宇宙137.5亿岁,这是怎么测出来的?当然是哈勃的功劳

在哈勃望远镜发射升空前,天文学家为测定宇宙年龄已经苦苦努力了很多年。最开始,他们用确定宇宙膨胀率的方式测定宇宙年龄。


膨胀率这个值被称之为“哈勃常数”。所以,我们先来认识一下什么是“哈勃常数”

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哈勃常数

哈勃常数,是哈勃定律中的常数值。


哈勃定律是关于物理宇宙论的陈述,该定律是哈勃和米尔顿·修默生在接近十年的观测之后,于1929年首先公式化,被认为是在扩展空间范例上的第一个观察依据,经常被援引作为支持大爆炸的一个重要证据。


随着哈勃定律的提出,宇宙膨胀的观念逐渐确立。


2019年9月,德国科学家利用引力透镜效应计算出哈勃常数为82.4,从而推算得到宇宙年龄为114亿岁,比主流观点认为的137亿岁年轻20多亿岁。

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哈勃定律中和外星系退行速度同距离的比值。它是一个常数,通常用H表示,单位是千米/( 秒·百万秒差距)。该比值有时简称为速度-距离比,或哈勃比。


欧洲航天局于2013年3月21日宣布,根据普朗克卫星的测量结果得出新的哈勃常数值为67.80±0.77(km/s)/Mpc(Mpc表示百万秒差距,大约为300万光年),即在每增加300万光年的距离上(或每过300万年),星系远离地球的速度增大67.80±0.77千米每秒。


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由于哈勃常数具有很高的不确定性,天文学家最后计算出的宇宙年龄并不精确,在100亿年至200亿年之间。


随着哈勃太空望远镜的升空,科学家们有了新的测量手段。“哈勃”的一项重任就是帮助天文学家测定宇宙的准确年龄。


通过计算数十颗被称之为“造父变星”的脉动变星亮度,“哈勃”帮助天文学家完成了测定宇宙年龄的目标。


我们再来了解一下什么是“造父变星”


造父变星

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虽然大多数恒星遵循太阳的生命轨迹,但恒星生命中的变数是很多的。荷兰人古德里克在研究仙王座恒星时,发现其中的一颗——造父一的亮度会有规律地起伏变化。


古德里克观察到造父一的光度周期(即从最暗变到最亮又回到最暗所需要的时间)是5天9小时。此后人们发现了更多的变星,其中最重要的一类叫做造父变星,以其最著名的成员造父一而得名。


造父变星的光变周期与它们的真实亮度有联系:光变周期越长,亮度就越大。由于知道了视亮度和真实亮度,就可以计算恒星的距离,因此光变周期成为了计算变星距离的理想手段。


天文学家称造父变星为宇宙中的“标准烛光”,因为我们可以用它来测量视差法无法测量的特大距离。

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有趣的是,夜空中为我们指明方向的北极星,就是一颗造父变星,它的光变周期接近4天。造父变星的光度都非常强,他们不仅可见于银河系的边远地区,而且散布于银河系外的星系中,它们定期地“眨着眼睛”,告诉人们:“不要费神找了,我就在这儿。”从而使人们可以把更遥远的空间度量出来。


当然,这里也有必要介绍一下造父变星的发现者。古德里克于1764年诞生在荷兰,他一生又聋又哑,但是他的视力和智力很健全,并依靠上帝这点可怜的恩赐,成为一名杰出的天文观测家。


不幸的是他只活到了21岁就英年早逝。古德里克如同一颗美丽的流星,在人间留下一道绚丽的光芒,只一闪,就永远地消逝了。

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回到主题,通过计算出这些恒星与地球之间的距离以及其他相关分析,天文学家确定了更为精确的哈勃常数以及宇宙年龄,精确度达到5%左右。根据他们的计算,我们知道宇宙一个比以前更高精度的年龄——约137.5亿年左右!


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