「誰能數得清天上的星星？誰能說出它們對世界的影響？」——詹·湯姆遜
夜空為什麼是黑暗的？
想像一下我們熟知的夜空！在遠離城市，一個沒有月亮的夜晚；在一個你見過的最黑暗的地方。或許你曾經躺在草地上，凝望過天空。你抬頭望去，空氣涼爽，天空晴朗，一點雲也沒有。這時你能看到什麼？
夜空中有行星，有明亮和暗淡的恆星，甚至有銀河橫跨天空。但是，夜空中最引人注目的並不是那些星星點點的光亮，而是這樣一個事實：在你幾乎能看到的每一個地方，天空本身是黑暗的。這是為什麼呢？
你可能覺著這就不是個問題，夜晚的天空本身就是黑暗的！如果你仔細思考一下，黑暗的夜空才是問題的所在！
如果宇宙中真的充滿了星星，在各個方向上都有光點，無論你朝哪個方向看，你的視線最終都會落到一顆星星上。
如果是這樣的話，我們在任何方向上看到的夜空都不應該是「黑暗」的。最終，天空的每個點都會充滿光亮，不管那個恆星、星系或其他光點離我們有多遠。
這其實是19世紀最偉大的悖論之一：奧博斯悖論，它表明了無限的宇宙（空間、時間）充滿了無限數量的星星，它們散布在整個宇宙中與我們在地球上看到漆黑的夜空這個事實是不相容的。
當然，這個悖論的解決方案是：宇宙的年齡是有限的，當我們觀察遙遠的宇宙時，我們實際上是在回顧過去，因為宇宙是在一個熾熱，稠密，更均勻的早期狀態中發展而來的，在此之前，宇宙中沒有任何恆星，因為萬有引力需要一段時間才開始將原始氣體坍縮成恆星。在一定的距離之外，我們甚至連一顆星星都看不到。
為什麼我們看不到宇宙中第一批恆星？
大爆炸之後，宇宙的狀態是又熱又密又均勻，但同時也在膨脹和冷卻。到宇宙38萬年的時候，已經冷卻到足以第一次形成中性原子。但我們要看到宇宙早期的任何物體都需要面臨兩個阻礙：
- 在宇宙創造出任何發光的物體之前，我們什麼都看不到。這很好理解，沒有東西發光，肯定什麼也看不到。
- 即使有了發光的物體，宇宙也需要變得對可見光透明。意思是，就算有了發光的物體，如果有什麼東西阻擋光線，我們還是看不見。
儘管這兩個問題（第一批恆星的形成和宇宙變得透明）經常被合併在一起，被稱為宇宙的「黑暗時代」，但它們是宇宙需要解決的兩個獨立的問題。
首先，在宇宙第一次形成恆星之前，我們根本看不到任何物體。雖然宇宙一開始幾乎是完全均勻的，但也存在一些微小的缺陷，包括一些區域一開始的物質略多於平均水平。隨著時間的推移，萬有引力將越來越多的物質拉入這些密度過大的區域，使它們形成物質團塊。
這個過程需要數千萬年的時間，但經過足夠長的時間後，這些物質團塊變得足夠大，引力開始使物質在自身的引力作用下崩塌。當原子和分子團的核心變得足夠稠密時，核聚變的過程（將氫燃料聚變成氦）終於可以發生了！
首先啟動核聚變的這些位置就成為了宇宙中的第一批恆星，它們發出熾熱而明亮的光芒，產生了自大爆炸以來宇宙的第一束可見光。
這發生在宇宙誕生後的5000萬年，對於宇宙年齡，甚至是恆星年齡來說，這是一個非常短的時間。但有一個問題：這些星星對我們來說都是看不見的！
上圖中的「黑暗星雲」是巴納德68分子雲，其背後的恆星也在發光！但這個星雲之所以看起來如此黑暗，是因為來自恆星的光被擋住了！為什麼會這樣？因為星雲中存在的原子和分子的物理大小正好可以吸收可見光，因此看起來不透明。
雖然單個原子本身只有特定的原子躍遷可以吸收可見光，但是當原子以各種複雜的結構結合在一起時，它們實際上可以阻擋整個可見光光譜。這種不透明正是第一批恆星形成時的情況：宇宙會產生光，但它無法進入我們的眼睛。那麼我們如何才能擺脫這種困境呢？
必須電離那些中性原子！或者更具體地說，宇宙必須重新回到電離狀態，因為中性原子曾經被電離過一次：回到它們變成中性之前。也就是宇宙38萬年之前。
但這個過程不會很快的發生，這是一個需要數十億顆恆星形成、發出紫外線、電離輻射，並撞擊宇宙中99%以上的中性原子的過程。這是一個漸進的過程，大約需要5.5億年才能完成！
之前我們一直認為宇宙的再電離（也就是宇宙在可見光下變得透明的最後階段）發生在大爆炸之後的4.5億年，但這個額外的1億年是由普朗克衛星的觀測重新確定的。但是這並不意味著，宇宙中最古老的恆星形成的時間比我們之前認為的要晚1億年。
第一批恆星形成的時間比我們能夠看到它們的時間要早得多，而且當時的第一批恆星也沒有足夠的能量來重新電離整個宇宙，讓其對可見光透明，直到5.5億年後星星太對我們變得可見。
總結
在宇宙中，想看到第一批恆星「有光線」是不夠的，我們還需要讓光能夠自由地在太空中旅行！在可見光下，我們沒有辦法看到最早的恆星：不管哈勃太空望遠鏡有多強大，不管它盯著天空多長時間，它將永遠看不到第一批恆星，因為宇宙對可見光來說是不透明的。
但希望還是有的，詹姆斯·韋伯太空望遠鏡有潛力將這一希望變為現實。
因為塵埃原子和分子的結構可能對波長較長的光是透明的，通過觀察較長波長的光，儘管哈勃無法看到這些恆星，但詹姆斯·韋伯(James Webb)將能夠看到紅外線波長，能夠看到宇宙對可見光不透明的所有時代。換句話說，在未來幾年內，韋伯望遠鏡升空以後，我們也許能夠探測到宇宙中的第一批恆星。
宇宙中的第一顆恆星可能在一段時間內是看不見的，但那是我們眼睛的錯，不是恆星的錯！