宇宙137.5億歲,這是怎麼測出來的?當然是哈勃的功勞

在哈勃望遠鏡發射升空前,天文學家為測定宇宙年齡已經苦苦努力了很多年。最開始,他們用確定宇宙膨脹率的方式測定宇宙年齡。


膨脹率這個值被稱之為“哈勃常數”。所以,我們先來認識一下什麼是“哈勃常數”

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哈勃常數

哈勃常數,是哈勃定律中的常數值。


哈勃定律是關於物理宇宙論的陳述,該定律是哈勃和米爾頓·修默生在接近十年的觀測之後,於1929年首先公式化,被認為是在擴展空間範例上的第一個觀察依據,經常被援引作為支持大爆炸的一個重要證據。


隨著哈勃定律的提出,宇宙膨脹的觀念逐漸確立。


2019年9月,德國科學家利用引力透鏡效應計算出哈勃常數為82.4,從而推算得到宇宙年齡為114億歲,比主流觀點認為的137億歲年輕20多億歲。

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哈勃定律中和外星系退行速度同距離的比值。它是一個常數,通常用H表示,單位是千米/( 秒·百萬秒差距)。該比值有時簡稱為速度-距離比,或哈勃比。


歐洲航天局於2013年3月21日宣佈,根據普朗克衛星的測量結果得出新的哈勃常數值為67.80±0.77(km/s)/Mpc(Mpc表示百萬秒差距,大約為300萬光年),即在每增加300萬光年的距離上(或每過300萬年),星系遠離地球的速度增大67.80±0.77千米每秒。


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由於哈勃常數具有很高的不確定性,天文學家最後計算出的宇宙年齡並不精確,在100億年至200億年之間。


隨著哈勃太空望遠鏡的升空,科學家們有了新的測量手段。“哈勃”的一項重任就是幫助天文學家測定宇宙的準確年齡。


通過計算數十顆被稱之為“造父變星”的脈動變星亮度,“哈勃”幫助天文學家完成了測定宇宙年齡的目標。


我們再來了解一下什麼是“造父變星”


造父變星

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雖然大多數恆星遵循太陽的生命軌跡,但恆星生命中的變數是很多的。荷蘭人古德里克在研究仙王座恆星時,發現其中的一顆——造父一的亮度會有規律地起伏變化。


古德里克觀察到造父一的光度週期(即從最暗變到最亮又回到最暗所需要的時間)是5天9小時。此後人們發現了更多的變星,其中最重要的一類叫做造父變星,以其最著名的成員造父一而得名。


造父變星的光變週期與它們的真實亮度有聯繫:光變週期越長,亮度就越大。由於知道了視亮度和真實亮度,就可以計算恆星的距離,因此光變週期成為了計算變星距離的理想手段。


天文學家稱造父變星為宇宙中的“標準燭光”,因為我們可以用它來測量視差法無法測量的特大距離。

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有趣的是,夜空中為我們指明方向的北極星,就是一顆造父變星,它的光變週期接近4天。造父變星的光度都非常強,他們不僅可見於銀河系的邊遠地區,而且散佈於銀河系外的星系中,它們定期地“眨著眼睛”,告訴人們:“不要費神找了,我就在這兒。”從而使人們可以把更遙遠的空間度量出來。


當然,這裡也有必要介紹一下造父變星的發現者。古德里克於1764年誕生在荷蘭,他一生又聾又啞,但是他的視力和智力很健全,並依靠上帝這點可憐的恩賜,成為一名傑出的天文觀測家。


不幸的是他只活到了21歲就英年早逝。古德里克如同一顆美麗的流星,在人間留下一道絢麗的光芒,只一閃,就永遠地消逝了。

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回到主題,通過計算出這些恆星與地球之間的距離以及其他相關分析,天文學家確定了更為精確的哈勃常數以及宇宙年齡,精確度達到5%左右。根據他們的計算,我們知道宇宙一個比以前更高精度的年齡——約137.5億年左右!


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