阿波罗16号登陆月球的时候，美国人就携带了一台紫外望远镜，并且一共拍摄了178张宇宙照片。
（图片说明：图中宇航员身后、着陆器阴影中的小设备就是那台紫外望远镜）
何处安家？
那么，月球这么大，终极望远镜应该安置在哪里呢？
鉴于以往的研究，Schauer同样把关注的重点放在了月球环形山，这里永远处于黑暗之中，可以在最大程度上避免太阳光的干扰。同时他认为，这个环形山最好是位于月球的一个极点上，这样望远镜就可以始终指向天顶。
（图片说明：月球北极）
按理说，月球的背面是最好的选择，因为月球的庞大体积可以屏蔽来自地球的电磁信号干扰。不过，Schauer对此并未提及。
在这种情况下，它的观测区域就取决于月球的运动了。其曝光时间可能会长达数日，建造者可以考虑为它配备一些先进的追踪设备，从而延长曝光时间。在镜片方面，他早先甚至设计为液体镜面，不过在他最新的论文中并没有讨论，或许他自己已经将这个可能性排除掉了。
由于目前人类建造望远镜的能力还比较有限，短时间内还无法实现这台终极望远镜的设想，所以Schauer并没有过多地讨论它的细节。实际上，他更多的是讨论科学家未来应该用这台望远镜进行哪些方面的观测，以及使用它的方式。
（图片说明：NASA绘制的月球望远镜假想图）
总结
第一代恒星蕴藏着大量的秘密，是我们了解宇宙形成和演化的重要途径。因此，科学家会不遗余力，直到看见这些宇宙元老的那一天。当然，即使看到了它们，也不是科学家停止脚步的地方。我们会尽力再向前追溯，我们想知道，宇宙的诞生，究竟是什么样的。因为，那里藏着这个宇宙最深处的秘密。