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最遥远星系距离我们134亿光年!科学家拿尺子测量的吗?

迄今为止,科学家发现的最古老星系是距离地球134亿光年远的GN-z11,它在宇宙大爆炸4000万年后就已经诞生了,是个名副其实的“婴儿星系”,哈勃望远镜在2016年捕捉到了它的踪影!

那么问题来了,科学家是如何测量这么遥远的距离的,难不成拿把尺子量的吗?

实际上,宇宙天体间的距离又被称为“宇宙距离尺度”(Cosmic Distance Ladder)”。需要根据距离的远近,采用不同的方法。

地球到太阳系行星的距离测量采用反射法:

即将一束电磁波对准行星发射过去,地面接收站收到反射波,根据时间和光速恒定不变的原理,计算出距离。除了冥王星外,其他行星到地球的距离都是这么测量的。

测量太阳到附近恒星的距离采用视差法:

当地球运行到轨道的不同位置时,同一颗恒星的光线角度也不同,由此推导地球到这颗恒星的距离。但这种方法对100光年外的恒星无效,因为角度太小了。

测量银河系到附近星系的距离采用造父变星法:

造父变星非常特殊,它的亮度会随着时间推移而有规律的变化。如果想测量到一个星系的距离,只要找到这个星系中的造父变星,确定它们的亮度变化周期,根据下表推出它在一光年远的亮度。

因为恒星亮度和距离的平方成反比,由此可以计算我们到这个星系的距离。用这种方法可以通过地基望远镜获得1300万光年内星系的距离,太远的恒星亮度过低就无法观测了。

测量更远星系的距离采用超新星测量法:

先利用一些光度已知的超新星,根据其亮度测定距离,将它们作为“标准烛光”。然后在这个星系中,找到一颗IA型超新星,测量它的亮度,再和这些已知的亮度最大的超新星相比较,根据恒星亮度和距离的平方成反比的规律,计算出这个星系的距离。这个方法在10亿光年内有效。

超远距离的天体用多普勒效应哈勃定律计算:

对于10亿光年外的超远天体,直接测量的方法都无法使用,只能通过和理论相关的观测来推算。根据哈勃定律,遥远星系光线的红移与它们的距离成正比。因此,先用多普勒效应计算某个星系远离地球的速度,再代入方程Vf = Hc x D,其中哈勃常数为67.80±0.77(km/s)/Mpc,由此可以计算超远天体到我们的距离。

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