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?

2021-01-09 火星科普

本文參加百家號 #科學了不起# 系列徵文賽。

在1990年,從挑戰者號太空梭爆炸的陰霾中走出來之後,美國宇航局(NASA)用發現號太空梭把哈勃太空望遠鏡送入太空。但由於哈勃的主鏡位置偏差了2.2微米,導致出現嚴重的球面像差,使得哈勃觀測到的圖像變得模糊。為了解決哈勃的「近視眼」問題,NASA太空人乘坐奮進號太空梭飛上太空對哈勃進行了首次維修。此後,哈勃開始大顯身手,把我們帶到了前所未知的領域。

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。哈勃還發現了133億年前的星系——MACS0647-JD,它目前距離地球319億光年。

有些人可能會有疑問了,既然哈勃太空望遠鏡才觀測宇宙不到30年(29年)的時間,為什麼它可以看到100多億年前的天體,而且那些天體還遠在兩三百億光年之外?哈勃超光速了嗎?

關於這個問題,需要弄清楚哈勃是怎樣看到天體的。哈勃不是光的發射裝置,哈勃觀測到遠方的天體,並不是因為它向外發出了光,然後以光速在宇宙中傳播,再到達天體。如果是這樣,哈勃只能觀測到距離地球30光年之內的天體,根本不可能看到遙遠的河外星系。

事實上,哈勃是光的接收裝置。宇宙中的天體不斷向外發出光,這些光始終以光速在太空中不斷前進。經過一定時間之後,這些光抵達太陽系,並最終到達地球被哈勃接收到。哈勃收集到星光之後,可以對這些光進行成像。然後,哈勃把接收到的光學信息傳回地球,經過進一步處理之後,就得到了我們所看到的天體照片。

無論是哈勃太空望遠鏡,還是人的眼睛,看到物體的原理都是一樣的,都是因為接收到了光才會看到物體。通過肉眼,我們甚至能看到300萬光年外的三角座星系,我們接收到的光是三角座星繫於300萬年前發出的。另外,本身不發光的物體能夠被看到,是因為物體會反射光,只要接收到這些反射光就能看到物體。

因此,無論一個天體距離地球有多遠,只要它發出的光有足夠的時間傳播到地球上,並且光的強度足夠高,這個天體就能被看到。SN 1000+0216超新星在124億年發生爆炸,由於這顆超新星距離地球十分遙遠,它發出的光耗費了長達124億年的時間才抵達地球,所以哈勃看到的是SN 1000+0216在124億年前的景象。

至於為什麼SN 1000+0216超新星所在星系目前距離地球達到了230億光年,是因為空間在過去的124億年裡不斷膨脹,導致它與銀河系之間被逐漸拉開,距離變得越來越遠。

根據目前的哈勃常數估計,SN 1000+0216超新星所在星系現在正以1.65倍光速在遠離銀河系,退行速度超過了光速,這意味著我們在未來不可能會接收到這個星系在目前發出的光。這種超光速現象源自於空間膨脹,與相對論中的局域速度無甚關係。

