科学家是怎么知道,宇宙的一束光,是十年、百年,甚至亿年前发出的?

非常科学

答:任何仪器都不可能直接测出一束光的发出时间,哪怕大概的时间都不行,因为光子是不会携带“发出时间”信息的。


科学家要想知道一束光的发出时间,只能先得到发出天体和地球的距离,然后距离比光速,间接得到了这束光的发出时间。

至于计算天体和地球的距离,办法就多了,根据相对距离的远近,会有不同的测量方法,比如:激光测距、三角视差法、分光视差法、造父变星测距法、超新星测距法。



对于远在数十亿数百亿光年之外的,需要借助宇宙大爆炸理论模型,利用红移测距法。


根据宇宙大爆炸模型估计,目前宇宙的膨胀速度为每326万光年增加68公里/秒,对于10亿光年内的天体,天体本身的运行速度,和宇宙的膨胀速度相当,红移测距的误差较大。



但是对于超过数十亿,甚至上百亿光年外的天体,天体的相对运动,就远远不能和宇宙膨胀速度相比。


比如目前哈勃望远镜,观测到最远的天体,距离地球超过130亿光年,相对于地球的速度超过光速的70%。



基于光速不变原理,这些因为宇宙膨胀产生的远离速度,会体现在光的波长上,即使红移效应,距离地球越远的天体,红移效应越明显,距离和红移量的关系,由哈勃定律给出Vf = Hc x D。



艾伯史密斯

我们都知道匀速直线运动的公式:距离=速度×时间。因此,想要知道时间,只要知道距离和速度,很容易就能计算出来。由于光的传播速度是已知的(光速约为30万千米每秒),所以只要知道发出这束光的天体与我们相距多远,我们就能知道这束光在什么时候发出。另一方面,由于宇宙空间极为广阔,为计量方便,天文学家专门定义了很大的长度单位,例如光年——即光在真空中传播一年的距离,1光年≈9461万亿米。

因此,如果测得天体的距离为10光年,把它除以光速,即可得到这束光在宇宙中传播了10年的时间才到达地球,也就是说这束光在10年前就已经被发射出来。但如果我们想要看到这个天体现在发出的光,我们只能再等10年,因为该天体现在发出的光才刚刚上路,要在10年后才能到达地球(这里假设这个天体的距离保持不变)。再比如我们的太阳,日地平均距离约为1.496亿千米,这意味着我们当前看到的太阳光都是太阳在8.3分种之前发射出的。总之,只要测出天体的距离,我们就能知道它们是在多久之前发出这束光的。那么,天文学家是如何测量天体的距离呢?

根据天体的距离,采用不同的测距方法。距离地球1光时(即光在真空中传播一小时的距离)之内的天体可以采用电磁波反射法,距离地球数百光年之内的天体可以采用三角视差法,距离地球数万光年之内的天体可以采用主序星拟合法,距离地球数千万光年之内的天体可以采用造父变星法,距离地球数亿光年之内的天体可以采用Ia型超新星法,距离地球数十亿甚至上百亿光年的天体只能采用哈勃定律法。


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方法有很多种,比如三角法,造父变星法,Ia类超新星法,观测红移等方法。但是现在最准确的办法是利用光的折射原理。大家都知道,一束白光通过三棱镜之后会在另一端变成七色光束,为什么呢?根本原因就在于各种不同颜色的光通过介质的时候,传播速度不同。或者说,在通过介质的时候,红色光比蓝色光传播速度快。宇宙并非真空,星际间有一定数量的气体分子,所以光线传播的过程也会发生折射。前面已经说过,红色光在介质中传播速度高于蓝色光。由于两者速度差可以精确测量,所以我们只要知道两种光到达我们这里的时间差,就可以准确计算出光源距离我们有多远。


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光传到地球以光速计算须要那么长时间可能是错误的,光速应为不变永恒或超越时间,就象人的目光,当睁开眼时就会看到遥远的星空太阳月亮,谁能测出目光的速度,反之光速就象目光速度同样,目光只是受限其视力,不然在远的物体也是同一时间达到。形同宇庙光照到地球的道理相等同,不会有多少光年的传送时间。望科学家在作思考论证。


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光年是表示距离的,发光体发出的光没传到地球,或者光线很弱,根本传不到地球,也要按传到了地球来计算,光年只表示距离,没有其它的意思。光年的数字再大也不表示很多年前发出的光,只要有光源,人眼就能看到,光年只用来计算距离,有些不发光的星体,也用光年来表示距离。


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此速光若是彼速光的映像呢?


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