為什麼用天文望遠鏡可以看到幾百萬光年外?

2020-12-05 鍾銘聊科學

要搞清楚這個問題,我們要弄清楚人是如何看到東西。

人是如何看到東西的?

人之所以能夠看到一樣東西,是因為有光子進入了眼睛當中,而且還必須得是足夠量的光子數。那這些光子咋來的呢?其實要麼是這個東西本身發光,要麼就是它能夠反射光。我們白天能夠看到各種事物,實際上就是因為這些事物反射了太陽光到我們的眼睛裡。

而我們用望遠鏡來天體其實也是同樣的動體,這個天體得有光子來地球,並且被你所用到的望遠鏡所接收才行。

所以,這就存在一個問題,那就是你所看到的其實都是過去,為什麼這麼說呢?因為光速是有上限速度的,這個速度是299,792,458m/s,所以光子到達你的眼睛時,其實已經過去了一些時間。就拿我們看到的太陽光來說,它就是8分17秒之前,從太陽表面輻射出來的。

就拿我們照鏡子,鏡子裡的自己也不是現在的自己,而是過去的自己。

所以,在天文學上,我們常常使用「光年」這樣的概念,其實這是一個距離單位而不是時間單位,這裡指的是光跑一年的距離,這個距離是:9.46×10^12千米。

而我們的宇宙從大爆炸之初至今,已經有138億年。所以,我們能看到幾百萬光年開外的天體輻射出來的光,並不是什麼稀奇的事情。因此,這就是距離我們幾百萬光年的天體在幾萬年前發出來的光。這裡多強調一句,光子的靜止質量為零,所以,只要有沒有被吸收或者遮擋,它就會一直跑,不會停下來。

可觀測宇宙半徑為什麼是465億光年?

其實稀奇的是,我們現在的可觀測宇宙半徑是465億光年,也就是理論上我們能觀測到的最大的尺度。照理說,其實應該是138億光年才對,為什麼憑空多出這麼多。

這裡其實就需要把宇宙膨脹考慮進入。話說138億年前,發生了宇宙大爆炸,這也就是我們這個宇宙的起源,大爆炸之後,宇宙空間迅速的膨脹,而且這個膨脹一直持續至今。但是宇宙空間的膨脹其實很多人想像中的不太一樣。它其實是一個等比例膨脹的過程,

如果我們把宇宙空間想像成一個麵包,那這個麵包就是等比例地在變大。

因此,如果考慮到宇宙空間的膨脹狀態。你就會發現一個問題,有些光雖然是衝著地球方向跑過來,但是它所在的空間卻在遠離地球。這就好比有個人朝著你跑來,但是他腳下卻是正在遠離你的直行電梯,那麼他朝著你的速度其實就是他的速度減去電梯的速度。同理,如果有光子朝著地球跑來,拿它的速度由於宇宙膨脹效應的存在,時間上是要打折扣的。

而且,我們要知道的是宇宙的有一些地方遠離地球的速度其實已經超過了光速,這就意味著,這些地方的光我們永遠也看不到了。而且宇宙在距今40億年前,宇宙開始加速膨脹,這就意味著,會有越來越多的區域,是我們看不到的。

因此,其實在地球上能看到的宇宙是有限的,這也被我們叫做可觀測宇宙。不過,這裡要說回到宇宙大爆炸之初,一開始其實宇宙就像一鍋粒子粥,光子在裡面跌跌撞撞根本跑不出來。直到38萬年後,光子才從中脫離出來,在宇宙當中穿行,因此從這個時刻算起,加上宇宙膨脹的效應,我們理論上可以看到的是半徑為461億光年的尺度。可能你要問,不是說好的465億光年麼?

實際上,我們並不是說完全看不到宇宙大爆炸之初到宇宙大爆炸之後38萬年的景象。我們其實有另外的一種觀測手段,那就是引力波。引力波並沒有像光子那樣,在前38萬年內,沒辦法脫離出來。引力波的傳播其實一開始就有。如果我們能夠用靈敏的觀測工具探測引力波,那其實理論上是可以通過引力波看到宇宙大爆炸前38萬年前的景象。

