2019星系红移之谜语文

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2021年02月19日 20:04
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2021年2月19日发(作者:当阳演唱会)


星系红移之谜




< /p>


星系红移之谜宇宙间的


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切物质都在运动 中。遥远的星


系也在运动着,它们都在远离我们而去。例如,室女座星系


团正以大约每秒


1210


公里的速度离开我们,后发座 星系团


约以每秒


6700


公里的速度离 开我们,武仙座星系团约以每



l0300

公里的速度飞奔而去,而北冕座星系团离开我们的


速度更大,大约每秒


21600


公里。星系为什么要离开我们


?


我们又是怎么知道它们在运动呢?



在生活中我 们都有这样的经验:在火车站站台上,一列火车


呼啸着向我们奔来,汽笛的声调越来越高 ,当火车离开我们


时,汽笛的声调逐渐降低。这是什么道理呢?


1842


年,著名


的奥地利物理学家多普勒首先阐述了造成这种 现象的原因。


他指出:生源想到对贯彻在运动时,观测者所听到的声音会


发生变化。当声源离观测者而去时,声波的波长增加,音调


变得低沉,当声源接 近观测者时,声波的波长减小,音调就


变高。音调的变化同声源与观测者间的相对速度和 声速的比


值有关。这一比值越大,改变就越显著,后人把它称为“多

普勒效应”。



多普勒效应不仅适用于声波,而且也适用于 光波。一个高速


运动的光源发出的光到达我们眼睛时,其波长和频率也发生


了变化,也就是说它的颜色会有所改变。虽然天文学家可以


利用这一原理测量 天体的运动,但是在一般情况下,天体相



1




对于观测者的运动速度与光速相比 是微不足道的,因此光源


颜色的变化很难测定。



1849


年,


法国物理学家费佐成功地解决了这个问 题~他提出,


观测光的多普勒效应的最好办法,是测量光谱线的位置的微


小移动。最早对谱线位移进行测量的是英国天文学家哈根斯。


1868


年,他在口径


20


厘米的折射望远镜上安装了一 台分光


镜,用它测出了大犬星座巾最亮星——天狼星的一根谱线向


红端移动了


l


埃,即其波长增加了一亿分之一厘米。由此算< /p>


出天狼星正以


46.5


公里/秒的速度远 离我们而去,这是第


一次测得了恒星在视向方向上的运动速度,称为“视向速

< p>
度”。哈根斯对天狼星视向速度的测量是用肉眼配合分光镜


而得到的,这种 目视测量方法误差很大。今天我们知道,天


狼星其实是以


8


公里/秒的速度朝我们跑来。尽管如此,哈


根斯在天体测量学领域所 进行的开拓性工作,仍使他在天文


学史上占有重要地位。


在他之 后,


特别是进入


20


世纪以后,


天文学家不仅用这~强有力的手段测量出大量天体的视向


速度,还用它 米观测河外丝系。



星系也在红穆


< /p>


星系是巨大的恒星集团,但由于它们离我们非常遥远


,

< p>
每个


星系往往只能在大望远镜拍摄的底片上看到一个微弱的光


点。第一个观测和测定星系光谱的天文学家是美国洛韦尔天


文台的斯里弗。< /p>


l912



1925

年,他拍摄了


40


个星系的光谱



2




照 片,


除了两个星系外,


其余都呈现波长偏长的多普勒频移,


即向光谱的红端位移,所测得的离去速度高得惊人,最高达


5700


公里/秒。



对星系视向速度的研究继 续进行着。天文学家发现,星系的


谱线位移和恒星的谱线位移很不一样。首先,恒星的谱 线位


移有红移也有紫移,这反映恒星有的在远离我们,有的在接


近我们,而星系的谱线位移绝大多数是红移,紫移的极少。


其次,恒星的谱线位移不论是 红移还是紫移,一般在每秒数


十公里左右,最大的不超过每秒二三百公里,而星系的谱线


红移每秒


1000


公里以下的只占少数 ,


多数是每秒


2019



3000


公里,有的甚至达到每秒


1


万公里。



1929


年,


美国天文学家哈勃发现,


在宇宙空间不仅几乎所有

< br>的星系都具有谱线红移现象,而且还存在着星系的红移量与


该星系的距离成正比的 关系,也就是说,越远的星系正在以


越快的速度飞驰而去,这被称为哈勃定律。



有了哈勃定律,天文学家通过观测星系的谱线红移量,求出

< p>
星系的视向速度,进而得出它们的距离。例如,一个以


1700

< p>
公里/秒的速度远离我们而去的星系,其距离约


1


亿光年;


一个以


17000


公里/秒的 速度远离我们而去的星系,其距离



10


亿光年。目前已观测到的最远星系,正以与光速相差


无几的速度远离我们而去,其距离 达


100


多亿光年。为什么


星系都在离 我们而去呢?




3




红移的本质是什么



红移的本质是什么 ?为什么会存在哈勃定律?这些问题已


经争论了半个多世纪了,但一直未能得到圆满的解 释,因而


成了天文学里的老大难问题。



在哈勃定律发表前两年,比利时天文学家勒梅特就提出了宇


宙膨胀的概念。

< p>
1930


年,


英国天文学家爱丁顿把勒梅特的模< /p>


型和哈勃定律联系起来,


称宇宙为膨胀的宇宙。

< br>1932


年勒梅


特进一步提出现在观测到的宇宙是一个巨 大的原始火球爆


炸而形成的·到了


40


年代末,在发现了太阳的巨大能源来


自热核反应后,美国物理学家伽英夫把宇宙膨胀论和 基本粒


子的运动联系起来,提出了热大爆炸宇宙学。他认为宇宙起


源于高温、高密度的,“原始火球”的一次大爆炸。在热大


爆炸模型提出后的一段时间 内,


很少有人关心它。


直到


1965< /p>


年,美国贝尔电话实验室的彭齐亚斯和威尔逊发现了


3K



波背景辐射(也称字宙背景辐射)后,才使大爆炸学说一跃

< p>
成为最有影响的学说.随着其他研究者的后继测量,宇宙背


景辐射已成为大 爆炸模型有效性的有力见证,成为考虑宇宙


中大足度流动的有用的“绝对框架”,还因其 表现的各向同


性,成为发表星系形成理论的重要约束。



天文学家认为,所谓宇宙大爆炸,并不能想象为高密度高能


量的宇宙物 质在爆炸后,高速冲向早已存在的空虚的空间之


中,如果这样,原爆炸中心将会留下一个 逐渐增大的空洞。



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