哈勃望远镜已看到134亿光年,那么宇宙究竟会有多大?


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哈勃望远镜已看到134亿光年,那么宇宙究竟会有多大?


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哈勃望远镜已看到134亿光年,那么宇宙究竟会有多大?


在2016年3月 , 美国国家航空航天局(NASA) , 发布了由哈勃空间望远镜拍摄到的一个遥远星系的星光图片 , 这个星系极其遥远 , 由于宇宙膨胀的缘故 , 它正在高速远离我们 , 根据光谱分析 , 测量到其红移量高达11.1 , 按照目前测定的哈勃常数计算 , 它距离我们约有134亿光年 , 这意味着 , 它的光是在134亿年前发出的 , 在宇宙空间传播了134亿年后抵达地球并被哈勃空间望远镜捕获 。

根据2013年3月21日 , 由欧洲航天局(ESA)的普朗克卫星最新数据确定的宇宙年龄 , 宇宙诞生至今约138.2亿年 。 这意味着 , 这个编号为GN-z11的遥远星系在宇宙大爆炸后4亿年左右就诞生了 。

这张哈勃空间望远镜拍到的光学影像图片 , 虽然看起来是一团黯淡的红色星云 , 但其实它是一个蓝色的星系 , 里面拥有大量的剧烈燃烧的大质量蓝巨星 。 但由于距离遥远 , 在传播过程中发生了极其严重的宇宙学红移(哈勃红移) , 导致被望远镜捕获时星光如此黯弱 。 不过其实这很好理解 , 在如此大的红移之下 , 一般小质量恒星的光已经在可见光以外了 , 难以被光学(可见光)波段的哈勃空间望远镜捕获 。

但可以确定的是 , 这里远不是宇宙的边缘 , 它仅是接近可观测宇宙的边缘 , 而更远的星系已经脱离了我们的观测范围以外了 。 这是由于从宇宙大爆炸之初就持续至今的宇宙膨胀 , 导致宇宙的大部分星系都正以超越光速的速度远离我们 , 我们将永远无法看到它们所发出的光了 。 因此 , 实际上宇宙有多大 , 科学家目前并不知晓 , 只知道很大很大 。

【哈勃望远镜已看到134亿光年,那么宇宙究竟会有多大?】为了看到更遥远的星系 , 探索早期宇宙的演化 , 探测第一代的恒星和星系 , 美国国家航空航天局(NASA)、欧洲航天局(ESA)和加拿大国家航天局(CSA)共同研发的红外空间望远镜——詹姆斯·韦伯太空望远镜将升空接替哈勃空间望远镜的任务 , 红外波段观测能力加上数倍于哈勃空间望远镜的口径 , 将有望发现更多红移量更大的遥远天体 。

你可能会奇怪 , 不是说这已经是宇宙诞生后4亿年就发出的光吗?最远不就宇宙大爆炸后0年发出的光吗?就算是宇宙诞生就发出的光 , 距离我们不就138.2亿光年吗?为什么说不知道宇宙究竟有多大?难道还会比138.2亿光年更大吗?
这里面其实有个误区 , 以为我们看到的星系就是最远的星系了 , 你以为我们看到的这个134亿光年的GN-z11星系 , 就是134亿年前距离我们最远的星系了吗?如果你这么想的就想得太简单了 , 可以肯定的是 , 这个134亿光年的GN-z11星系在134亿年前绝非距离我们最远的星系 。 那么那时比它更远的星系呢?很显然那些星系的光还没传到地球 。

另一方面 , 宇宙学的距离是相当复杂的 , 我们现在所说的134亿光年只是只它的光行距离 , 也就是光在134亿年时间里走过的距离 。 但由于光在传播过程中宇宙一直在膨胀 , 现在所说的这134亿光年实际上已经不止134亿光年了 。 但为了方便理解和计算 , 我们一般还是使用光行距离 , 也就是134亿光年 , 因为光行距离跟宇宙年龄很容易对应上 , 我们一说某个星系距离我们多远 , 就很容易知道它的光是宇宙诞生后多少年发出的 。 按照宇宙年龄 , 宇宙的可观测半径应该是138.2亿光年 , 但实际上当考虑了宇宙膨胀 , 可观测宇宙的实际半径根据估算大约在465亿光年 , 是光行距离的3倍多 。

而且随着上世纪末科学家发现的宇宙加速膨胀 , 这个光行距离跟实际距离——固有距离之间的差距将继续加大 。
那么问题来了 , 宇宙为什么会那么大?为什么会超过极限速度光速所能达到的尺度?这是因为宇宙经历了从诞生至今的持续膨胀 , 而且在宇宙大爆炸的初期 , 膨胀的速率超乎寻常 , 特别是在暴胀期的指数级膨胀 , 导致宇宙里最快的速度上限——光速已经无法定义宇宙的尺度 。

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