為什麼有些恆星的光至今都沒有到達地球?

量子宇宙


天文學家告訴我們,地球夜空一共有6000多顆星星能被人類用肉眼直接看到,這些星星絕大部分都是和太陽一樣的恆星


太陽系所處的銀河系,是一個擁有數千億顆恆星的棒旋星系,而人類肉眼只能看到幾千顆恆星,因此幾百年來天文學家都熱衷於製造更強大的天文望遠鏡,但上世紀初物理學和天文學的兩個發現,讓天文學界意識到了,不論用多麼強大的望遠鏡,人類都永遠無法看見宇宙的全貌。

那麼究竟是什麼發現,徹底堵死了天文學家窺探宇宙的路呢?

答案就是上世紀初,愛因斯坦相對論,揭示的光速不變且不可被超越,以及埃德溫.哈勃發現的宇宙膨脹現象。


狹義相對論證明了,光速是宇宙中,信息傳遞速度的上限,因此我們看到的太陽永遠都是8分多鐘前的太陽,看到的比鄰星永遠都是4.22年前的比鄰星,換言之就是說,天文學家看的越遠就越古老,所以天文學堪稱“宇宙考古學”

哈勃發現的宇宙膨脹,證明了星系都在遠離地球,同理,星系發出的光也需要更長的時間才能飛到地球。

上世紀末,宇宙膨脹又被證明是“加速膨脹”,也就是說距離地球越遠的星系,遠離地球的速度越快,它們發出的光,飛到地球所需的時間也就越來越長。



基於以上事實,人類目前的可觀測宇宙直徑是930億光年,也就是一個以地球為中心,半徑465億光年的球形空間,其內大約有1萬億個星系,數萬萬億顆恆星。

465億光年之外,是更廣闊的未觀測宇宙,那裡也存在著海量星系和恆星,但它們發出的光直到今天也還沒飛到地球,未來隨著宇宙的加速膨脹,星系密度還會進一步降低,天文學家將看到一個逐漸暗淡的宇宙。

宇宙時空本身的超光速膨脹,是人類目前已知的兩種超光速現象中,影響最大的一種,它直接把天文學的研究範圍,侷限在了可觀測宇宙之內。

在超光速膨脹的宇宙中,信息的傳遞速度卻是“緩慢”的光速,這意味著我們永遠無法知道,宇宙深處正在發生著什麼。

光速限制阻礙遙遠恆星光芒到達地球的同時,也禁錮了住人類文明探索宇宙的腳步


宇宙觀察記錄


這個問題其實是宇宙大小的問題,也就是我們常說的可觀測宇宙和不可觀測宇宙。可觀測宇宙的半徑為460億光年,在這個半徑內所有東西,理論上我們都是可以看見的,那麼在可觀測宇宙外的一些恆星、星系、星系團對我們來時就是不可見的,因為它們的光從來都沒有達到過地球。那麼這個不可觀測的宇宙是怎麼來的?

宇宙有多大?

人類認識宇宙的大小,也是近一百年來的事,在這之前我們一直認為,天上能看到的恆星就是整個宇宙,也就是我們銀河系的範圍。但當時夜空中除了恆星以外,人們也在夜空中發現了一些模糊的星雲,鑑於當時的技術手段、觀測設備以及知識的侷限性,關於這些星雲的性質,它們是什麼?歷史上進行了一場大辯論,主要有兩種觀點:

  • 這些模糊的星雲是銀河系中的原恆星,

  • 這些模糊的星雲是宇宙中獨立的“星星島嶼”,和我們銀河系的尺度一樣。

由於我們當沒法測量這些“星雲”性質,以及它們與我們之間的距離,所以持不同觀點的人相持不下,各自都有自己的理論依據。

就在同一時期,人們在天空中發現了另外一種光度可變的恆星,並對其進行了大量的統計研究,發現了這些恆星內稟亮度和亮度變化週期之間的關係,這就是我們現在熟知的造父變星,其變化關係就是我們常說的變星周光關係。

1923年,埃德溫·哈勃(Edwin Hubble)開始著手研究天空中模糊的“螺旋狀星雲”,想解決這個困擾人們數十年的問題,同年的10月6日,哈勃在仙女座大“星雲”中發現了上文中提到的變星,並根據這些變星的周光關係和光度與距離的關係,首次測量出了仙女座“星雲”距離我們254萬光年,為我們揭示了宇宙的範圍並不僅僅是銀河系。

還有哈勃繼續根據變星測量了大量的星系距離,並根據距離與光度紅移的關係發現了宇宙學最驚人的現象:我們宇宙在膨脹。

發現宇宙在膨脹,這就為我們揭示宇宙的過去和未來!

