18世纪下半叶,经过数千年的积累沉淀,人类凭借着聪慧的大脑发明了“机器”,解放了人力同时也大幅度提高了生产力,文明的发展开始走上“快车道”。
得益于飞速发展的科学技术,人类的目光也从地球这一隅之地,转投到浩瀚无垠的宇宙空间。与此同时,随着人类对宇宙研究的不断深入,一个天文界的专业名词“光年”,也逐渐开始被普通人所熟知。
根据科学家的计算,我们人类肉眼可见最远的发光物,是距离地球200万光年的一个星系,因为它自身极为庞大且明亮,所以才能被人类用肉眼观测到。当然了,观测到它有一个前提,必须是在晴朗的夜晚。
而我们银河系所在的超星系团,名为“拉尼亚凯亚超星系团”,这个超星系团的中心被科学家们称之为“巨引源”,包括银河系在内大约有500多个星系在围绕着它旋转,它距离地球约2亿光年。
不仅仅是“拉尼亚凯亚超星系团”,浩瀚的宇宙中还有着许多各种各样大小不一的超星系团,甚至还有直径在2.5亿光年的超级黑洞。
目前人类借助仪器观测到的最远距离为465亿光年,那里的光线常常被科学家们用来研究宇宙早期演化,或者建立宇宙演化模型。
面对这些上亿光年的天文数字,在感叹宇宙之大的同时,相信许多人心底也会浮现出一个疑问:宇宙中动辄上亿光年的距离,以人类目前的技术水平根本无法实测,那么科学家是如何计算测量出来的呢?
其实,科技发展至今人类已经发明出许多测量星球之间的距离,或者星系之间距离的方法,并且根据测量对象的不同,通常还会做细微的变通。
比如说想要测量太阳系中各个行星的距离,那么最精确有效的方法就是“雷达波探测法”,这种方法的原理很简单,就是向目标行星发射雷达波,然后测量出这束雷达波返回对球并被接收到的时间,用得到的时间的一半,再乘以光速,得到的结果就是目标行星和地球之间的距离。
刚才也说了,这种方法只适用于太阳系之内天体距离的测量,对于太阳系之外的天体,雷达波就没有那么好用了,虽然说光在真空中没有损耗,但是遥远的距离让精准度成为了巨大的挑战。
退一步讲,即便是人类的科技水平,能够做到将雷达波精准的发射到目标星球,但是它们和地球之间有着动辄上千光年甚至上亿光年的距离,人类不可能等如此长的时间,因为有可能雷达波返回,太阳系都不存在了。
对于这些距离地球极远的星系或天体,科学家使用的基本测量方法是“三角视差法”,虽然说测量的距离远了,但是这种方法原理比“雷达波探测法”还要简单。
具体的方法是,先在地球上描绘这颗星球与所在天区形成的图景,然后等待地球在其轨道上走半年的时间,此时的地球正好达到和半年前所在位置的最远距离,这个时候在将之前的图景再描绘一次。
在这两次描绘的图景之中,因为地球拉开了一个直线距离,所以目标天体同样会和背景图之间形成一个角度,通过三角函数就能计算出目标天体和地球之间的距离。这种方法适用于人类肉眼能够观察到的所有星球。
对于更远一些的天体,科学家们发明了一种更为先进的测量方法:主序星拟合法(又被称为光谱分析法)。
处于主序星阶段的恒星,科学家们能在光谱中得到它的实际亮度,而它的观测亮度则会受到和地球间的距离和中间宇宙尘埃的影响。所以只要对比它的实际亮度和观测亮度两者的差值,就能够反推计算出它距地球的距离。
以上的测量方法都是适用于距离地球不是太遥远的天体,而对于那些距离地球几十亿光年甚至上百亿光年的天体,科学家们发明了另一种方法进行测量,那就是“红移测量法”。
因为宇宙在膨胀,所以每个天体实际上都在远离地球,在远离地球的过程中,会导致天体发射出的来光线光波变长,光波变长在光谱上表现为谱线向着红端移动,因此被科学家称之为“红移”。
科学家们通过光谱,能够得到某个天体或者星系具体的“红移值”,由此能够计算出这个天体或者星系远离地球的速度,这种速度也被科学家称为“星系退行速度”。
在465亿光年处,星系的退行速度几乎达到了光速。从那里开始,距离地球相对较近的星系退行速度也就会相对较慢,用这个速度和光速进行比值,就能够大概算出距离地球多少光年。
值得一提的是,可能有些朋友不明白为什么人类最远只能观测到465亿光年,这是因为宇宙是膨胀的,在更遥远的地方因为退行速度大于光速,那些地方的天体发射出来的光永远无法到达地球,所以导致我们永远也无法观测到。
这就好像飞行员开着飞机,如果飞机速度大于340米每秒,那么该飞机上的飞行员永远也听不到飞机后面传来的声音,因为飞机的飞行速度大于声音的传播速度。
当然了,自然科学的真相,往往会因为人类在某个领域或者某种方向上出现重大突破时,产生剧烈的变化,这种变化可能会直接否定之前被奉为真理的理论,也有可能会将这种理论的适用范围变小,比如相对论和牛顿力学。
所以说,虽然目前看来我们的天文学研究方法是客观、精确、符合逻辑的,但是不可否认的是,或许这背后还隐藏着更多人类未知的事情。这些看似是实事的结论,外面可能还隐藏着一个更大的真相。
希望随着科技的进步,人类终有一天能够破解宇宙的全部奥秘,了解宇宙的本质,让人类文明长久不衰。