文章图片
文章图片
文章图片
文章图片
文章图片
本文基于回答网友问题：假设宇宙中某一点向地球发射了一束光 ， 这束光经过13亿年到达地球 ， 请问这个点距离地球有多少千米？
这是一个简单的数学题 ， 但要回答 ， 还要先了解一下光年的定义 。
光年
1光年就是光走一年时间经过的尺度 ， 真空光速每秒精确值为299792458m/s（米/秒） ， 一般采用每秒约30万km（千米） 。
1年在宇宙测量中采用儒略年 ， 每年356.25天 ， 每天24小时 ， 每小时3600秒 ， 每年就是31557600秒 。 这样1光年就是光走31557600秒的尺度 ， 准确值就为9460730472580800m ， 一般采用1光年约为9.46万亿km 。
这就是光年的来历 。 那束光走了13亿年来到地球 ， 说明那个光源距离地球13亿光年 。 也就是在它发出光的那一秒 ， 距离我们就是约122980亿亿千米 。
但既然这束光来到我们地球走了13亿年 ， 这束光发出时的位置也就是13亿年前的位置 。 而宇宙一直在膨胀 ， 遥远的星系都在高速离我们远去 ， 这个光源（或星系）经过13亿年运动远离 ， 早就不在那个位置了 。
那么这个光源现在距离我们多远呢？这就需要用到哈勃定律了 。
哈勃定律
哈勃定律就是计算不同距离离开我们速率 ， 或者说宇宙膨胀速率的一个理论 ， 是上世纪伟大的天文学家埃德温·哈勃发现并创立的 。
哈勃经过对宇宙的长期观测 ， 发现了宇宙膨胀的规律：所有遥远天体都在远离我们而去 ， 而且各向同性 ， 越远越快 ， 并且呈线性关系 。 这个意思就是不管从哪个方向看 ， 远方所有在相同距离的星系都是以同样速度离开我们 ， 越远速度越快 ， 速度的提升与距离成正比 。
这样他得出了一个宇宙膨胀规律 ， 人们把它称为哈勃定律 ， 简单表述为：V=HD 。 这里的V表示远方星系离开我们的速率 ， 单位km/s（千米/秒）；H表示哈勃常数 ， 单位为（km/s）/Mpc（百万秒差距 ， 约326万光年）；D为被观测星系距离 ， 单位Mpc 。
从这个公式来看 ， 只要知道这个光源（星系）距离我们多远 ， 然后知道哈勃常数 ， 就能够计算出离开我们的速度了 。 换句话说 ， 一定距离的星系离开我们的速度 ， 就是宇宙膨胀的速率 。
有关遥远星系与我们的距离怎么测算 ， 有多种方法 ， 如光谱红移、标准烛光、造父变星、三角视差等 ， 过去多有介绍 ， 今天就不说了 。 在已知天体距离前提下 ， 在哈勃定律公式里 ， 哈勃常数是一个关键 ， 只要知道哈勃常数 ， 就能够知道不同距离星系离开我们的速度 。
哈勃常数
哈勃常数是什么呢？就是在距离我们Mpc（百万秒差距 ， 约326万光年）的地方 ， 星系离开我们的速度 。 我们知道远方星系离开我们的速度是各向同性 ， 越远越快 ， 呈线性正比关系的 ， 这样 ， 有了哈勃常数这个点速度 ， 就能够计算出不同距离的宇宙膨胀速率了 。
这里特别说明一下 ， 哈勃常数为啥要用百万秒差距约326万光年这么大一个单位呢？这是因为宇宙膨胀是大尺度膨胀 ， 在较小距离尺度 ， 天体运动更多受引力约束 ， 宇宙膨胀表现不出来 。
比如仙女座星系距离我们银河系约254万光年 ， 目前两个星系在相互引力作用下 ， 不但没有分开 ， 而是呈现靠拢的趋势 ， 速率达到300km/s ， 预计在30~40亿年后 ， 两个星系会发生碰撞 ， 然后融合成一个更大的星系 。
但在超过哈勃常数距离的更远处 ， 星系总体上是远离我们而去的 。
几十年来 ， 天文学家们一直在用各种方法测量哈勃常数 ， 如la超新星标准烛光法、引力透镜法 ， 采用普朗克卫星和钱卓X射线天文台等方法 ， 测得的哈勃常数也各不相同 ， 但大致都在一个范围 。
推荐阅读
- 人类伟大的进步！黑洞碰撞传出神秘信号，或证明霍金最伟大的预测
- 我国将造新一代“观天神器”爱因斯坦探针，超强视力可让黑洞现形
- 美国欧洲和澳大利亚发现了宇宙大爆炸的引力波，还需继续研究
- 星系“全员加速中”的退行超出预期
- 科学家用真菌制成蛋清粉：品质依旧，但更加环保
- 为何要撞击中国空间站？美卫星事故查出一问题，一张照片引热议
- 什么是时间：过去、现在、未来又是什么？
- 物理学家最重要的任务：爱因斯坦的重力理论，它究竟有多重要？
- 为什么望远镜看不到巨大的黑洞？科学家认为他们已经解开了谜团
- 爱因斯坦的预言被证实，宇宙确实存在引力波，引力波究竟是什么？