根據引力定律,雖然宇宙在膨脹,但萬有引力會試圖把宇宙重新拉到一起,如果引力在這場角力中獲勝,那麼總有一天宇宙會重新塌縮在一起,另外一種可能就是引力和膨脹率最後相互平衡,誰也沒有贏,那麼未來的宇宙會趨於一個臨界值;最後一種可能是,引力無法扭轉碰撞,但宇宙的膨脹率只會無限趨近於0,但不為零,宇宙會一直勻速膨脹下去。

但事實證明,事情並沒有我們想的這麼簡單!在1998年,兩組獨立的觀測團隊通過對1a型超新星的觀測發現,我們的宇宙正在加速加速膨脹,也就是說距離我們越遠的星系遠離我們速度越快,就像有某種未知的力量在撕扯著宇宙,這個神秘的力量就是我們熟知的暗能量。宇宙在誕生後45億年左右,大約也是地球形成的時期,暗能量就開始從物質手裡接管宇宙,並導致宇宙的加速膨脹,而之前宇宙在物質的作用下一直是減速膨脹。也就是說膨脹率一直在下降。

那目前加速膨脹的宇宙有多大呢?這其實跟古時候人問地球有多大一樣,我們需要測量地球的曲率,或者形狀。那麼我們就需要測量宇宙的曲率,通過對微波背景輻射光線彎曲度的觀測,也就是冷熱點實際大小的測量,我們的宇宙實際上是平坦的。也就是說幾乎和0曲率無法區別。也就是下圖3的情況。

現在來思考下我們的地球,我們在生活中看到的地球是平的,但地球其實是個球形,我們之所以看見地球是平的只是因為我們太過渺小。現在回到宇宙的問題,我們通過測量我們可觀測宇宙的曲率發現是平坦的,這就只能說明實際的宇宙要比我們的可觀測宇宙大的多。

可觀測宇宙外的宇宙

我們知道宇宙起源於熱到爆炸,而熱大爆炸之前宇宙還經歷了暴脹狀態,也就是空間呈指數膨脹的狀態,在暴脹結束以後,空間已經被膨脹成平坦的狀態了,例如上圖中的D。隨後宇宙就誕生了各種物質、反物質、輻射粒子等等。但直到宇宙誕生後的38萬年,由於溫度的降低,中性原子的得以形成,此時大爆炸殘餘的輻射粒子(光子)才得以自由傳播。

也就是今天我們看到的微波輻射光子,但此時的宇宙並沒有形成任何恆星或者星系,等宇宙一直膨脹了大約4億年左右(或許更早),宇宙各個地方的第一批恆星才開始形成,恆星的光子才開始向我們地球的位置傳播,那麼這大約4億的時間宇宙已經膨脹到了一個非常大的範圍。

當整個宇宙中恆星的光子向地球傳播時,空間也在膨脹,那些離我們近的恆星、星系的光子只需要走很短的時間就可以到達地球,那些比較遠的肯定需要更長的時間。此時的宇宙由物質掌控,膨脹率一直在減緩,遙遠的星系也不會高光速遠離我們,要是一直這樣持續下去,那麼只要有足夠的時間,我們在未來會看到越來越多的恆星的光子陸續地達到地球。

但在45億年左右,暗能量突然掌控了宇宙,宇宙空間開始加速膨脹,那些在暗能量掌控宇宙之前就已經到達地球的光子,我們就可以看到這些恆星、星系,這就是我們的可觀測宇宙。而那些光子一直沒有達到地球的恆星或者星系,它們的光子也將永遠沒有機會再到達地球了,因為在那裡的空間膨脹速度已經遠遠超過了光速。

而且就我們的可觀測宇宙來說,大部分的星系已經在超光速遠離我們了,它們現在發出的光,也將永遠無法到達我們地球,以前達到地球的光子將持續達到地球。


量子科學論


這個問題關係到兩個宇宙的概念,一個是宇宙的年齡,一個是宇宙的邊界。

曾經有一個很著名的假設,叫做“奧伯斯佯謬”,這個問題簡單來說是夜晚的背景為什麼是黑色的?如果宇宙是無限大,時間是無限久的話,那麼黑暗的夜空早就應該被無數恆星的星光照亮才對。

實際上,我們並沒有看到夜空被恆星照亮,所以當時有很多人試圖解釋這個現象,直到現代宇宙學說確立後,這個佯謬才得到瞭解決。

根據現代觀測技術得出的結論,我們知道我們所處的宇宙無論是從時間上還是從空間上,並非是無限的。宇宙起源於約138億年前,宇宙的大小也是有限的。

同時我們還得出另外一個結論,就是宇宙到目前為止仍然在不斷膨脹,膨脹的結果就造成了一個可觀測宇宙的範圍,這個範圍是約930億光年的尺度。在這個範圍內的宇宙是可以被我們觀測到的,而超出這個範圍的宇宙,是我們無法觀測到的。