如果把引力波的因素也考慮進去,這時候可觀測宇宙的半徑就可以達到465光年了。

所以,能夠看到幾百萬光年的天體其實並不是什麼稀奇的事情,如果有朝一日,我們能夠看到超過半徑為465億光年的可觀測宇宙,那才是稀奇的事情。

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  • 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?
    最近的恆星(比鄰星)距離我們也有4.3光年(1光年就是光走一年的距離,大約為9.46萬億公裡),距離我們上萬光年的恆星比比皆是。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。
  • 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?問題的答案簡單粗暴地說,首先這是因為我們看到的是幾百萬年前發出的光(這個光走了幾百萬年,如今才被我們看到),並不是距我們幾百萬光年外的東西現在發出的光(我們有很多辦法證明這個光是來自於幾百萬光年外,比如光譜紅移和
  • 為什麼天文望遠鏡可以幾百萬光年的行星,卻不能看到表面呢?
    今天看到這麼個問題,為什麼天文望遠鏡可以看到幾百萬光年外的行星,卻不能很仔細的看到億光年外某顆行星的地面呢?對於這個問題,我先要更正一點,應該是除了光亮極高的巨型恆星外,絕大多數行星現在的天文望遠鏡根本無能為力。而就算是這些巨型恆星在望遠鏡中也只是一個光點。真正能被觀測到整體結構的都是一些巨大的河外星系,例如仙女座大星系。相比之下,行星的大小及光度就顯得微不足道。
  • 既然光速是宇宙最快速度,為何我們能看到幾百萬光年外的星系?
    而天文望遠鏡能夠觀測到數百萬光年之外的天體,那是因為宇宙的年齡遠不止幾百萬年的時間。位於數百萬光之外的星系發出的光會以光速在宇宙中傳播,它們經過數百萬年之後將會抵達地球,天文望遠鏡或者人眼接收到這些光,自然就能觀測到星系,例如,我們可以用肉眼直接看到位於兩三百萬光年之外的仙女座星系和三角座星系。
  • 天文望遠鏡可以看到數十億光年外的星系,為什麼看不到一個星球的表面?
    如果要看清楚星球上一個砂礫的樣子,目前還沒有什麼望遠鏡能夠看清楚,即便是月球表面,也無法看清楚上面的砂礫,這就像我們在地球上看物體,我們能夠看到幾十公裡的一座山,看到10公裡的一顆大樹,看到幾公裡外的一座高樓,但能夠看清楚10米遠的一隻螞蟻嗎?能夠看到手掌上一個細菌嗎?
  • 天文望遠鏡可以看到數十億光年外的星系,為什麼看不到一個星球的...
    這些通過大型天文望遠鏡,都能夠看到表面。還有所謂「表面」也很含糊,是要求什麼樣子就算看到表面呢? 看到一個球面算不算?如果算,以上說的這些星球都算看到了表面了。
  • 為什麼我們的肉眼不到一秒就可以看到幾十億光年之外的星星?
    肉眼可以看到幾十億光年之外的星星?不能把,肉眼可沒有這麼厲害,如果肉眼都有這麼厲害的話,那還要望遠鏡幹什麼?首先,我們看到的星星,大多數的確是距離我們很遙遠,但是這個遙遠的距離,最多也就是幾百萬光年,更遠的星星,肉眼是看不見的,只能藉助於天文望遠鏡,天文望遠鏡有傳統的光學望遠鏡以及射電望遠鏡,目前世界上最先進的望遠鏡,最遠可以看到138億光年之外的星系,138億光年也是可視宇宙範圍。
  • 望遠鏡能看到數億光年外的天體,為什麼看不清一光年外行星表面?
    這其實很容易理解,其實根本不需要望遠鏡,我們肉眼都能看到不止幾百萬光年外的天體,迄今為止肉眼所能看到的最遙遠的天體是超級伽瑪射線暴GRB 080319B,它刷新了肉眼所能看到天體距離的記錄:75億光年!
  • 在1億光年外,看到地球上的恐龍需要多大的天文望遠鏡?
    在地球上,通過肉眼,我們能看到數千光年外的恆星,甚至還能看到數百萬光年外的河外星系。而如果藉助聚光能力十分強大的大口徑天文望遠鏡,我們可以看到極為遙遠的宇宙,例如,光行距離達到134億光年的星系GN-z11。
  • 為什麼哈勃能看到幾百億光年外,卻看不到我們附近星球的城市?
