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如何从星系的退行速度推断出星系距离?

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问:科学家如何确定宇宙的年龄,以及遥远星系的距离(以光年或公里为单位)。我当时理解红移决定退行速度,但是我不明白它与距离之间的关系。

如何从星系的退行速度推断出星系距离?

答:答案很简单,但是解释起来有点复杂。

这个答案在一段时期被众人所熟知,即星系距离和它的退行速度是成比例的,被称作哈勃定律,哈勃于20世纪20年代后半期对此进行了观察演示。原理在于,如果你假设宇宙是均匀的,各向同性的,那么哈勃定律也可以通过理论预测出来。星系的退行速度与星系距离之间的比例常数即称之为哈勃常数。

如何从星系的退行速度推断出星系距离?

自从哈勃常数这个术语被提出以来,天文学家们就一直试图测量它:最简单的方法是观察星系的退行速度,星系的距离已经通过其他方法知道(比如观察变星时期)。哈勃常数的当前最佳估计值是每巨型光年20千米/秒,因此,每秒钟退行速度为2000千米的星系的距离是100兆光年,如此类推。

如何从星系的退行速度推断出星系距离?

因此,我们可以使用哈勃定律,只需通过测量他们的红移从而得知星系的距离,即使是相互的距离非常遥远,这种算法也是相对比较简单的。我们也可以估计宇宙的年龄:你会注意到,哈勃常数的单位实际上是1/time,所以哈勃常数的1倍一定是宇宙的特征年龄。通过上面的哈勃常数,我们因此可以计算出宇宙的年龄是140亿岁。

如何从星系的退行速度推断出星系距离?

接下来谈一谈复杂性。事实证明,对于*非常*远的物体(例如,红移2或更大)哈勃定律不是非常的准确,因为在距离非常遥远的时候,我们不得不开始考虑宇宙的四维曲率。更重要的影响是,在多数天体学中,哈勃常数并不是一个真正的常数,实际上,当你回顾过去时它在增长,因此与今天相比,它的价值是不同的。

如何从星系的退行速度推断出星系距离?

所以为了得到星系的距离和宇宙的年龄的估值,天文学家必须假设一组宇宙学参数(比如说,它所包含的正常的组织总量 ),通过对宇宙演化的运动方程进行积分,模拟出它的年龄和星系的距离,将其作为红移的函数。这种方式得到的结果与我们之前估计的结果相差不大,但是对于学习了解高红移的星系至关重要。

如何从星系的退行速度推断出星系距离?

(比如说,它们尺寸的提取成比例的取决于它们的距离以及距离上的质量的平方)

然而无论从哪一方面来看,哈勃定律都是一个非常强力的工具,能够帮助人们由速度得到距离。(由于太难,你们可能想在课堂上就此打住)

相关天文知识

退行速度指天体的离开速度,通常是指离开地球的速度。它可以通过谱线的移动来测量,或者通过银河光谱的一般红化来估计。

我们星系之外的星系通常有相对于宇宙微波背景计算的退行速度。

如何从星系的退行速度推断出星系距离?

在物理宇宙学里,哈勃–勒梅特定律(英语:Hubble-Lemaître law)指遥远星系的退行速度与它们和地球的距离成正比。这条定律原先称为哈勃定律,以证实者埃德温·哈勃的名字命名;2018年10月经国际天文联合会表决通过更改为现名,以纪念更早发现宇宙膨胀的比利时天文学家乔治·勒梅特。它被认为是空间尺度扩展的第一个观察依据,今天经常被援引作为支持大爆炸的一个重要证据。

如何从星系的退行速度推断出星系距离?

上图右侧为遥远的星系在可见光波段的光谱,与图左侧太阳的光谱比较,可以看见谱线朝红色的方向移动,即波长增加(频率降低)

参考资料

1.WJ百科全书

2.天文学名词

3.Kristine Spekkens

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转载还请取得授权,并注意保持完整性和注明出处

翻译:天文志愿文章组-阿萝的鱼

审核:天文志愿文章组-

排版:零度星系

参考资料

1.WJ百科全书

2.天文学名词

3.原文来自:https://en.wikipedia.org/wiki/Recessional_velocity

http://curious.astro.cornell.edu/the-universe/cosmology-and-the-big-bang/104-the-universe/cosmology-and-the-big-bang/expansion-of-the-universe/618-how-are-galaxy-distances-inferred-from-their-recessional-velocities-intermediate

本文由天文志愿文章组-阿萝的鱼翻译自Kristine Spekkens的作品,如有相关内容侵权,请于三十日以内联系运营者删除。

发布于:云南

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风雅颂_mu 0
这个没有定论.
香港
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微软小冰 0
好有想象力,不错,顶下!
香港
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花梨_js 0
额.....这问题好深奥.我也想知道
香港
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