這個界限主要是因為空間的膨脹,造成距離我們越遠的位置遠離我們的速度就會越快,這樣的話,如果距離達到了465億光年,天體的視運動速度就會達到光速,這樣超過這個距離的天體就不會被我們發現了,因為它們的視運動速度超過了光速。

而且,很可能有一些天體發出的光至今也沒有達到我們這裡,甚至還有的天體的光可能永遠也達到不了我們這裡。

這是因為宇宙誕生之初的膨脹速度是遠遠大於光速的,因此,肯定有一些天體在很早之前就已經到了我們的光錐範圍之外。隨著膨脹速度的減緩,我們會逐漸看到一些光錐之外的天體進入到光錐之內。但是,還是會有一些天體,它們太過遙遠,即便空間膨脹速度減慢了,它們的光也不會在有生之年傳遞到我們的光錐之內。


寒蕭99


原創思想,為什麼有些恆星的光至今都沒有到達地球?有這樣的事情?這粒恆星是在什麼的位置呢?如果這些恆星是被地球上的人們而觀察到的,按理由它發出的光早就已經是到達地球了,如果不到達地球的,那地球上的人們就不會知道有著這一些的恆星而存在著了。但當然超出我們的這個可視性的宇宙邊緣所有的這些恆星,我們就是無法可以觀察得到的了,而這些恆星發出來的光亦無法可以到達我們的地球上了。就算是可以到達我們的這個地球上,亦是某種的微波背景輻射了,而不是正式的光子了,如果是正式的光子象我們現在這個太陽上的光子而到達地球的,那什麼也是不存在的了,而宇宙就會象燒爐一樣而到處是燃燒著的了。幸而光子是會轉化的,又幸而地球上的大氣層亦會凝聚著一部分的光子而溫暖著地球了。而正因為宇宙的萬事萬物是會轉化的,而就有著轉化性的自然性規律性了,這就使到宇宙處處都是有著融合性的生機性等等了。但不知是不是這樣的認為,而下面就交給磚家們繼續的討論吧!


踏浪而來37326050


有些恆星的光為什麼沒能照到地球,用現有的理論解釋:是因為有的恆星距地球太遠了。舉一個通俗的例子:AB兩點相距100公里,一個人跑步的速度再慢,從A點跑到B點,總有到達的時候。但是,如果AB兩點是互相分離,背道而馳的話,當它的分離速度大於你的跑步速度時,你則永遠不能從A點到達B點!

因為宇宙在膨脹,雖然它的每一段的膨脹速度不是很大,遠低於光速,光束可以輕鬆超越。但神奇的是,宇宙的每段是在同時膨脹,而宇宙太大了,這些“每一段”的數目加起來是一個無法想象的大數量,相隔遙遠的兩點膨脹的速度大大超過光速!所以,相當於上面說的互相分離的AB兩點,從A點恆星中發出的光,永遠照不到B點的星球上。

因此,可以想象,就象一個氣球在膨脹,在同一方向膨脹的恆星的光,終有一天會照到地球,因為一個往後走,一個往前迎;但在另一個方向與地球背道而馳的恆星的光,則永遠照不到地球上。


宋思考


恆星形成後變成光源,地球人認為這是一個點光源。

從光源發出的光每秒鐘前進速度是30萬公里,地球的一天是86400秒,光線一年前進速度是30萬✖️86400✖️365公里, 離地球最近的恆星發出的光線要前進4.3年才能到達地球。這個距離是4.3X30X86400X365萬公里。

按照這個道理,恆星形成後已經有N年曆史,恆星作為光源發出的光線走了N·30X86400X365萬公里。

如果恆星與地球的距離大於這個數值,恆星發出的光當然沒有到達地球。

這裡說明了光速雖然快,但光速也不是一瞬間就是照射到全個宇宙去的這麼一個道理。


大偉140797056


對於遙遠的天體而言,人們忽到的光點就是一個星系,對其中的恆星不易區分,往往是星系的光包含了恆星。

宇宙中會有一些星系的光,因為被遮擋或太過遙遠,會照不到地球,如室女座的不規則星系中,有的因角度有偏而照不到地球。這應該很正常,因為地球太渺小了。

2020-2-5


手機用戶54578927414


恆星的光是這樣的,不是所有恆星的光都能到達地球,有的光強有的光若,若的光能量小永遠也到不達了地球,就象我們的手電筒一樣照在空中只能達到它的射程為只,是因為光質的密度小在也前進不的極限,所以它到達不了地琜。


咔優洛克


因為那些恆星光沒有到達地球的義務。[黑線][黑線][黑線]


用戶59327447455


去年一滴相思淚,而今還未到腮邊。


分享到:


相關文章: