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它就宇宙「標準尺度」,讓我們得知宇宙膨脹速度和天體間遙遠距離


宇宙探索宇宙正在擴張,如果你把焦距放到夠遠,你會發現宇宙中的所有事物都在互相遠離彼此。但是一旦你知道了宇宙正在膨脹這個事實,就可能會好奇這種擴張是否會一直持續下去,還是遲早會停止膨脹並由於引力而坍縮。它就宇宙「標準尺度」,讓我們得知宇宙膨脹速度和天體間遙遠距離...

- 2018年1月02日15時53分
- 科學文摘 / 宇宙探索

宇宙探索

宇宙正在擴張,如果你把焦距放到夠遠,你會發現宇宙中的所有事物都在互相遠離彼此。但是一旦你知道了宇宙正在膨脹這個事實,就可能會好奇這種擴張是否會一直持續下去,還是遲早會停止膨脹並由於引力而坍縮。它就宇宙「標準尺度」,讓我們得知宇宙膨脹速度和天體間遙遠距離

它就宇宙「標準尺度」,讓我們得知宇宙膨脹速度和天體間遙遠距離圖片

只需要把望遠鏡朝向遠方的星系,測量它們遠離我們的速度,再等上個大概一百萬年,然後把剛剛的步驟再重複一次,以判斷宇宙的膨脹是加速還是減速。

但事實上沒必要等待一百萬年。觀察不同的星系,因為光抵達我們這兒需要一定時間,所以當我們看向一個很遙遠的星系時,其實看到的是很久以前的它。所以看著一群離我們不同距離的星系就像是在不同時間下觀察它們一樣。

它就宇宙「標準尺度」,讓我們得知宇宙膨脹速度和天體間遙遠距離圖片

遙遠的星系傳來的光可以告訴我們兩個基本信息。首先就是它的速度,那些逐漸遠離你的光看起來偏紅,就像警笛在遠離你時音調聽起來逐漸降低。這種光的紅移現象能夠清晰地告訴我們它遠離的速度。如果一個星體看起來比原來還要紅百分之五,這代表它正以光速的百分之五的速度遠離我們。

同時,光還可以告訴我們一個星體及其所在的星系距離我們有多遠。當你在晚上駕車時,你可以判斷一台摩托車距你有多遠,靠的是觀察該摩托車車頭燈目前的亮度與它在你面前時的亮度做比較。

這一招同樣可以應用在星體上。有一種罕見的超新星爆炸就像是標準的星際車頭燈(稱為「標準燭光」),其亮度大約是太陽的五十億倍,重要的是,它的亮度非常持久,這些超新星的爆炸在銀河系內的一千年只會發生幾次。

它就宇宙「標準尺度」,讓我們得知宇宙膨脹速度和天體間遙遠距離圖片

但是宇宙張紅有足夠多的星系,如果觀察的範圍夠廣,有可能在一個月內觀察到幾十個。通過比較我們從地球上觀測到的亮度與其本身的亮度,我們可以得到每顆超新星與我們之間的距離,顏色越暗淡,距離我們就越遠,所以,超新星的顏色告訴我們它正以多快的速度遠離我們,而它的亮度就像是一把標尺,告訴我們它距離我們有多遠。

通過測量不同距離下不同超新星的遠離速度,也就是在幾個過去不同的時間點下,我們可以描繪出宇宙擴張的速度。

長期以來我們都一位宇宙擴張的速度是不變或者減速的,但當天文學家仔細觀察了極遙遠星系中的超新星後,他們驚訝地發現宇宙膨脹的速度比過去的還要快,也就是說宇宙的擴張正在加速!

它就宇宙「標準尺度」,讓我們得知宇宙膨脹速度和天體間遙遠距離圖片

對於宇宙膨脹的加速有幾個理論可以解釋,但是我們還不確定真正的原因是什麼。有個最簡單也最受歡迎的理論,就是由個無所不在的暗能量,無論我們通過什麼方法都無法偵測到,除了間接通過觀察宇宙的膨脹才能證明其存在!


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