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?

2020-11-29 宇宙新思維

夜晚,人們仰望星空,眾星明亮閃爍,好像伸手可及,可實際上它們距離我們都很遙遠。

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。

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?

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,比如光譜紅移和哈勃定律。並且我們深信光速是宇宙中的最快速度,如果不考慮宇宙膨脹的因素,我們能確定這是幾百萬年前發出的光,而不是現在發出的),幾百萬光年外的東西現在可能已經不在幾百萬光年外了,而是離我們更遠了。

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?

有人要問了,光可以走幾百萬年時間和幾百萬光年那麼遠嗎?

光在宇宙中確實可以走很長的時間,走很遠的路。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。

我們常說的可觀測宇宙(這是一個以我們地球觀測者為中心,半徑為465億光年的一個球體空間

)的大小就是通過宇宙年齡和膨脹率推算出來的,是目前膨脹後的總大小,即物體發出的光有足夠的時間到達觀測者。也就是說,我們可以接收到當前處於距我們465億光年距離遠的星系發出的光。我們就是通過這些光認識了宇宙,開闊了我們的眼界。由於這些光來自於遙遠的過去,我們看到的是它們過去的樣子,看到的是宇宙的歷史。

當然隨著時間的增長,更遙遠的星系將被我們看到,可觀測宇宙的範圍肯定會進一步擴大,光走的距離將進一步增加。

不過有的星系,我們將永遠不會看到。因為哈勃定律告訴我們,相距越遙遠的星系,互相遠離的速度越大。據最新哈勃常數(73.52千米/秒/百萬秒差距)計算,大約距我們133億光年以外的星系的退行速度就超過光速了,即空間膨脹超過光速了,這意味著,這些星系發出的光永遠不會被我們看到。

我們之所以確定這是遙遠星系發出的光,是因為它的紅移值,根據都卜勒效應,紅移量越大,星系相對我們運動速度越大,再根據哈勃定律可知,星系運動速度越大,相距我們的距離越遙遠。

當然,目前距我們最遠的星系是GN-Z11,

它的光行距離為134億光年,加上空間膨脹,目前離我們有320億光年。

相關焦點

  • 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?並且我們深信光速是宇宙中的最快速度,如果不考慮宇宙膨脹的因素,我們能確定這是幾百萬年前發出的光,而不是現在發出的),幾百萬光年外的東西現在可能已經不在幾百萬光年外了,而是離我們更遠了。
  • 為什麼用天文望遠鏡可以看到幾百萬光年外?
    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?
  • 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?
    相對論表明,光在宇宙中的傳播速度始終保持有限且恆定的光速,這個速度是宇宙中最快的局域速度。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。
  • 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。
  • 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。
  • 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。
  • 為什麼哈勃能看到幾百億光年外,卻看不到我們附近星球的城市?
    也許有朋友會說,相對論已經證實光速是宇宙中最快的速度,怎麼可能有星系的移動速度超越光速呢?其實超越光速的並不是這些星系,而是包括它們和太陽系在內的三維空間本身,由於空間是不具備靜止質量的,它保持了宇宙大爆炸以來的擴張狀態,所以這種「速度」並沒有違反相對論。而由此得到的465億光年半徑的範圍,也就成為了我們人類可以觀測的宇宙極限。
  • 既然光速最快,天文學家如何知道星系在百億光年外?
    本文參加百家號科學#了不起的天文航天#系列徵文。每當發現新的天體或者天文事件時,天文學家總會告訴我們這個天體離地球有多少光年。既然光速是已知最快的速度,那麼,天文學家如何在短時間內知道天體離地球有多少千光年,多少百萬光年,甚至多少億光年呢?
  • 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?
    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。相信大家也都知道,哈勃望遠鏡是人類有史以來最強大的天文望遠鏡,哈勃望遠鏡是上個世紀90年代,美國航天局向太空發射一顆專門用來探測宇宙深空的望遠鏡,位於地球上方500多公裡的高空之中。在這個時候有人也就產生了疑惑,既然地球上可以假設這麼多的望遠鏡,為什麼美國航天局還要多此一舉將望遠鏡架設到太空去呢?
  • 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。
  • 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。
  • 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。
  • 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。
  • 人類能觀察到幾十億光年外的星系,怎麼不能看到過去一秒的景象?
    光速每秒約30萬公裡,每秒可以繞地球約七周,夠快吧?光年指光在一年裡跑過的距離,約9.46萬億公裡。所以光年是距離單位不是時間單位,但是,看幾十億光年外的星系的確看到的是該星系幾十億年前的樣子,因為光跑了幾十億年才到達我們地球,被我們看到。
  • 2200光年外的地方真的能看到秦始皇嗎?
    秦始皇生卒年份是公元前259年-前210年,也就是距今2229-2278年,因此上秦始皇時代的光最遠已經跑到了2278光年外,看來這2200光年的距離顯然不太夠,但這並非是關鍵,主要是理論上還是行得通的,因此我們只需要來考慮如何實現這!
  • 人的眼光超光速了嗎?為什麼一抬頭就能看到幾百光年外的恆星?
    有人問:人的眼光是不是超光速了,為什麼一抬頭就能看到幾百光年外的恆星?有兩個所謂的超光速是最為人所津津樂道的,一個就是人的眼光超光速,一個是人的思維超光速。眼光超光速就是題主所說,一抬眼就看到數百光年外的恆星了;思維超光速則是一下子就想到數百光年外的恆星,乃至宇宙邊緣了。
  • 哈勃才用了29年,為什麼它能看到100億年前的天體,超光速了嗎?
    哈勃在距離地表540公裡的軌道上繞著地球旋轉,由於太空中沒有地球大氣的幹擾,哈勃可以看到極為深邃的宇宙。哈勃看到了124億年前的超新星——SN 1000+0216,它所在的星系目前距離地球230億光年。哈勃還看到了131億年前的活躍超大質量黑洞——ULAS J1342+0928(類星體),它目前距離地球294億光年。
  • 2240光年外的超級文明能看到公元前221年秦始皇登基?
    離地球2240光年外的超高級外星文明是否可錄下公元前221年秦始皇登基稱帝景象?從理論上看沒有任何毛病,因為今年剛好是2019年,加上公元前221年的秦始皇登基的時間,剛好是2240年!從2240光年外觀測地球,秦始皇登基的光線剛剛到達,如果一直在開始觀測的話,很明顯能看到整個過程!