首先,年和光年是不同的兩個單位,光年是長度單位 ,一般被用于衡量天體間的時空距離,其字面意思是指光在宇宙真空中沿直線傳播了一年時間所經過的距離,所以人類能夠發現100億光年外的天體和太陽多少年齡並沒有任何關係。
人類是如何探測到100億光年外的天體呢?我們的眼睛不過是一個光敏的器官。人的眼光沒有「光」,只能接受光,因此根本沒有速度可言,物體發出或反射的光進入我們的眼睛,光線進入眼睛時,會經過晶狀體(lens),晶狀體類似於透鏡,可以將光線聚焦在眼睛後部的視網膜(retina)上,根據物體的遠近,晶狀體會調節自己的形狀,確保光線能夠聚焦在視網膜上。晶狀體變厚時,焦距變小,所以更能彎曲光線,讓我們能夠看到更近的物體。類似的道理,晶狀體變薄時,焦距變大,我們能夠看到更遠的物體。
然後視網膜感光細胞換能,將各種形式的刺激轉為傳入視神經纖維上的動作電位,感受器電位不是動作電位,而是去極化或超極化局部電位。視神經動作電位傳入皮層視覺中樞從而產生視覺。
人眼睛看到的光有光源本身發出的光,也有在光線照耀下顯形的物體,而且看到的大多數形象都是依靠反射光來獲得的。比如一睜開眼看到的房間天花板,人群,豬貓狗雞,遠山和樹木,汽車和火車等,都是反射陽光或燈光,人眼才能夠看到的。
也正是因為如此,當太陽還在地平線以下時候,人們也可以看見它。因為當光從真空斜射入大氣層,折射光線向法線偏折,折射角小於入射角。且越接近大氣層底部,大氣密度越大,不斷折射(如下圖實線)。但人的視覺中樞認為光始終沿直線傳播,認為折射光線是它反向延長線上的太陽虛像發出的(如下圖虛線),所以虛像比實際的太陽位置高,所以當太陽還在地平線以下時,我們觀察到它的虛像在地平線以上
所以我們之所以能夠看到100億光年之外的天體,其實也是因為看到它發出的光,光走過了100多億年的時間,出現在我們的眼前,而且有很多天體實際上並不發光,我們之所以能看到它們,是因為我們看到的實際上是這個物體反射的光。
同樣,我們看到的月球,是大約1秒鐘以前的月球的樣子,月球與地球的距離平均為38萬千米,光速為30萬千米/秒。那麼看到的月球就是大約1.2秒以前的。我們看到的太陽,是大約8分鐘以前的太陽的樣子。
正如霍金所言:「我們看到的從很遠星系來的光是在幾百萬年之前發出的,在我們看到的最遠的物體的情況下,光是在80億年前發出的。這樣當我們看宇宙時,我們是在看它的過去。」
但其實,很多天體發出或折射的光我們是看不見的。
我們要知道,光是一個統稱,它包含了不可見光和可見光,可見光是電磁波譜中人眼可以感知的部分,可見光譜沒有精確的範圍;一般人的眼睛可以感知的電磁波的波長在400~760nm之間,但還有一些人能夠感知到波長大約在380~780nm之間的電磁波,可見光經三稜鏡後會折射出紫、藍、青、綠、黃、橙、紅顏色的光線(光譜)。
而不可見光是個比較籠統的概念,是指除可見光外其他所有人眼所不能感知的波長的電磁波,包括無線電波,微波,紅外光,紫外光,x射線,γ射線、遠紅外線等。
人類只能看到天體發出或者折射的可見光,而有些天體發出和折射的是不可見光,所以科學家也會通過專業的儀器捕獲觀測他們。並且給了它們一個名字——恆星光譜。
在天文學中,恆星分類是根據恆星的光譜特徵來對恆星進行分類的。來自恆星的電磁輻射需要通過用稜鏡或衍射光柵分成光譜來分析,該光譜表現出散布具有光譜線的彩虹色。每一條線表示一種特定的化學元素或分子,線強度表示為該元素的豐度。不同光譜線的強度主要隨光球的溫度而變化,不過在某些情況下會存在元素豐度的差異。恆星的光譜類是一個簡短的代碼,主要解釋了電離狀態,以及給出光球溫度的客觀測量。
這樣科學家就可以進一步具體地了解天體的細節。