100年前，我們認為銀河系是宇宙的全部，包含了一切。現在，我們知道它只是浩瀚宇宙中的一員，那麼我們的宇宙中有多少個星系？我們是怎樣計算的？哈勃極深場到底有多深？我們今天就討論下這幾個問題！
「人類的頭腦無法掌握宇宙。我們就像一個小孩子走進了一個巨大的圖書館。牆上堆滿了各種語言的書籍。小孩子知道一定是有人寫了這些書。但他不知道是誰寫的，也不知道它是如何做到的。孩子不理解書中所使用的語言。但是孩子在書的排列中注意到一個明顯的規律，一個神秘的順序，孩子不理解這預示著什麼，只是隱隱約約的懷疑著。」——阿爾伯特·愛因斯坦
找一片完全沒有任何物體的天空，沒有明亮的恆星，沒有絢麗的星雲，也沒有已知的星系。然後我們觀察這片區域，持續幾分鐘，一個小時，甚至是一天。哈勃望遠鏡在很長一段時間裡，凝視著空無一物的空間，記錄下了一張張純粹黑暗的圖像。
上圖中所標記的區域是90年代早期到中期人們選定的位置，人類有史以來最強大也是最貴的望遠鏡哈勃指向這片區域，收集我們能夠收集到的所有光線，持續曝光幾分鐘，然後創造出第一幅圖像。
在第一張照片中雖然我們只能看到一些暗淡的紅矮星。但是我們可以在同一個地方持續積累更多的圖像。在總共10天的觀測時間裡，哈勃拍攝了342張照片。然後把所有圖像所捕捉到的光疊加起來。我們將會看到什麼?
我們發現了成千上萬的新星系。這幅圖中的每一個光點都是一個星系，有些距離我們幾百萬光年，有些距離我們超過了100億光年。我們從觀測結果中學到了什麼:
- 在宇宙的早期就已經形成了大量的星系。
- 宇宙中存在著大量的分布不均勻的星系，它們無處不在。
- 也許最重要的一點是，我們學會了如何估計宇宙中到底有多少個星系!
在這張圖片中，原始的哈勃深場捕捉到了成千上萬的星系!如果我們能計算出捕捉天空的比例以及捕捉區域內星系的數量，並且我們捕捉的區域是一個沒有已知恆星，星系和星雲的區域，它就能代表普遍、典型的空間，那麼我們就可以推斷出整個宇宙中有多少個星系!
但是我們是不會滿足第一次觀測發現的星系!我們總感覺不靠譜，不夠準確。在這之後的近十年，科學家在哈勃望遠鏡上安裝了一個比舊WFPC2相機更好的相機，叫做高級勘測相機。為了超越原始哈勃深場，科學家選擇了一片不同的空白區域，觀察了更長的時間(11天)，創造了下圖的哈勃超深場。
通過在整個天空中推斷這些結果，我們能夠算出整個宇宙中有多少個星系。
你這時可能會想，這也太簡單了吧，就這樣能算整個宇宙的星系？騙人，一點都不好玩！稍等，不要慌！這不是故事的結局，絕對不是！你看，根據我們所觀察到的，宇宙中可能至少有1000億個星系，但是可能還有更多。其中有些由於太暗而無法用哈勃11天的數據觀測到的星系。紅移太遠，即使是哈勃望遠鏡最遠的紅外濾鏡也無法捕捉到的星系。如果我們超有耐心去尋找更長的時間，也許會出現更多的星系。
這正是我們需要解決的問題，所以在過去的十年里，我們在一個更小的空白空間區域裡總共尋找了23天，創造了比超深場的兩倍還要遠的圖像。各位小夥伴，讓我們看一下哈勃極深場!
你平時可能看到最多的是超深場圖片，從未見過這張照片，但是有沒有一種似曾相識的感覺。這是因為極深場(或XDF)實際上是超深場的一部分，如果我們對兩個圖像進行縮放並將它們相對旋轉4.7度，我們就可以看到它們的相似之處了!看下圖，你可以自己比較下!
我們可以明顯的看到，極深場（XDF）不僅比曝光較差的超深場（HUDF）更清楚地揭示了星系的細節，而且極深場還捕捉到了新的星系。
收集光線的工作原理是，當觀察的時間增加兩倍時，我們就可以多看41%的深度。所以我們假設我們的觀測只受能看到光線微弱程度的限制，那麼XDF將比HUDF多看到41%的星系。
事實證明，我們的假設與我們觀察到的結果非常接近，這就告訴我們，我們的觀測還沒有達到極限！為什麼這麼說呢？因為哈勃所看到的星系中，大於90億光年的星系比50億到90億光年的星系少，這一事實告訴我們，不是90光年外沒有星系，而是我們沒有達到觀測極限。理想情況下，詹姆斯·韋伯太空望遠鏡能夠看到比哈勃更遠的星系，希望在的未來十年它能讓我們更接近真相。
但這不是說哈勃的觀測沒有用，我們可以利用極深場，說我們宇宙中至少應該有多少個星系。這有沒有很熟悉，我們平時看到的都是這種口吻，至少有2000億個星系。
哈勃極深場包含了天空的一小塊區域，如圖所示，把它跟滿月，放在一個1°方框內對比一下。可以看出是這個區域很小，然而，僅僅在這一小塊XDF區域，哈勃望遠鏡就發現了5500個星系，可以說比我們整個局部超級星系團所包含的星系還要多。
如果我們假設XDF是太空中一個普遍的典型區域，我們就可以計算出填滿整個夜空大約需要3200萬個XDF。然後再乘以我們在XDF中找到的星係數量，這就是根據我們目前的能力所觀察到的:宇宙中大約至少有2000億個星系。
2000億個星系，我知道你看到這個數字一點都不驚訝，因為我們已經被宇宙的浩瀚整麻木了。不過這個數字也是一個最保守的估計。韋伯望遠鏡的觀測可能會告訴我們宇宙中至少有1萬億個星系！這時我們依然不會驚訝，已經習慣了。哈哈！
目前科學家就是這樣計算宇宙中有多少個星系的!