哈勃望遠鏡已看到134億光年,宇宙究竟有多大?它為什麼那麼大?

2020-12-02 星宇飄零

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在2016年3月,美國國家航空航天局(NASA)發布了由哈勃空間望遠鏡拍攝到的一個遙遠星系的星光圖片,這個星系極其遙遠,由於宇宙膨脹的緣故,它正在高速遠離我們,根據光譜分析,測量到其紅移量高達11.1,按照目前測定的哈勃常數計算,它距離我們約有134億光年,這意味著,它的光是在134億年前發出的,在宇宙空間傳播了134億年後抵達地球並被哈勃空間望遠鏡捕獲。

根據2013年3月21日由歐洲航天局(ESA)的普朗克衛星最新數據確定的宇宙年齡,宇宙誕生至今約138.2億年。這意味著,這個編號為GN-z11的遙遠星系在宇宙大爆炸後4億年左右就誕生了。

這張哈勃空間望遠鏡拍到的光學影像圖片雖然看起來是一團黯淡的紅色星雲,但其實它是一個藍色的星系,裡面擁有大量的劇烈燃燒的大質量藍巨星。但由於距離遙遠,在傳播過程中發生了極其嚴重的宇宙學紅移(哈勃紅移),導致被望遠鏡捕獲時星光如此黯弱。不過其實這很好理解,在如此大的紅移之下,一般小質量恆星的光已經在可見光以外了,難以被光學(可見光)波段的哈勃空間望遠鏡捕獲。

但可以確定的是,這裡遠不是宇宙的邊緣,它僅是接近可觀測宇宙的邊緣,而更遠的星系已經脫離了我們的觀測範圍以外了。這是由於從宇宙大爆炸之初就持續至今的宇宙膨脹,導致宇宙的大部分星系都正以超越光速的速度遠離我們,我們將永遠無法看到它們所發出的光了。因此,實際上宇宙有多大,科學家目前並不知曉,只知道很大很大……

為了看到更遙遠的星系,探索早期宇宙的演化,探測第一代的恆星和星系,美國國家航空航天局(NASA)、歐洲航天局(ESA)和加拿大國家航天局(CSA)共同研發的紅外空間望遠鏡——詹姆斯·韋伯太空望遠鏡將升空接替哈勃空間望遠鏡的任務,紅外波段觀測能力加上數倍於哈勃空間望遠鏡的口徑,將有望發現更多紅移量更大的遙遠天體。

你可能會奇怪,不是說這已經是宇宙誕生後4億年就發出的光嗎?最遠不就宇宙大爆炸後0年發出的光嗎?就算是宇宙誕生就發出的光,距離我們不就138.2億光年嗎?為什麼說不知道宇宙究竟有多大?難道還會比138.2億光年更大嗎?

這裡面其實有個誤區,以為我們看到的星系就是最遠的星系了,你以為我們看到的這個134億光年的GN-z11星系就是134億年前距離我們最遠的星系了嗎?如果你這麼想的就想得太簡單了,可以肯定的是,這個134億光年的GN-z11星系在134億年前絕非距離我們最遠的星系。那麼那時比它更遠的星系呢?很顯然那些星系的光還沒傳到地球……

另一方面,宇宙學的距離是相當複雜的,我們現在所說的134億光年只是只它的光行距離,也就是光在134億年時間裡走過的距離。但由於光在傳播過程中宇宙一直在膨脹,現在所說的這134億光年實際上已經不止134億光年了,但為了方便理解和計算,我們一般還是使用光行距離,也就是134億光年,因為光行距離跟宇宙年齡很容易對應上,我們一說某個星系距離我們多遠,就很容易知道它的光是宇宙誕生後多少年發出的。按照宇宙年齡,宇宙的可觀測半徑應該是138.2億光年,但實際上當考慮了宇宙膨脹,可觀測宇宙的實際半徑根據估算大約在465億光年,是光行距離的3倍多。