    科學家介紹到,哈勃望遠鏡目前能觀測到的最遠距離是465億光年。通過對於這個極限位置星系的紅移分析,望遠鏡證實了很久以前就被宇宙大爆炸理論預言的一個可能:由於宇宙直到現在也處於膨脹狀態中,所以距離地球越遠的星系,它們遠離地球而去的速度就越快,當這個速度達到光速的時候,它所對應的距離也就是地球上的望遠鏡能夠觀測的極限距離,而這個距離便是465億光年。
  • 為什麼哈勃能看到幾十億光年外,但卻看不到附近有沒有外星生命?
    天文望遠鏡可以看到幾十億光年外的星系,為什麼看不到一個星球的表面?在討論這個話題之前我們得先來簡單了解下看見與看清這兩個概念,可能在大家都沒在意過兩者的區別,但即使在生活日常中都有明顯的區別,比如我們能看見幾百米甚至千米以外的人,但很抱歉如果不是特殊構造的眼睛的話,肯定是看不清這人長什麼樣!
  • 通過天文望遠鏡可以看到星雲嗎?星雲是什麼顏色?
    獵戶座大星雲事實上,不需要天文望遠鏡,只要藉助肉眼就能看到星雲,例如,距離地球1344光年的獵戶座大星雲(M42)的視星等為4等,這意味著它在觀測條件良好的情況下是肉眼可見的。礁湖星雲天文望遠鏡的主要功能是把光匯集在一起,讓一些原本非常暗淡的天體變得更亮,從而能被我們看到。
  • 現在最高級的天文望遠鏡能夠看到外星球表面嗎?
    能不能看到星球表面,關鍵還是這個星球距離有多遠。這個問題所謂「星球表面」有些模糊,不準確。月球算星球嗎?火星算星球嗎?木星土星算星球嗎?太陽算星球嗎?還有所謂「表面」也很含糊,是要求什麼樣子就算看到表面呢?現代大型天文望遠鏡,可以看到太陽系所有行星的表面,但也只能夠看到一個模糊的小球,最大的矮行星冥王星只能夠看到幾個像素。
  • 如果用天文望遠鏡觀測北極星會看到什麼?
    如果用天文望遠鏡觀測北極星會是怎樣的呢?北極星是離北天極最近的明亮恆星,地球自轉軸幾乎指向這顆恆星。因此,在地球的自轉過程中,北極星在夜空中的位置幾乎不會發生變化,不會像其他恆星那樣隨著地球自轉而東升西落。北極星所在的方位就是地理正北的方向,朝著正北方向看去,可以看到一顆比較亮的星星,那就是北極星。
  • 距離多遠還能看到太陽?哈勃望遠鏡能在140萬光年外看到!
    目前太陽的絕對亮度,我們在60光年遠的地方,還能隱約看到太陽,而哈勃望遠鏡可以在140萬光年遠的地方看到太陽。太陽的年齡大約是45.7億年,所以太陽發出的光線,最遠傳播到了45.7億光年外(不考慮宇宙膨脹效應),只有望遠鏡足夠大,理論上就能看到太陽。對於一個發光的天體,我們用視星等和絕對星等來描述天體的亮度,絕對星等描述天體的實際亮度,和觀測距離無關;視星等表示觀察者看到天體的亮度,和觀測距離有關。
  • 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。
  • 為何「哈勃」能看到百億光年外,卻不用來尋找鄰近星球外星人?
    提到「哈勃望遠鏡」相信大家都不陌生,因為它是目前人類所使用的最重要的天文望遠鏡之一。1990年4月,哈勃望遠鏡被美國「發現者」號太空梭送到了地球之外的太空區域。身處地球之外的它不會受到地球大氣層的幹擾,科學家們依靠它可以直接無阻礙地觀察宇宙,這也是它能夠成為人類最重要的天文望遠鏡之一的先決條件。
  • 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
  • 從距離地球2241光年外的星球看地球,能看到秦始皇本人嗎?
    等等,換個思路,如果在距離地球2241光年以外的星球看地球,豈不是能看到2241年前的地球?為什麼非得選2241光年以外的星球?因為2241年前是公元前221年,那一年秦始皇已經先後滅韓、趙、魏、楚、燕、齊六國,在那一年建立了大一統的秦王朝。看到這裡你明白這個意思了吧?接著往下看。
  • 在2200光年外能看到秦漢盛世嗎?或需要口徑268.4億公裡的望遠鏡
    光線傳播的原理告訴我們,從理論上來說,我們是可以站在2200光年外看到秦漢盛世的。在夜晚,我們經常可以看到為我們指引方向的北極星。但是,你不知道的是,由於北極星與地球的距離達到434光年,所以我們所看到的北極星其實是距今434年前的北極星,在明朝萬曆年間,它的光束才剛剛發射。