天文學家是怎麼知道光在宇宙中走過了多久時間的?

可能大多數朋友都有一個問題,夜空中的星星有一個光點,那些光過了多久時間才到達地球的?我們能測量這到達地球中其中一個光子的年齡嗎?似乎不行,因為對於光子來說到達宇宙任何地方對它來說時間都是零,因為光速下時間是停滯的,簡單的說即使到達宇宙的盡頭,光子依然是出發時的光子,永葆青春!

天文學家是怎麼知道光在宇宙中走過了多久時間的?

那麼怎麼來確定光子所經過的時間呢?很簡單隻要測量恆星的距離即可!但恆星距離地球那麼遙遠怎麼來測量距離?因為光速是不變的,只要知道距離就能算出時間....比如月球,現在可以通過激光測距來實現,精度極高!但遙遠的星星又怎麼知道呢?

天文學家是怎麼知道光在宇宙中走過了多久時間的?

上圖是太陽系周圍數32顆恆星的距離與方位,方位不難,因為我們能直接看到,但天文學家又是怎麼知道這些恆星的距離呢?下面我們簡單來說說幾種測距方法:

天文學家是怎麼知道光在宇宙中走過了多久時間的?

一、週年視差 其實看到這個圖示大家應該就明白了,地球距離太陽的位置已知,那麼只要知道仰角就知道距離了,完美......太陽系周圍的恆星都可以用這個方法測量!但這隻能測量太陽系周圍的恆星,更遠的仰角就接近90度,無法測量了.......

二、分光視差法 這是一種分析恆星光譜以測量恆星距離的一種方式,恆星的視星等和絕對星等之間遵守公式:5lgr=m-M +5 這個測量的關鍵是估計恆星的絕對星等,這要從恆星的光譜中分析,還要考慮星際塵埃對星等的影響!當然這不可能做到很準確,比激光測距的精度差了可不知一星半點!

三、造父變星這個比較容易理解,利用光度週期性變化的造父變星去估測變光週期內亮度一致的恆星的距離,也能測量一大批恆星!

天文學家是怎麼知道光在宇宙中走過了多久時間的?

斯皮策天基紅外望遠鏡對造父變星周光關係的普查,以此為標準可以推算恆星以及星系的距離,宇宙膨脹的速率等!

四、Ia型超新星這是一種特殊的超新星爆發模式,它大部分時候都是一顆恆星+一顆白矮星伴星的模式出現,白矮星是內核質量小於1.44倍太陽的恆星紅巨星後期階段坍縮而成,質量不夠無法形成超新星爆發,但吞噬後期成為紅巨星的伴星物質給了它一個機會!當然吞噬質量和其本身質量超過1.44倍太陽時就會超新星爆發,一致性非常好,可以拿來做宇宙中的“標準燭光”!只要遙遠星系內有一顆Ia型超新星爆發,那麼這個星系的距離就確定了!

天文學家是怎麼知道光在宇宙中走過了多久時間的?

Ia型超新星爆發過程,一個星系那麼多恆星,總有個機會觀測到Ia型超新星爆發,而我們的天文學家有的是時間哈....

五、再來介紹個紅移的方式測量距離的方式早在上世紀二十年代,哈勃就確認了宇宙在不斷膨脹中,距離越遠的天體膨脹速度越快,當然這得在百萬秒差距(326萬光年)以後會比較準確一點!簡單的說只要測量出了天體光譜的紅移值就能大概估算出這個天體的距離!

天文學家是怎麼知道光在宇宙中走過了多久時間的?

介紹了比較典型的幾個天體距離測量方法,而只要知道了距離,這光經過多少時間就立馬可以計算出來,也算是曲線救國的一種方式吧,總不能在光子的年齡上鑽牛角尖!


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