而且隨著上世紀末科學家發現的宇宙加速膨脹,這個光行距離跟實際距離——固有距離之間的差距將繼續加大。

那麼問題來了,宇宙為什麼會那麼大?為什麼會超過極限速度光速所能達到的尺度?這是因為宇宙經歷了從誕生至今的持續膨脹,而且在宇宙大爆炸的初期,膨脹的速率超乎尋常,特別是在暴脹期的指數級膨脹,導致宇宙裡最快的速度上限——光速已經無法定義宇宙的尺度。

只於宇宙為什麼會膨脹?宇宙為什麼會那麼劇烈地暴脹?還不知道……目前這是個未解之謎,有一些理論假說,但根源性的問題還無從知曉。

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  • 哈勃望遠鏡已看到134億光年,宇宙究竟有多大?為什麼那麼大?
    ,根據光譜分析,測量到其紅移量高達11.1,按照目前測定的哈勃常數計算,它距離我們約有134億光年,這意味著,它的光是在134億年前發出的,在宇宙空間傳播了134億年後抵達地球並被哈勃空間望遠鏡捕獲。最遠不就宇宙大爆炸後0年發出的光嗎?就算是宇宙誕生就發出的光,距離我們不就138.2億光年嗎?為什麼說不知道宇宙究竟有多大?難道還會比138.2億光年更大嗎?
  • 為什麼哈勃能看到100億光年外的星系,但卻看不清冥王星?
    於1990年飛上太空的哈勃太空望遠鏡已經繞著地球飛了將近30年。由於遠離地球大氣的幹擾,哈勃捕捉到了一系列令人嘆為觀止的宇宙景象,讓我們窺探到了深邃的宇宙。哈勃觀測到了宇宙「邊緣」的星系,那些遙遠星系發出的光到達地球時已經非常微弱,亮度只有人眼所能看到的100億分之一。
  • 哈勃望遠鏡能拍攝134億光年的星系,為什麼看不清冥王星?
    2019年,哈勃就公布了迄今最完整最全面的宇宙圖譜,上面是哈勃16年內拍攝到的7500張星空照片,包含了265000個星系,有些星系已達133億歲「高齡」。然而,儘管哈勃太空望遠鏡強大的觀測力給人類帶來了許多突破性發現,但它卻無法觀測到近在太陽系內的冥王星。這就是冥王星最詳細的圖嗎?
  • 哈勃望遠鏡能拍攝134億光年的星系,為什麼看不清冥王星?
    2019年,哈勃就公布了迄今最完整最全面的宇宙圖譜,上面是哈勃16年內拍攝到的7500張星空照片,包含了265000個星系,有些星系已達133億歲「高齡」。在哈勃傳回的照片中,冥王星的圖像只是幾個黃色的像素點,畫面模糊,仿佛高度近視患者摘下眼鏡時,眼前呈現的景象。哈勃既然能看到百億光年外的東西,沒有道理看不清「近在咫尺」的冥王星。為什麼我們無法透過哈勃望遠鏡,看清冥王星的真面目呢?
  • 哈勃望遠鏡來告訴你,930億光年的宇宙究竟有多大,大到無窮
    世界那麼大,我想跟著哈勃望遠鏡去看看宇宙!現在我們知道宇宙可觀測的空間範圍就有930億光年之廣,時間有138億年之壽。人類自古就嚮往宇宙宇宙一詞自古有之,春秋時期的《文子·自然》中就有「往古來今謂之宙,四方上下謂之宇」的記載。漢代的科學家張衡也說過「宇之表無極,宙之端無窮。」
  • 哈勃望遠鏡能望到好多億光年距離,為什麼不知道哪個天體有外星人
    我們用肉眼可以看到離地球兩百多萬光年的星系,但卻無法看到離我們只有一公裡的螞蟻,也看不到離我們只有幾千光年的系外行星,更看不到系外行星上是否有生命。一個天文望遠鏡能看到多遠之外的物體,不但與物體的距離有關,也與其大小有關。雖然有些物體離得很遠,但只要它們的尺寸足夠大,望遠鏡就能觀測到。雖然有些物體離得很近,但它們的尺寸太小,所以望遠鏡就無法分辨出來。
