【产学研视点】离地球最远的星球：宇宙边缘的孤独行者

一、“最远”的定义：宇宙尺度下的距离标尺

讨论离地球最远的星球，首先要明确“星球”的范畴。天文学中，星球通常指自身能发光的恒星、围绕恒星运行的行星，以及矮行星、小行星等天体。而“最远”的判定，依赖人类观测技术的边界——宇宙膨胀效应下，遥远天体的距离始终处于动态变化中，我们所说的“最远”，本质是“当前观测技术可探测到的最遥远天体”。

宇宙距离丈量有独特标尺。地月距离用“光秒”描述，约38万千米即1.3光秒；太阳系内用“天文单位”，1天文单位为地球到太阳的平均距离，约1.5亿千米。超出太阳系，“光年”成为核心单位，1光年指光在真空中传播一年的距离，约9.46万亿千米。观测宇宙边缘时，会用到“红移值”——天体远离地球时，光谱向红光端偏移，红移值越大，距离越远。

人类对“最远星球”的认知，随观测设备升级不断刷新。20世纪初，望远镜只能观测到银河系内天体，那时“最远星球”不过数万光年；如今，詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）能捕捉130多亿光年外的天体信号，“最远”的纪录已延伸至宇宙诞生初期。

二、系外行星：太阳系外的遥远邻居

2.1 系外行星的探测革命

系外行星指围绕太阳系外恒星运行的行星。1995年，天文学家首次确认系外行星“飞马座51b”存在，拉开系外行星探测序幕。此前，人类认知的“星球”局限于太阳系内，这一发现证明行星系统在宇宙中普遍存在，也让“寻找最远系外行星”成为可能。

早期系外行星探测依赖“径向速度法”——行星引力会使恒星产生微小晃动，通过光谱分析这种晃动可推断行星存在。但该方法仅适用于近距离、质量大的系外行星。后来“凌日法”兴起，当行星从恒星前方穿过时，恒星亮度会短暂下降，通过监测亮度变化能发现行星，这种方法更适合探测远距离天体。

当前，JWST的“微引力透镜法”将探测精度推向新高度。引力会弯曲光线，若遥远恒星与地球间有行星经过，行星引力会像透镜一样放大恒星光线，形成短暂亮度峰值。这种方法无需行星与恒星“对齐”，能探测到更遥远、质量更小的系外行星。

2.2 已知最远系外行星的纪录

截至2025年，已确认的最远系外行星名为“SWEEPS-11”，距离地球约2.7万光年，位于银河系中心方向的人马座。它的发现源于2006年NASA的“银河系演化探索卫星”（SWEEPS）的巡天观测。这颗行星质量约为木星的1.2倍，围绕一颗恒星运行，公转周期仅10小时——这意味着它离恒星极近，表面温度可能超过1000℃，属于典型的“热木星”。

为何银河系内的系外行星会成为“最远”候选？因为银河系直径约10万光年，而SWEEPS-11位于银河系边缘区域，距离地球已接近银河系半径。更遥远的系外行星并非不存在，而是信号过于微弱——行星本身不发光，依赖恒星反射光，距离越远，反射光越难被捕捉，即便JWST也难以区分恒星光芒与行星信号。

有天文学家通过引力透镜效应，在距离地球约130亿光年的星系中，发现疑似系外行星的信号。但这些信号尚未被确认，因为遥远星系的红移效应会扭曲光谱，难以精准判断天体是否为行星。这类“候选天体”更像是宇宙中的“影子”，等待更先进的设备验证。

三、矮行星与小行星：太阳系边缘的遥远天体

3.1 柯伊伯带的“边缘居民”

太阳系边缘的柯伊伯带，是矮行星和小行星的“聚集地”。这里距离太阳约30-50天文单位，包含冥王星、阋神星等著名矮行星。冥王星距离地球最近时约42天文单位（约63亿千米），最远时达75天文单位（约112亿千米），相当于0.00078光年，与系外行星相比堪称“近邻”。

