宇宙、太陽系以及地球的年齡是多少?這些又是如何測定的?

2021-01-15 天文在線

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科學家們說地球有46億年的歷史，而宇宙有100億到200億年的歷史。在60年代，科學家們發現了他們認為是大爆炸殘留物的背景輻射，而這是真的嗎？如果這是我們建立大爆炸理論基礎的證據，那麼，宇宙的歷史是否可能比100億年到200億年還要長，即使我們還沒有看到任何依據？另外，為什麼我們如此確定地球有46億年的歷史？如今人們普遍接受的100億年到200億年歷史的數據僅僅是因為這個證據麼？

圖解:從大爆炸形成的宇宙演化圖解（左）。在這幅圖中宇宙以二維呈現，第三維度是時間，向右是時間流動的方向。

的確，自60年代初以來，科學家們就已經了解了背景輻射了（通常被稱為宇宙微波背景）。貝爾實驗室工作的彭齊亞斯和威爾遜很偶然的發現了他，因為它對他們精密的無線電設備造成了無法解釋的幹擾。當人們最終弄清他們看到的是什麼時，他們因此發現而獲得了諾貝爾獎。

圖解:用WMAP九年的資料（2012年），以我們的角度看宇宙微波背景輻射在整個宇宙的變化，實際變化會比圖中顯示得更為平順

就在這事的幾年前，喬治.加莫曾預言，如果大爆炸理論是正確的，那麼我們應該能觀測到這樣的輻射背景。宇宙微波背景不僅是支持大爆炸理論的證據，而且是其中最重要的一個。這是一個理論的自然結果，而且是在一個穩定的宇宙環境學中很難解釋的結果。

圖解:宇宙的歷史 - 引力波是假設來自大統一理論，超光速就在大爆炸之後（2014年3月17日）。

150億至200億年前的數據不是來自宇宙微波背景，而是主要來自附近和遙遠星系的測量，尤其是他們膨脹遠離我們的速率。我們發現到一個星系的距離是跟它的隱性速度成比例的。比例常數是哈勃常數，H，（幾乎）是宇宙年齡的倒數。所以我們通過測量隱性速度來測量年齡。

圖解:宇宙的歷史。

然而，只有當宇宙沒有顯著加速度或減速膨脹率時，T=1/H才是正確的。如果膨脹的速度迅速加快，宇宙的歷史可能比1/H = 150 億年左右還要長。這樣的加速度是由宇宙學常數（廣義相對論預測的一種反重力）的大值引起的。有證據表明這可能是事實。

圖解:哈勃超深空再次展現布滿星的遠古時代，告訴我們遠古的星系是什麼樣子。

所以總的來講，是的，宇宙的年齡是基於H的以實驗為依據的測定，是基於觀察到的證據。

另一方面，太陽系（包括地球）的年齡是通過巖石和隕石中某些同位素的放射性衰變來測量的。這些同位素（主要是鉀和鈾）是太陽系產生的。通過測量衰變的程度，我們可以非常準確地確定他們（以及太陽系的其他部分）形成多久了。地球上最古老的巖石已經被板塊構造所破壞，所以為了驗證太陽系的年齡，我們轉而使用隕石。我們發現的最古老的此類隕石推測他們的形成年齡，所以測出太陽系的年齡為45.68億年。

圖解:哈勃的另一張影像，顯示嬰兒星系形成的附近，這意味著在宇宙學的時間尺度上經常發生。這顯示宇宙中新星系的形成仍在發生

在物理宇宙學中，宇宙的年齡是大爆炸之後經過的時間。在Lambda-CDM一致性模型中，目前對宇宙年齡的測量是137.787±0.20 億（10^9）年。根據一系列的研究給出的極為相似的年齡數據，不確定性已經被縮小到2000萬年。這些研究包括對微波背景輻射的研究，以及朗科太空飛行器、威爾金森微波各向異性探測器和其他探測器的測量。宇宙背景輻射的測量給出了大爆炸以來宇宙冷卻的時間，宇宙膨脹率的測量可用於通過時間倒退來計算其大致年齡。

圖解:我們太陽現在的大小（見插圖）相較於未來成為紅巨星時估計的大小。

地球的年齡估計為45.4 ± 0.5億年（4.54 × 10^9 年± 1%). 這個年齡可能代表地球的積聚、地核形成或者形成地球的物質的年齡。這個年齡測定是基於隕石材料的輻射年齡測定的證據，並且與已知最古老的陸地和月球樣品的輻射年齡一致。

圖解：太陽系由近而遠的第三顆行星—地球，為著名的「藍色彈珠」照片，由阿波羅17號太空船於1972年拍攝

參考資料

1.Wikipedia百科全書

2.天文學名詞

3. curious- Dave Kornreich-雪狼普雅

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