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宇宙有多大 我们只能观测到多大

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发表于 2017-4-7 22:43:30 | 显示全部楼层 |阅读模式
  毫无疑问的是,我们无法知道宇宙有多大,因为我们只能观测到这么大范围,宇宙有多大?就是我们所观测到那么大。我们来探讨一下可观测宇宙大小的问题。我们要再次强调一个物理学中最基本的结论即光速是恒定的,且是信息传递的快速度。我们在以后的章节中会看到,这个定律是人类星际旅行的最大障碍。在这里,我们只考虑它对于天文观测的影响。

  光速有限意味着我们永远不能实时观察到宇宙另一处发生的事情。如果一个天体距离我们一光年,我们永远只能看到它一年前的情景。换个角度说,当我们看向宇宙的深处,事实上我们也同时看向宇宙的过去。

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  而在大爆炸宇宙的框架下,尽管宇宙近乎无限,但可观测的宇宙却是有限的。根据今天测量的宇宙模型参数,宇宙的年龄大约是137亿年。换句话说,望远镜接收到的光,最早来自于137亿年前。如果有一束光在137亿年间完全不受阻挡,沿着空间中的「直线」传播,今天来到我们面前,它就携带着我们所能得到的最远的信息。如果考虑到宇宙膨胀,这束光发出的地方已经离我们470亿光年。也就是说,可观测宇宙的极限,按照今天的宇宙尺度计是470亿光年。

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  空间望远镜拍摄到的M58星系。

  我们上面假设光的路线完全没有受到阻挡,但在宇宙的早期,宇宙处于高温、高密度状态,大量的自由电子会散射光子,使得光线传播并不有效,并且光线携带的信息在散射过程中也会很快丧失。到宇宙诞生40万年后,由于宇宙温度下降,自由电子被原子核俘获,宇宙空间才透明起来。因此,我们能通过光线看到的宇宙,要比470亿光年稍微小一些。我们能看到的最早的宇宙,来自宇宙诞生后的40万年。

  考虑到我们今天在宇宙中所处的位置并没有什么特别,我们应该从各个方向都能够测量到这些来自宇宙早期的光线。这些光今天被称作宇宙微波背景辐射,光子的能量主要处于微波波段(就差不多是微波炉热饭的波段)。这些光子中携带了宇宙平坦程度,宇宙物质密度,暗物质,暗能量总量的信息,是今天宇宙学观测的最重要对象。

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  1964年人类第一次观测到宇宙微波背景辐射所用的望远镜。

  既然我们几乎已经看见了宇宙的尽头,那么是不是宇宙中一切的天体我们都找到了呢。答案是否定的。因为如果天体太暗了,我们就看不见了嘛。此外,如果天体太暗,拍不出有用的光谱,我们即使看到了它,也没法知道它的距离。到2013年末,经过确认的最远星系是哈勃望远镜CANDELS巡天中找到,通过地面的10米Keck望远镜光谱确认的星系z8_GND_5296,它的红移是7.51,距离我们大约是290亿光年,对应宇宙大爆炸后7亿年。

  那么一个普通民用的望远镜能够看到多远呢?在远离城市的郊区,无月的晴朗暗夜里,用一般的10厘米级望远镜可以轻松看到梅西耶星表中所有的天体。这里面最远的星系之一M58,距离地球约6800万光年。

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