宇宙直徑930億光年，是怎麼測出來的？

你有沒有想過這樣的問題 可觀測宇宙的直徑是930億光年 那麼這個數值是怎麼測出來的 又是如何發現宇宙在膨脹的呢 在地球上 我們想要測量兩點之間的距離 只需要拿出一把尺子 更遠一點的距離 我們可以通過速度與時間公式進行計算 比如測量地月之間的距離 只需要在月球上放一面鏡子 然後朝着月球發射一束激光 通過測定激光從發射到反射回來的時間 就可以計算出地月距離爲38萬公里 這邊是激光測距法 同理當我們想要測量其他星球距離時 可以採用無線電反射法 也就是朝着行星發射無線電波 再接收電波反射回來的信號 通過測量信號往返所需要的時間 計算出較爲精確的距離數值 許多大型射電望遠鏡都能勝任這份工作 當然這粒望遠鏡能夠完成的工作還有很多 比如設在波多黎各島的阿雷希伯望遠鏡 不僅能夠測量行星之間的距離 還能對遙遠的小行星進行觀察 並通過無線電信號反射回來的特徵 繪製出小行星的地表形態圖 偶爾還會檢測宇宙中奇怪的電波 試圖尋找到外星文明的痕跡 但無線電信號在傳播過程中會逐漸減弱 離我們最近的恆星比林星 它與我們之間的距離大約爲4.25光年 想要通過無線電測量這個距離 顯然是個不切實際的想法 所以想要測量這類恆星的距離 我們就得使用一個新的方法 也就是三角視差法 什麼是三角視差法 將大拇指豎起來 放到離鼻子不遠的位置 閉上左眼用右眼觀察 再閉上右眼用左眼觀察 你會發現兩隻眼睛觀察到的位置不一樣 這便是視差 只不過在觀測其他恆星時 地球就相當於我們的眼睛 當地球處於太陽兩側時 只要分別去觀測想要測量的恆星 就能通過不同的角度觀察到的位置差距 從而測算出它的夾角 並可以根據相似三角形原理 計算星體的距離 不過這樣的方法也有侷限 那就是當恆星距離過於遙遠時 大約一百光年以外 觀測的視差值就太小了 但即便在這樣的距離上 我們也仍未接近銀河系的邊緣 還有什麼方法可以測量宇宙的距離呢 那就是光 在日常生活中可以觀察到 一個一百瓦的燈泡 離我們一米遠和離我們一百米遠 我們所看到的光樣肯定是不同的 因此我們可以用光的明暗 來測定恆星距離的遠近 不過宇宙中並沒有這樣標準的 一百瓦燈泡 所以我們需要制定一個 恆星的亮度標準 這個標準便叫做星等 星等也是用具體的數值來表示 數值越小 星體亮度等級越高 但這裏又有了新的問題 那這個標準亮度應該怎麼測量呢 這時天文學家發現了一種特殊的恆星 造父變星 造父變星是一種亮度 會現行變化的恆星 並且造父變星的亮度只和週期有關 也就是說 只要知道造父變星的週期 就可以計算出其絕對星等 然後根據絕對星等對比觀察到的恆星 可以知道這個星體的光線暗了多少 由此計算出這個恆星與地球的距離 在上個世紀20年代 天文學家艾德溫·哈勃 正是在仙女座星系中找到了造父變星 據此推測出 仙女座星系離我們僅有一百萬光年的距離 現在我們知道 仙女座星系距離我們大約254萬光年 不過這個數值 也只是最新測量數值的平均值 通過造父變星這把新的量天尺 人類可丈量的距離增大到1000萬秒差距 然而對於更遠的天體 造父變星的亮度便暗得難以觀測 因此我們必須找到新的方式來測量天體距離 那就是光的紅移 當一列火車鳴笛朝着我們閃開時 我們會聽到火車的聲音越來越尖銳 與我們遠去時則會相反 這便是聲波的多普勒效應 而光的紅移現象也是如此 當光離我們越來越遠時 它的波長也就越來越大 而紅色光波長最長 因此光譜顏色也會越來越偏向紅色 天文學家哈勃通過觀測發現 遙遠星系的光譜都發生了紅移現象 這也就意味着這些星系正在遠離地球 而且距離我們越遙遠的星系 遠離地球的速度便越快 這便是著名的哈勃定律 其背後的本質是宇宙的膨脹 因此測量天體與地球的距離 我們只需要通過天體的光譜 測算天體的紅移值 根據多普勒效應 測量其運行速度 並可以代入哈勃定律計算距離 恆星遠離地球的速度 再注意恆星與地球的距離 就等於宇宙膨脹的速度 這個速度又被稱爲哈勃常數 宇宙膨脹的速度達到公數的地方 就是宇宙的半徑 現在我們知道 宇宙的可觀測半徑是465億光年 那麼這就是宇宙的極限了嗎 顯然不是 因爲超過這個範圍之外 光速便追不上宇宙膨脹的速度 我們便再也看不見了 這裏是宇宙天文館 關注我 我們下期再見