  • 為何哈勃望遠鏡能看到100多億光年外的星系?卻看不到眼前行星?
    文/行走天涯為何哈勃望遠鏡能看到100多億光年外的星系?卻看不到眼前行星?作為目前世界上觀測距離最遠的天文望遠鏡,哈勃望遠鏡一直是當之無愧的第一,據哈勃望遠鏡面世以來,也已經幫助人類觀測到了很多距離,地球至少有著百億光年之外的星系,也讓人類真正認識到了宇宙究竟有多麼的浩瀚,這也是為何人類一直堅信在宇宙中肯定存在著和地球一樣的文明,哪怕目前處在的階段是不同的,他們很可能比人類要先進百倍
  • 宇宙到底有多大?哈勃望遠鏡曾拍到「天空之城」?或在監視人類?
    宇宙到底有多大?哈勃望遠鏡曾拍到「天空之城」?或在監視人類?大家還不太清楚,而有些人感覺是不是NASA空間站,另一撥人則感覺是不是當年的旅行者一號,其實以上都不是,除了阿波羅登月計劃之外,人類在航天領域當中最大的工程,就是哈勃太空望遠鏡,它是以美國的一名天文學家哈勃所命名的,這也成為了人類歷史上最先進的一個太空望遠鏡,哈勃望遠鏡竟拍到「天空之城」?專家:或在監視我們!
  • 既然光速最大,為什麼用望遠鏡可以看到幾百萬光年外的東西?
    我們肉眼最遠可以看到6000光年的星星,用天文望遠鏡可以看到幾百萬光年以外的天體。,那為什麼人們用天文望遠鏡可以看到幾百萬光年外的東西?別說是幾百萬年,幾億、幾十億年也沒問題,相應地,光可以傳播至幾億、幾十億光年那麼遠。宇宙年齡有138.2億歲,理論上我們可以接收到138.2億年前的光,從宇宙誕生之日起發出的光已經走了138.2億年了。但這些光走過的距離並不是138.2億光年,這是因為宇宙空間在膨脹,因此光走過的距離裡還要加上膨脹的空間距離。
  • 我們的宇宙到底有多大?是138億光年嗎?
    那麼很顯然,大家從前認為可能存在的那個無邊無際、空無一物的空間可能並不存在,即使存在,也與我們的宇宙無關,所以我們就按照這個宇宙的定義來看看宇宙究竟有多大?,宇宙究竟有多大?我們目前確實不知道整個宇宙究竟有多大,不過我們知道可觀測宇宙有多大。
  • 哈勃望遠鏡能看那麼遠, 那為什麼不直接這樣觀察星球?
    自1990年4月24日升空以來,哈勃望遠鏡已經拍攝了無數張迷人的星空圖片,在2016年3月4日,哈勃還拍到了134億光年之外的古老星系,刷新了人類觀測距離的記錄。哈勃望遠鏡能看那麼遠,那直接這樣觀察星球怎麼樣?
  • 既然光速最大,為什麼用天文望遠鏡可以看到幾百萬光年外的東西?
    按照光年的定義,幾百萬光年,以光的速度也得走幾百萬年,因此有人產生疑問:既然光速是宇宙中最快速度,沒有超光速的問題,那為什麼人們用天文望遠鏡可以看到幾百萬光年外的東西?其次,是幾百萬光年外的東西發出的光射向天文望遠鏡,射向我們眼睛,而非天文望遠鏡或我們的眼睛以光速發出什麼東西到了幾百萬光年外「看到」了它,然後再傳回信號給大腦。因此我們能否看到東西與光速是不是宇宙中最高速無關,因為我們的眼晴壓根不需要運動,也沒有運動。沒有運動,哪來的速度問題?
  • 假如我們有足夠強大的望遠鏡,能看到宇宙誕生的起點嗎?
