打开APP
userphoto
未登录

开通VIP,畅享免费电子书等14项超值服

开通VIP
137亿年的宇宙,是如何测得930亿光年的物体?

​137亿年指的是时间,930亿年指的是距离。这个数据确实会有一点烧脑,宇宙中物质最快的移动速度为光速,每秒约为30万千米,但是宇宙年龄才137亿年,如果宇宙扩张速度按照光速计算,那么可观测距离也不会超过275亿光年。

那么930亿光年的可观测距离究竟是怎么回事呢?

有着星系天文学之父之称的美国天文学家,德文·鲍威尔·哈勃将多普勒效应应用于天体传播中,在观测天体时发现当天体远离观测点时恒星发出光的光谱会往红色端移动,反之则往蓝色端移动。

图:德文·鲍威尔·哈勃

1929年,哈勃通过对已测的多个星系进行综合统计分析,进一步确定了天体退行速率与星系距离比值的线性关系,这一关系被称为哈勃定律,两者的比值被称为哈勃常数,即河外星系视向退行速度与距离成正比,距离越远视向速度越大。哈勃定律为大爆炸理论打下了基石,以地球为观测中心,根据哈勃定律计算得出,宇宙是不断膨胀的,距离观测点越远的星系退离速度越快,空间膨胀速度甚至超过光速,也由此说明了可观测宇宙空间距离范围为何会超出137亿光年。

大爆炸之后,部分天体由于距离地球过于遥远,导致其光线至今还未能抵达地球。当前可观测宇宙的直径大约为280亿秒差距,导入公式计算得出,目前可观测的宇宙范围大约为930亿光年。迄今为止我们实际观测到的最远天体Fj-39546284,距离地球约为132亿光年(可看做264亿光年的观测范围),当然实际观测距离取决于现有观测设备(哈勃太空望远镜)。

未来可观测宇宙范围的极限为190亿秒差距,约为620亿光年,随着时间的推移,宇宙空间不断膨胀致使天体逐渐远离以至于从可观测视野中消失(宇宙大沉寂理论)。


137亿年宇宙年龄是如何得出的?

宇宙大爆炸发生的那一刻同时产生了时间与空间,构建宇宙万物的基本粒子逐渐形成。大爆炸发生至今的时长就是已知宇宙的年龄,宇宙诞生演变至今究竟经历了多长时间呢?科学家又是如何推算的呢?

放射性元素半衰期推算宇宙年龄:宇宙天体演化的过程中会产生出带有放射性的重元素,放射性元素的原子核放射强度会随着时间的推移而减弱,从而产生衰变现象。某一种放射性元素放射强度达到原放射强度值的一半时所消耗的时长被称为同位素半衰期。不同元素的半衰期都不同,半衰期最长的元素是铋209,其半衰期约为(1.9 +/- 0.2 ) x 一百亿亿年。半衰期最短的元素是砹213,其半衰期为0.000000125秒。一种同位素的衰变会产生新的同位素。

参考资料:原子核衰变规律计算公式:N=No*(1/2)^(t/T) 其中:No是指元素形成的初始时的原子核数量, t为衰变时长,T为半衰期,N是元素衰变后的原子核数量。科学家通过研究计算的出不同元素衰变周期所需的时间长度,用于推算宇宙年龄,为了减少误差精确推算宇宙年龄,选择某种元素作为参照也至关重要,衰变周期过长或太短的都会影响最终的推算结果。经过反复的对比筛选,最终选择了铀238,因其同位素的半衰期为4.468 × 10^9年,非常适用于宇宙年龄的测定。

2001年科学家利用欧洲天文台的望远镜,在一颗名为CS31082-001的恒星上,发现放射性铀-238的光谱,通过计算得出这颗星球的年龄约为125亿年,从而确定宇宙诞生至今至少有125亿年。这也是科学家首次度量太阳系外铀含量的研究。此次的推算结果任然有30亿年的误差。

2007年,天文学家又用相同的办法,测得一颗距离地球7500光年、编号为HE 1523-0901的红巨星的年龄为132亿岁。(对比精确宇宙年龄仅有6亿岁的误差)

从2004年开始,宾西法尼亚州立大学的天文学家经过近10年的观测,于2013年2月公布找到一颗距离地球仅190光年、编号为HD 140283的亚巨星,其测定的年龄约为144.6亿岁。(对比精确宇宙年龄仅有8亿岁的误差)

图:宇宙微波背景辐射

2013年3月21日欧空局公布了“普朗克”太空探测器传回的宇宙微波背景辐射全景图,近乎完美地验证了宇宙学标准模型,并且把宇宙的精确年龄修正为138.2亿岁。此外,根据宇宙微波背景辐射图,哈勃常数也被进一步修正为67.15公里/(秒·百万秒差距),即一个星系与地球的距离每增加一百万秒差距(一秒差距约为3.26光年),其远离地球的速度每秒就增加67.15公里。根据此数据推算宇宙的年龄约为138.2亿年。

哈勃定律为早期的宇宙年龄推算,以及对可观测宇宙范围的计算奠定了基础。

图:詹姆斯韦伯空间望远镜

延伸:原本2014年计划发射,用于取代哈勃太空望远镜的新一代詹姆斯韦伯空间望远镜前期研发由于资金问题的延误,加上后期技术故障问题,拖延至今仍旧趴窝,根据美国航空航天局2018年6月份发布的消息称,该发射计划拟定时间为最早将于2021年3月发射。

詹姆斯韦伯望远镜的高精密设备有望将实际可观测宇宙范围提升数十个百分比,希望詹姆斯韦伯望远镜能够早日发射升空为人类对宇宙的认知再创奇迹。

本站仅提供存储服务,所有内容均由用户发布,如发现有害或侵权内容,请点击举报
打开APP,阅读全文并永久保存 查看更多类似文章
猜你喜欢
类似文章
【热】打开小程序,算一算2024你的财运
宇宙有多大?科研人员:年龄只有138.2亿年,观测直径达930亿光年
9%的差异之谜
138亿年的宇宙年龄是如何计算的?哈勃常数的妙用
天文知识栏:类星体
类星体
科学家发现宇宙膨胀速度比预计快了9%,这意味着什么?
更多类似文章 >>
生活服务
热点新闻
分享 收藏 导长图 关注 下载文章
绑定账号成功
后续可登录账号畅享VIP特权!
如果VIP功能使用有故障,
可点击这里联系客服!

联系客服