03.02 在宇宙中怎么判断有的光是几万年前发出的?

我是你对象g


这个问题时空通讯在过去有过回答,既然这位朋友邀请,就从不同的侧面再简要回答一次。

科学家们要知道光是多少年前发出来的,首先要确定这个光源的距离。距离的单位在我们地球上一般以公里来计算,一公里为1000米;在太阳系一般以天文单位来计算,一个天文单位就是1.5亿公里;而在恒星际星系际宇宙大尺度,则以光年为单位来计算,一光年为9.46万亿公里,就是光在真空中走一年的距离,光在真空中传播速度为1秒钟30万公里,你自己去算吧;有时候更远的距离也有用秒差距的,一个秒差距为3.2616光年,或者30.86万亿公里。


所以,在宇宙大尺度,一般是用光年来计算距离的,光是几万年、几十万年,乃至上亿年,几十亿年前发出来的,就说明这个星体距离我们有几万、几十万、上亿、几十亿光年的距离。

确定宇宙星体的距离有多种方法,是许多代天文学家和科学家们经过反复演算论证得到的方法,这些方法已经能够非常准确的计算出天体与我们的距离。测算天体距离的方法很多,最常用的有三角视差法、分光视差法、造父周光关系测距法、谱线红移测距法等等,现代随着技术设备条件的提升,又衍生出了星际视差法、力学视差法、星群视差法、统计视差法、自转视差法、激光测距法、雷达测距法等等。

这些测量方法各有千秋,为了更精准的测量一个天体,往往要综合使用各种方法,最后得出科学界公认的距离结果。

如今,科学家已经观测到最远的星系距离我们130亿光年,这个星系编号为z8_GND_5296。也就是说这个星系的光到达地球已经走了130亿年,由于宇宙的膨胀,目前这个星系的位置已经距离地球为300亿光年(92亿秒差距)。

这就是时空通讯的回答,欢迎点评讨论发表高见。如喜欢此文可以转发转载和收藏,但请注明出处,尊重作者原创版权。谢谢关注支持和理解。


时空通讯


题目的本意也就是问,怎么得知这些光线的年龄的?

如果想要知道宇宙中有的光线的年龄,也就是在宇宙中传播了多久,那么就得知道这些光线从哪里来的,那里距离地球多远?

此外还需要知道这些光线的红移值,另外也有一些已有的数据,就是咱们已经知道的数据,比如光速C的值,以及哈勃常数的值。

如果知道红移值的话,那么就能大致知道这个光线的来源距离咱们多远了。

红移:本来星体发出的在可见光波段的电磁辐射会由于某种原因导致波长变长,在光谱上的表现就是向红端移动。

红移值可以这么算,如下图:

如果求出来了红移值,那么就可以得知距离这个关键因素了。另外还有造父变星测距法、分光视差法,这些也都可以得知距离。

另外哈勃常数的值可以让我们知道距离我们多远的星系远离我们的速度。

当得知到这些数据的时候,就可以大致知道这些光线是多久之前发出的了。


科学船坞


题主的问题,实际上是星系(恒星)的定位问题,涉及判断被观测星系(恒星)运动方向及其离我们(地球)的空间距离。因为光在任何惯性系中的传播速度恒定不变,便可推算出光的传播时间。

天文物理学家应用光的多普勒频移法,即通过分析来自恒星的光,在光谱上看看是否发生了蓝移还是红移,就能正确判断恒星(光源)的运动方向,和运动速度。

有了光源的运动方向和速度,接下来必须测量恒星(光源)到地球的空间距离。起初,用单纯数学(如秒差距法)的方法测量较近恒星距离(如银河系内)有很高的精度,但对更远的河外恒星就无能为力了。


20世纪初,美国女天文学家赫丽塔·利维,找到了一个探索新工具,即一种光度变化有规可循的恒星,叫做仙王座变星(我国称之为造父变星)。这种变星的真实光度和光变周期之间的联系是固定不变的。正是这种联系给哈勃提供了方法,使得测量遥远太空的任何一个角落到地球的距离成为了可能。大致的方法是,先用原有数学方法测量出邻近(银河系内)的造父变星的距离并测出它的光度(天文光度仪),这就得到了一条可用来比较的准绳。根据被测遥远星系的造父变星光度与已知距离的邻近造父变星光度相比较,通过二者之间光度的比例关系,就可以进一步求出遥远造父变星的距离和它所在星系的距离了(具体周期、参数、光度等分析冗长不赘述)。

当然,还可以通过分析光源光谱中的夫琅和费线的方法,确定被测星系中恒星的成分和某元素特征谱线的多普勒频移,可以得到星系的运动方向、速度甚至距离。

综上简述,由于光速不变,根据已测得星系的距离、运动方向和速度,便可详细推算该光源是多少年前发出的光到达了地球。从今天的观测数据看,有的河外星系离我们竟然超过了100亿光年之遥。



天文学研究还意识到,河外星系所发出的光在到达地球之前要旅行如此长的时间,今天我们所观察到的星系乃是他们在遥远的过去的形象,它们已经走了漫长的演化之路。


看松读画轩


这个其实很简单的,只要知道目标距离我们有多远,就可以用距离除以光速,得出来的时间就是这束光是多久以前发出来的了。

举个例子,我们知道了太阳与我们之间的平均距离大约是1.5亿公里,用1.5亿除以30万,得出来的时间大约是八分钟左右,因此,我们现在看到的太阳,接受到的太阳光,实际上是八分钟以前的太阳。

同样我们只要知道任何一个天体与我们之间的距离,就可以知道我们看到的它是多久以前的情况了。而且在宇宙尺度上,我们使用光年作为距离单位,这更直观了。一百光年远,那我们看到的就是它一百年以前的真实面目。

现在问题的关键是怎样测定一个天体与我们之间的距离。主要有以下几种方法:

  1. 对于距离很近的天体,如月球等,可以用激光照射,通过测量从发出到反射接收的时间,除以二再乘以光速就得出距离了。
  2. 通过在地球公转轨道两端测量某颗星体在天球上的位置移动,可以运用三角定理完成测量,这个适用百光年以内的星体。
  3. 如果距离更远,就要采用宇宙中的标准烛光---造父变星了。这是一种广泛存在的星体组合,一对双星,其中一颗为白矮星,它始终在吸收伴星的物质,达到一定程度会引发不可控聚变反应。由于这种星体亮度差别很小,因此可以通过测量亮度来测量距离。


除此之外,由于宇宙膨胀,遥远的星体红移效应也很明显。通过这些测量和计算都可以得出距离,而距离一旦知道问题就迎刃而解了。

希望能够对题主有所帮助。


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