柯伊伯带外侧，是更广阔的奥尔特云，被认为是彗星的发源地。奥尔特云的边界尚未确定，天文学家推测其外层距离太阳可能达1光年。这里的天体多为冰质小行星，直径从几千米到数百千米不等，它们是太阳系形成时残留的物质，堪称太阳系的“化石”。

2018年发现的小行星“Farfarout”（意为“极远之地”），曾是太阳系内已知最远天体。它距离太阳约132天文单位，比冥王星远3倍多，围绕太阳公转一周需要约1000年。这颗小行星直径约500千米，表面覆盖冰层，因距离遥远，其轨道受银河系引力影响比太阳更大。

3.2 太阳系边缘的探测挑战

探测太阳系边缘天体的难度，不亚于探测系外行星。以“新视野号”探测器为例，它2006年发射，2015年才抵达冥王星，飞行9年仅跨越约59亿千米。若要探测奥尔特云天体，现有探测器需要数万年时间——这意味着人类只能通过地面望远镜间接观测这些遥远天体。

这些天体的价值在于，它们保留了太阳系形成初期的原始信息。通过分析其化学成分，能推断太阳和行星的诞生过程。比如冥王星表面的氮冰和甲烷冰，说明它在形成时曾经历过低温环境，这为研究太阳系早期的温度分布提供了依据。

随着JWST的投入使用，人类对太阳系边缘天体的观测精度大幅提升。它能捕捉到小行星表面的光谱信号，区分冰层和岩石成分，甚至能探测到天体释放的微量气体。这些数据正在改写人类对太阳系边缘的认知。

四、恒星：宇宙中最遥远的“灯塔”

4.1 恒星距离的测量方法

恒星是宇宙中最易观测的天体，因其自身发光，距离越远，亮度越弱。天文学家通过“三角视差法”测量近距离恒星——以地球绕太阳公转的轨道直径为基线，观测恒星在天空中位置的变化，利用三角几何原理计算距离。这种方法适用于100光年以内的恒星。

对于更遥远的恒星，需用“造父变星”作为“标准烛光”。造父变星的亮度会周期性变化，亮度变化周期与绝对亮度存在固定关系——周期越长，绝对亮度越高。通过观测造父变星的视亮度和周期，就能推算其距离。哈勃望远镜正是利用这种方法，确认了银河系外星系的距离，证明了宇宙在膨胀。

超新星爆发是更遥远的“标准烛光”。某些类型的超新星爆发时，亮度会达到整个星系的亮度，且绝对亮度基本固定。通过观测超新星的视亮度，能测量数十亿光年外的距离。2016年发现的超新星“SN UDS10Wil”，距离地球约100亿光年，其宿主星系中的恒星，是当时已知最远的恒星。

4.2 已知最远恒星的“极限”

2022年，JWST发现了恒星“Earendel”，距离地球约130亿光年，刷新了最远恒星的纪录。这颗恒星诞生于宇宙大爆炸后仅9亿年，属于宇宙早期的第一代恒星。它的亮度远超太阳，质量约为太阳的50倍，因被前方星系的引力透镜放大，才被JWST捕捉到。

Earendel的发现具有重大意义。宇宙早期的恒星多由氢和氦组成，没有重元素，而Earendel的光谱中却检测到微量重元素，说明它形成于某颗更早的超新星爆发之后——这为研究宇宙中重元素的起源提供了直接证据。

为何130亿光年成为当前恒星探测的“极限”？因为宇宙大爆炸发生于约138亿年前，130亿光年外的天体，其光需要130亿年才能抵达地球，意味着我们看到的是它130亿年前的样子，接近宇宙诞生初期。更遥远的恒星信号，会被宇宙微波背景辐射掩盖，难以区分。

五、星系：遥远星球的“家园”

5.1 星系的距离与红移

星系是由数十亿至数千亿颗恒星、行星、气体和尘埃组成的天体系统。人类所处的银河系，就是一个典型的螺旋星系。观测遥远星系时，天文学家主要依赖“红移现象”——宇宙膨胀使星系不断远离地球，星系光谱的波长被拉长，向红光端偏移，红移值（z）与距离正相关。

红移值z=1意味着星系距离地球约130亿光年，z=10则意味着距离约135亿光年。2023年，JWST发现的星系“JADES-GS-z13-0”，红移值达13.2，距离地球约136亿光年，是目前已知最远的星系。这个星系诞生于宇宙大爆炸后仅2亿年，直径约为银河系的1/10，却在快速形成恒星。

星系中的星球，是宇宙中最遥远的“居民”。以JADES-GS-z13-0为例，其内部的恒星和行星，距离地球均约136亿光年，比Earendel更遥远。但由于星系距离过远，我们无法分辨其中的单个行星，只能通过星系整体的光谱，推断其内部存在行星系统。

5.2 遥远星系的观测价值

遥远星系是研究宇宙起源和演化的“窗口”。宇宙早期的星系，结构更简单，恒星形成速度更快，与现代星系有显著差异。通过观测JADES-GS-z13-0这类星系，天文学家能了解宇宙早期的物质分布、引力作用和恒星形成机制。

这些星系的光谱中，还包含宇宙膨胀的关键信息。根据哈勃定律，星系的退行速度与距离成正比，通过测量遥远星系的红移值和退行速度，能推算宇宙的膨胀率。而宇宙膨胀率的精准数值，直接关系到对宇宙年龄、暗能量性质的认知。

JWST的观测还发现，部分遥远星系的亮度远超预期。这可能意味着它们内部存在大量大质量恒星，或者有超级黑洞在提供能量。这些发现正在挑战现有的恒星形成理论，推动天文学的发展。

六、观测技术：突破“最远”的边界

6.1 从光学望远镜到空间望远镜

人类观测遥远天体的历史，就是望远镜技术进步的历史。1609年，伽利略用自制望远镜观测到木星的卫星，开启了天文观测的新时代。19世纪末，大型光学望远镜出现，能观测到银河系内的遥远恒星。20世纪中期，射电望远镜诞生，捕捉到天体释放的无线电波，突破了光学观测的局限。

1990年，哈勃空间望远镜发射升空，摆脱了大气扰动对观测的影响，观测精度大幅提升。它发现了众多遥远星系和系外行星，将“最远恒星”的纪录从数百万光年推向数十亿光年。哈勃的继任者JWST，于2021年发射，其红外探测能力更强，能穿透宇宙尘埃，捕捉到更遥远、更暗弱的天体信号。

JWST的核心优势在于其6.5米直径的主镜和先进的红外探测器。红外光波长比可见光长，受宇宙膨胀的影响更小，能更好地穿透尘埃。对于130亿光年外的天体，其可见光会被红移为红外光，JWST恰好能捕捉到这些信号——这也是它能发现Earendel和JADES-GS-z13-0的关键。

6.2 未来技术：看得更远、更清

未来，更先进的观测设备将进一步突破“最远”的边界。NASA计划在2030年后发射“罗曼空间望远镜”，其视场是哈勃的100倍，能更快地巡天观测，发现更多遥远天体。欧洲空间局的“欧几里得望远镜”，则专注于探测暗能量，通过观测遥远星系的分布，间接研究宇宙膨胀和遥远天体的性质。

地面望远镜也在升级。智利的“超大望远镜”（ELT），主镜直径达39米，预计2028年投入使用。它采用自适应光学技术，能实时修正大气扰动，观测精度接近空间望远镜。ELT能分辨遥远星系中的单个恒星，甚至可能直接观测到系外行星的表面特征。

