2019星系红移之谜语文
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星系红移之谜
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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
秒
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
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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<
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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
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
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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
<
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星系是巨大的恒星集团,但由于它们离我们非常遥远
,
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。<
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l912
—
1925
年,他拍摄了
40
个星系的光谱
第
2
页
照
片,
除了两个星系外,
其余都呈现波长偏长的多普勒频移,
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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,
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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
星系的视向速度,进而得出它们的距离。例如,一个以
1700
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
约
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?
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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。
1930
年,
英国天文学家爱丁顿把勒梅特的模<
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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<
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年,美国贝尔电话实验室的彭齐亚斯和威尔逊发现了
3K
微
波背景辐射(也称字宙背景辐射)后,才使大爆炸学说一跃
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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