相關焦點

  • 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。
  • 哈勃望遠鏡能觀測多遠?假如能看到460億光年外就能看到138億年前
    #科學了不起#1927年,天文學家提出「宇宙大爆炸」理論,距今不到100年的時間,逐漸深入人心。人類似乎已經很了解宇宙了,但其實還有很多問題沒有答案。我們並不清楚大爆炸之前宇宙是什麼樣子,到底是什麼觸發了爆炸,爆炸的一瞬間發生了什麼;我們也不清楚將來宇宙是不是會永恆存在;我們不清楚宇宙有沒有邊緣,它的範圍是無限的還是有限的;我們更加不清楚我們身處的宇宙是獨一無二的,還是宇宙之外還有宇宙?不過,我們清楚地知道是什麼限制了我們的視野——只要無法超越光速,我們就只能看到我們周圍的這部分宇宙。
  • 宇宙膨脹在150億光年處超光速,為什麼能看到930億光年的天體?
    從一個便於理解的例子說起這個問題可以用一個差不多的例子來說明:在黑夜裡,一架超音速飛機以2倍音速遠離我們而去,它在離觀察者10千米的地方發出聲音,觀察者大約在29秒以後才能聽到。但這個時候,飛機已經飛到 30千米以外的地方了。
  • 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?
    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。
  • 宇宙年齡是130億年左右,為什麼人類能觀測到460億光年遠的天體?
    為什麼在一個年齡有130億年的空間內,卻能觀測到460億光年外的天體.光速不是不可以被超越的嗎?這到底是為什麼!?答案就在這個問題之中.愛因斯坦相對論中也有闡述此類現象包括對空間凹陷的表述接下來,我們用數學公式來算一下這個超越光速的速度首先要以我們為中心,到能看到最遠的天體距離為半徑畫一個球體
  • 能看到75億光年前的景象,是否能看到十年前的地球景象?
    這些技術可以捕捉極微弱的光,讓我們看到數十億光年之外的星系。為什麼我們能看到幾十億年前的星系呢?許多朋友認為人們的眼睛是超光速的,他們的證據是暴力的和直接的,因為他們可以仰望數萬甚至數百萬光年之外的星系。比如,我們人眼能看到位於254萬光年的M31,但是事實上,這個認識存在很大誤解。
  • 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?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。
  • 為什麼宇宙的年齡是 130 億年,而我們卻能看到 470 億光年遠?
    我只是不理解如果光速不可超越的話,怎麼會在130億年時間裡產生了470億光年的距離,並且是人類可觀測到的,也就是說還有更遠的東西我們目前還無法觀測得到呢。求一個通俗易懂簡單的解釋。,因為宇宙的空間無處不在的膨脹,在138億年前發射出光線的物質早已遠離我們而去(注意我們上面車子的類比),實在是遠的不能再遠了(遠大於460億光年)
  • 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?
    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?
  • 宇宙在超光速膨脹,北鬥七星的位置,為何幾千年來一直沒有變化?
    宇宙大爆炸起源說科學家們認為,大約在138億年前,在宇宙中存在一個體積無窮小、質量無窮大、密度無限大……一切物理知識在裡面都失效的點,這個點被命名為「奇點」,宇宙就誕生於這個奇點的一場大爆炸,奇點爆炸之後宇宙在不斷的膨脹,經過130多億年的膨脹、沉澱和組合,最終形成現在宇宙的樣子。
  • 宇宙年齡138億年,直徑930億光年,宇宙膨脹超光速了嗎?
    通古計算哈勃常數,最後可以簡單得到宇宙的年齡,大約在138.2億年前,一個無限緻密、質量無限大、體積無限小的奇點「爆炸」了,宇宙開始演化一直到今天仍舊在不斷的膨脹。實際上930億光年,只是人類目前可以觀測到的宇宙範圍,也就是以地球為核心的一個半徑465光年的球體範圍。但這並不意味著宇宙的真實範圍,只是距離我們465億光年遠外的星系或者物質的光剛剛到達地球被我們看到,而距離更遠的光尚還沒有來到地球。更簡單的來說,可觀測宇宙範圍是和人類能產生因果關係的範圍。
  • 138億年前的光穿過宇宙到達地球,中途沒有天體阻擋嗎?
    夜幕降臨,當我們抬起頭看向上空會看到各種星光,一個星光就是一顆星球。雖然由於肉眼的視線狹窄,我們看不到更遠處的星光,但至少肉眼可見的星球離地球並不算太遠。即使中途有經過的天體,用不了多久也會重新看到這些星光。而目前最公認的宇宙年齡為138億年,之所以得出這個數據,是因為我們能接收到最遠的星光就是138億光年。
  • 愛因斯坦說光速不可超越,宇宙138億年,為何能膨脹出930億光年?
    宇宙的年齡可以通過對哈勃常數以及所含成分的密度參數的測量決定為什麼138億年的時間膨脹出了465億光年的宇宙有了宇宙誕生的模型、參數和時間,那麼科學家計算出了宇宙的大小,大約930億光年直徑!也許大家有點懵逼,宇宙誕生不就是138億年麼?怎麼就膨脹出465億光年半徑的宇宙,即使以光速膨脹宇宙也就276億光年直徑,難道算錯了嗎?
  • 在一個138億年前的宇宙中,科學家怎麼能看到461億光年遠的地方?
    大爆炸已經有138億年了,這可能會讓你想到我們能看到的最遠的天體是138億光年遠的。但不僅如此,我們能看到的最遠距離是138億光年距離的三倍多:461億光年。圖註:我們經常將空間視為一個三維網格,即使在考慮時空概念時,這是一個幀相關的過度簡化。
  • 科學家發現宇宙在變熱,比100億年前熱十倍
    一項最新科學研究表明,宇宙在過去的100億年中,,從22萬攝氏度左右升高到了220萬攝氏度,升溫幅度達到了十倍! 筆者看到這個新聞時有點懵,宇宙不是在慢慢變冷了,為什麼100億年過去了,溫度還在不斷升高呢?
  • 科學家發現宇宙在變熱,比100億年前熱十倍
    一項最新科學研究表明,宇宙在過去的100億年中,,從22萬攝氏度左右升高到了220萬攝氏度,升溫幅度達到了十倍!筆者看到這個新聞時有點懵,宇宙不是在慢慢變冷了,為什麼100億年過去了,因為按觀測計算,宇宙的膨脹速度比以前快了那麼一丟丟,這下捅了馬蜂窩了,宇宙在膨脹變冷大家都能明白,但為什麼宇宙還加速膨脹呢?
  • 光速無法超越的宇宙鐵律是真的嗎?在它面前,光速慢如蝸牛
    於是有人提出疑問:光速無法超越的宇宙鐵律是真的嗎?想要知道光速是否可以突破,我們首先需要在宇宙中找到存在的超光速現象,只要確定了宇宙中確實存在超光速現象,那麼光速無法超越的宇宙鐵律就是錯誤的,人類還是有希望實現探索整個宇宙的夢想。那麼宇宙中存在超光速現象嗎?答案是的。光速在它面前慢如蝸牛。
  • 138億年,465億光年,人類能看到怎樣的時空極限?
    由於光速是有限的,隨著觀測距離的增加,我們能夠看到越來越早之前的宇宙。那麼,人類所能觀測到的宇宙極限在哪裡?肉眼可見的極限最初,人們直接通過肉眼來觀測宇宙。但宇宙太大了,我們只能看到宇宙的極小一隅,很多暗淡的天體都無法看到。
  • 10倍光速!科學家發現26億光年外神秘天體,相對論將被改寫?
    >天文學家熟悉恆星生涯過程中誕生的所有天體,比如行星、恆星以及白矮星、中子星以及恆星的集合星系等,但在1960年,美國天文學家艾倫·桑德奇用5米口徑的光學望遠鏡在3C48天體中發現了奇怪的發射光譜,1963年荷蘭裔美國天文學家馬丁·施密特發現在3C273的光譜中具有與3C48類似的現象!
  • 宇宙才138億歲,直徑卻達到了930億光年!不是說光速不可超越嗎?
    哈勃紅移和宇宙微波背景輻射告訴我們,我們的宇宙極有可能是來自於138億年前的一場大爆炸。如果這個理論是正確的,那就意味著所有物質的運動最早也是從138億年前開始的,就算這些物質以光速連續運動了138億年,它們之間相隔最遠的距離也應該是不大於138億光年的啊,為何宇宙中會有間隔200億光年的天體,為什麼我們可觀測宇宙的直徑又是930億光年?