除了望远镜，观测方法也在创新。“引力波天文学”为探测遥远天体提供了新途径——天体碰撞会释放引力波，通过捕捉引力波信号，能推断天体的质量、距离和位置。2017年，人类首次探测到双中子星合并释放的引力波，同时观测到其光学信号，开启了“多信使天文学”时代。

七、宇宙的“边界”：我们能看到的最远极限

7.1 可观测宇宙的范围

宇宙一直在膨胀，且膨胀速度在加速。这意味着遥远天体的退行速度可能超过光速——根据相对论，光速是信息传递的极限，因此这些天体的光永远无法抵达地球。我们能观测到的宇宙范围，被称为“可观测宇宙”，其半径约为465亿光年。

可观测宇宙的边界，是“宇宙微波背景辐射”（CMB）的来源。宇宙大爆炸后约38万年，光子开始自由传播，形成了CMB。它的红移值约为1100，对应距离约465亿光年。CMB是宇宙中最古老的光，记录了宇宙诞生初期的状态，也是人类观测的“终极边界”。

可观测宇宙内，包含约2万亿个星系，每个星系包含数十亿至数千亿颗星球。这些星球中，最远的那些，其光从宇宙诞生初期出发，跨越130多亿年才抵达地球。我们看到的，不是它们现在的样子，而是它们“童年”的影像——这是宇宙最神奇的“时间胶囊”。

7.2 永远的“未知”：超越可观测宇宙

可观测宇宙之外的区域，我们无法直接观测，也无法接收任何信息。但根据宇宙学原理，宇宙在大尺度上是均匀且各向同性的，因此可观测宇宙之外，很可能存在与我们相似的星系和星球。这些星球的距离，可能超过465亿光年，甚至无限遥远。

关于这些“不可观测”的星球，天文学家只能通过理论推测。有理论认为，宇宙是无限的，存在无限多的星球，其中可能有与地球完全相同的行星，甚至有与人类完全相同的“另一个你”。这种“多重宇宙”的猜想，虽然无法验证，却激发了人类对宇宙的无限遐想。

无论宇宙是否无限，人类对“最远星球”的探索都不会停止。从伽利略的望远镜到JWST，从太阳系内的冥王星到130亿光年外的Earendel，每一次“最远”纪录的刷新，都是人类认知边界的拓展。这些遥远的星球，不仅是宇宙的“灯塔”，更是人类探索精神的“坐标”。

八、总结：遥远星球背后的宇宙真相

“离地球最远的星球”，这个问题没有永恒答案，只有“当前最优解”。截至2025年，已知最远的恒星是130亿光年外的Earendel，最远的星系是136亿光年外的JADES-GS-z13-0，其内部的星球是目前人类认知中最遥远的“居民”。这些天体的发现，依赖于观测技术的进步，也依赖于人类对宇宙规律的认知。

探索遥远星球的意义，远超“刷新纪录”本身。通过这些天体，我们能了解宇宙的起源——第一代恒星如何形成，重元素如何产生，星系如何演化；我们能验证宇宙学理论——宇宙膨胀的速度、暗能量的性质、相对论的正确性；我们还能思考人类的位置——在138亿年的宇宙历史中，在465亿光年的可观测宇宙中，地球和人类不过是沧海一粟，但我们却能用智慧触摸宇宙的边缘。

未来，随着罗曼空间望远镜、ELT等设备的投入使用，“最远星球”的纪录必将被再次刷新。或许有一天，我们能观测到宇宙诞生后1亿年内形成的第一代恒星，甚至能直接观测到遥远星系中的系外行星。这些发现，将改写我们对宇宙的认知，也将让我们更深刻地理解“存在”的意义。

宇宙的浩瀚，让“最远”成为相对概念；人类的探索，让“遥远”变得触手可及。那些在宇宙边缘孤独运行的星球，不仅是冰冷的天体，更是人类探索精神的见证。正如天文学家卡尔·萨根所说：“宇宙就在我们心中。我们是星尘，也是宇宙认识自己的方式。”