    我們姑且認為它是正確的,那麼宇宙應當起源於138億年前的一次空前絕後的「爆炸」(更準確的說法是138.2億年),在此之後,才陸陸續續有了恆星、星系,直至地球和多姿多彩的生命。哈勃太空望遠鏡最遠觀測到了134億光年外的原始星系,由於光速有限,這縷暗弱的光線跋涉了134億年才來到地球,也就是說,我們看到的是大爆炸之後僅僅4億年的場景。而屢屢放鴿子的詹姆斯·韋伯望遠鏡,設計的觀測距離超過136億光年,理論上可以看到大爆炸後1.5億至2億年的樣子。
  • 哈勃望遠鏡的限制有哪些?它的極限在哪裡?
    ,但哈勃望遠鏡不太可能會有更多的進步了,因為它已經達到了自身的超級極限,物理上的局限性可能會阻止它看得更遠,那麼它的極限在哪裡,它又能看到多遠的天體呢?哈勃望遠鏡的觀測還是有自身能觀測到的波長類型限制,恆星發出光的波長範圍很廣,而經過五次的維修和升級後,儘管哈勃的觀測範圍延伸得很快,但它最多只能觀測到波長1.8微米的近紅外光,這就限制了它觀測遙遠物體的能力,隨著宇宙的膨脹,空間的結構也在隨之膨脹,當光在宇宙中傳播時,它的波長會隨著空間的擴大反而拉升,這意味著當光線到達哈勃時,它的波長要比離開光源時更長,這就是紅移現象
  • 韋伯空間望遠鏡有多強?哈勃之後的最強人類之眼,它會看到什麼!
    距離第一臺望遠鏡發明到今天,已經有400多年的歷史了。1608年,荷蘭的一個商人發明了第一臺小型望遠鏡,隨後,大科學家伽利略在此基礎上,發明了人類史上第一天天文望遠鏡。從此,人類開啟了探索宇宙的新徵程!
  • 哈勃望遠鏡既然可以探測百億光年的地方,為何看不清火星和月球?
    現如今隨著時代的不斷發展,人類探測宇宙的技術已經得到了非常大的提升,雖然人類已經取得了登月,這樣的偉大的成就,但是對於浩瀚的宇宙來說,這點成就根本算不了什麼,宇宙還有很多未解之謎,等著人類去不斷的揭開。而人類的技術在已經達不到探測更遠地方的情況下,人類只能依靠在天文望遠鏡上,然而,在人類現如今所設立的探測宇宙望遠鏡當中,最著名的應該就是哈勃望遠鏡了。
  • 宇宙究竟有多大?哈勃望遠鏡告訴你答案,看完顛覆認知
    月球和地球的照片大家應該看了很多,而身處地球上的我們更能體會到地球是多麼的遼闊,畢竟在它身上生活著70多億的人類,以及無數形態各異、大小不一的動植物。實事上,如果光看太陽系內側的「巖石行星」,地球的體積確實很符合人類心中的認知,因為它確實挺大的,就連月球這顆衛星體積都不小。
  • 為什麼說人類會被宇宙鎖死,我們永遠無法知道宇宙有多大?
    關於宇宙的邊界你需要知道兩件事:①宇宙正在膨脹;②膨脹速度超過光速關於人類能不能知道宇宙的邊界只取決於人類所能接收到的宇宙信息。換句話說,如果宇宙不想告訴我們這個信息,我們只能幹瞪眼。圖:我們的信使——哈勃望遠鏡各向同性每當我們仰望寬廣的星空,都不禁會想這宇宙到底有多大。
  • 哈勃望遠鏡這一生的價值註定只能是看得遠,而不是看的清
    哈勃望遠鏡可以看到134億光年外的天體,但卻看不清月球表面上的一塊石頭,這聽起來感覺就好像是這個望遠鏡患上了老花眼一樣,遠處的東西可以看得一清二楚,可近處的卻只能看到一個模糊的影子。
  • 哈勃太空望遠鏡的觀測極限在哪裡?
    很快,哈勃傳回了一系列令人震撼的宇宙照片,它讓我們看到了極為深邃的宇宙,回溯到極為久遠之前的時間。因為光速是有限的,哈勃看得越遠,也就能看到越早之前的時間。 那麼,哈勃的觀測極限在哪裡?哈勃能觀測到多遠的宇宙?能看到多久之前的時間?