03.06 科學家是怎麼知道,宇宙的一束光,是十年、百年,甚至億年前發出的?

非常科學


科學家不是看到一束光,然後去猜測光的來源。而是看到一顆星星,再來計算這顆星星的距離,就知道這顆星星離我們有多遠,光走了多久。

眾所周知,光的速度是每秒鐘跑30萬公里,科學界認定光跑一年的距離約為9.46萬億公里,就把這個當做了丈量宇宙距離的一把尺子,這把尺子就叫光年。光年不是時間,而是距離單位,一光年就是9.46萬億公里。

測算一個遠距離的恆星或者星系的距離有很多方法,比如三角視差法、分光視差法、造父變星測距等等。這些方法從古到今逐漸精確,後來發展到了光譜紅移測距,越來越精準,成為了現代科學界宇宙恆星測距的通用的方法。

這個方法就是分析星光的光譜。哈勃發現,距離我們越遠的星系,遠離我們而去的速度越快,由此得出宇宙在不斷膨脹的結論。通過光譜分析,遠離我們而去的光譜就會向紅端移動,越遠的移動越大。每個天體的光譜都有自己的“指紋”,根據這個“指紋”,代入哈伯常數,通過計算就得到了遙遠星系的距離數據。這些測距方法已經都很成熟,網上都有介紹,這裡就不具體浪費筆墨了。

狹義相對論認為,光在真空中傳輸的速度是恆定的,也就是說不變的,因此將其作為宇宙尺度的距離單位是最準確的。

既然知道了某個天體距離多遠,就能知道這個星星的光走了多久了。比如距離我們最近的恆星比鄰星大致的距離約39.92萬億公里,折算成光年就是4.22光年,這顆星星發出的星光需要4.22年才能到達地球,也就是說,我們現在看到這顆星星的樣子是4.22年前的樣子。

這裡只是打個比方,讓各位明白題目所說那束光是多少年前發出的邏輯關係。

實際上,科學界計算宇宙星系星光距離有一整套完備的方法,在高級別天文望遠鏡系統中就有能夠自動算出距離的程序。並不是算出多少公里,再來反推光走了多久。光年本身就是丈量宇宙的一種尺度。比光年更大的尺度是秒差距,一個秒差距約為3.261光年。

就是這樣簡單明白,你怎麼看呢?歡迎點評討論,發表你的高見。感謝你對時空通訊的關注和支持。


時空通訊


答:任何儀器都不可能直接測出一束光的發出時間,哪怕大概的時間都不行,因為光子是不會攜帶“發出時間”信息的。


科學家要想知道一束光的發出時間,只能先得到發出天體和地球的距離,然後距離比光速,間接得到了這束光的發出時間。

至於計算天體和地球的距離,辦法就多了,根據相對距離的遠近,會有不同的測量方法,比如:激光測距、三角視差法、分光視差法、造父變星測距法、超新星測距法。



對於遠在數十億數百億光年之外的,需要藉助宇宙大爆炸理論模型,利用紅移測距法。


根據宇宙大爆炸模型估計,目前宇宙的膨脹速度為每326萬光年增加68公里/秒,對於10億光年內的天體,天體本身的運行速度,和宇宙的膨脹速度相當,紅移測距的誤差較大。



但是對於超過數十億,甚至上百億光年外的天體,天體的相對運動,就遠遠不能和宇宙膨脹速度相比。


比如目前哈勃望遠鏡,觀測到最遠的天體,距離地球超過130億光年,相對於地球的速度超過光速的70%。



基於光速不變原理,這些因為宇宙膨脹產生的遠離速度,會體現在光的波長上,即使紅移效應,距離地球越遠的天體,紅移效應越明顯,距離和紅移量的關係,由哈勃定律給出Vf = Hc x D。


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艾伯史密斯


因為光速恆定,因此以只要知道發光物體到地球的距離,就能知道這束光的年齡是多少了。

那麼距離怎麼測量呢?方法很多

比如利用激光測距法,地球到月球的距離就這樣測量過


還有三角視差法,這個方法沿用了很久,對於近百光年以內的天體可以用這個

再遠一些的可以用主序星擬合法(分光視差法),根據恆星光譜中一些譜線強度和絕對星等的關係,求出距離

再往後可以用造父變星法(利用光變週期與光度成正比的關係,可以測距);Ia型超新星法;還有哈勃定律測距法



太陽光需要約8分鐘到達地球,所以你看到的是8分鐘前的太陽

月球的反射光需要1.28秒到你的眼睛,所以看到的是1.28秒前的月球

你現在盯著手機看這篇回答,眼睛與手機的距離大概是20公分,也就是說你看到的是0.7納秒前的手機(一納秒等於十億分之一秒哦)

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賽先生科普


科學家是沒有辦法知道一束光是多少年前發出的。

如果說知道,那一定是有很多很多其他輔助條件的。

科學家判斷一個天體的位置,有很多辦法。比如在地球上每過半年,觀察一下那顆星星,那就相當於沿著地球公轉半徑拉一條線。再與那顆星星組成一個三角形。用初中的三角知識,求出星星到地球的距離。即便如此,科學家至少需要知道以下信息:

1、那顆星星的位置。這意味著望遠鏡要調整好角度,角度的測量要非常精確。

2、在不同的時間測到兩束光,從而能定下這顆星的三角關係。

有了這樣的關係,反過來,才能倒著推算出這顆星離開我們多遠。嚴格來說,也就是那束光是多遠的地方發出來的。知道了距離,倒推出時間。

但,即便這樣,我們還有假設。比如,半年裡,這顆星星沒有被人偷走。半年裡,確保,看到的是同一顆星星。而不是同一角度的另一顆星星。確保半年裡這顆星星沒有爆炸,消失,等到第二次觀測的時候,只是視線方向的同一顆。

當然,這些假設事實上不用去管,發生的概率很低。但這裡有個潛在的條件,那就是我們是在長期監測這些星星的。不是看了一眼就算。

在已知非常多信息的時候,我們可以通過比如光譜測定,光度測定等各種方法,或者天體的額外信息,給出更相信的物理內容。但是這都是有條件的。這就像,如果我們僅僅抓拍一個人的衣服,去判斷這個人的信息,是不夠的。需要臉部特徵,行走特徵多方面的信息來配合,才能推測,比如這個人的性別、年齡等其他信息。


令狐迦基


我們都知道勻速直線運動的公式:距離=速度×時間。因此,想要知道時間,只要知道距離和速度,很容易就能計算出來。由於光的傳播速度是已知的(光速約為30萬千米每秒),所以只要知道發出這束光的天體與我們相距多遠,我們就能知道這束光在什麼時候發出。另一方面,由於宇宙空間極為廣闊,為計量方便,天文學家專門定義了很大的長度單位,例如光年——即光在真空中傳播一年的距離,1光年≈9461萬億米。

因此,如果測得天體的距離為10光年,把它除以光速,即可得到這束光在宇宙中傳播了10年的時間才到達地球,也就是說這束光在10年前就已經被髮射出來。但如果我們想要看到這個天體現在發出的光,我們只能再等10年,因為該天體現在發出的光才剛剛上路,要在10年後才能到達地球(這裡假設這個天體的距離保持不變)。再比如我們的太陽,日地平均距離約為1.496億千米,這意味著我們當前看到的太陽光都是太陽在8.3分種之前發射出的。總之,只要測出天體的距離,我們就能知道它們是在多久之前發出這束光的。那麼,天文學家是如何測量天體的距離呢?

根據天體的距離,採用不同的測距方法。距離地球1光時(即光在真空中傳播一小時的距離)之內的天體可以採用電磁波反射法,距離地球數百光年之內的天體可以採用三角視差法,距離地球數萬光年之內的天體可以採用主序星擬合法,距離地球數千萬光年之內的天體可以採用造父變星法,距離地球數億光年之內的天體可以採用Ia型超新星法,距離地球數十億甚至上百億光年的天體只能採用哈勃定律法。


火星一號


方法有很多種,比如三角法,造父變星法,Ia類超新星法,觀測紅移等方法。但是現在最準確的辦法是利用光的折射原理。大家都知道,一束白光通過三稜鏡之後會在另一端變成七色光束,為什麼呢?根本原因就在於各種不同顏色的光通過介質的時候,傳播速度不同。或者說,在通過介質的時候,紅色光比藍色光傳播速度快。宇宙並非真空,星際間有一定數量的氣體分子,所以光線傳播的過程也會發生折射。前面已經說過,紅色光在介質中傳播速度高於藍色光。由於兩者速度差可以精確測量,所以我們只要知道兩種光到達我們這裡的時間差,就可以準確計算出光源距離我們有多遠。


旅行到宇宙邊緣abc


光年是表示距離的,發光體發出的光沒傳到地球,或者光線很弱,根本傳不到地球,也要按傳到了地球來計算,光年只表示距離,沒有其它的意思。光年的數字再大也不表示很多年前發出的光,只要有光源,人眼就能看到,光年只用來計算距離,有些不發光的星體,也用光年來表示距離。


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此速光若是彼速光的映像呢?


我色我攝


光傳到地球以光速計算須要那麼長時間可能是錯誤的,光速應為不變永恆或超越時間,就象人的目光,當睜開眼時就會看到遙遠的星空太陽月亮,誰能測出目光的速度,反之光速就象目光速度同樣,目光只是受限其視力,不然在遠的物體也是同一時間達到。形同宇廟光照到地球的道理相等同,不會有多少光年的傳送時間。望科學家在作思考論證。


手機用戶59701938390


眼睛看到的和照到身上的是兩回事,眼是面鏡子,有立碼看到,所以光是什麼時候發出的,只有感覺到,照到身上那刻起才能感知,浩瀚的宇宙只有太陽先能照到地球,那怎麼能確定那些看到的興是多少億年前發的呢


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