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发明宇宙膨胀90周年了!哈勃意识到宇宙正在膨胀的那一天

今年是一个令人难以置信发现的90周年纪念:宇宙在膨胀。这一发现是由埃德温·哈勃(Edwin Hubble)带头进行的,哈勃太空望远镜就是以他的名字命名。作为加州洛杉矶威尔逊山天文台的天文学家,哈勃拥有当时最先进的设备,尤其是100英寸(2.5米)胡克望远镜。该望远镜建于1917年,在1949年之前一直是地球上最大的望远镜。根据卡内基科学研究所(Carnegie Institution for Science)的说法:自1919年以来,哈勃一直在天文台发现新的星系。1923年他发明了一种测量遥远星系与银河系之间距离的方法,其中包括计算另一个星系恒星的实际亮度,然后将其与它们在地球上的亮度进行比较。

博科园-科学科普:这项研究工作带来了另一个启示,根据卡内基研究所的资料,哈勃还知道早期天文学家韦斯托·梅尔文·斯莱弗(Vesto Melvin Slipher)的研究工作,他发现,通过观察来自银河系光的波长变化,可以测量出一个星系向银河系移动或远离银河系的速度有多快。这种测量方法被称为多普勒频移,其原理与救护车警报器接近、经过和后退时发生的音高变化相同,只是用光代替了声音。在光的情况下,物体向静止的观察者发射的波长似乎更频繁,因此蓝色更蓝。从后退物体发出的波长似乎不那么频繁,因此更红。

科学家使用宇宙距离阶梯来测量宇宙的膨胀速度。这个阶梯,在这里象征性地显示,是一系列恒星和星系中其他已知距离的物体。通过将这些距离测量值与物体远离我们的速度结合起来,科学家可以计算出膨胀率。图片:NASA/JPL-Caltech

有了关于其他星系距离和多普勒频移的信息,哈勃和同事在1929年发表了一篇论文,这篇论文将改变天文学。这篇题为“星系外星云之间距离和径向速度关系”的论文证明,从银河系可见的星系似乎都在加速远离(1929年1月17日,这篇论文被“转交”给了美国国家科学院)。哈勃和合作者观察到的正是宇宙本身膨胀,用一个著名的比喻,星系就像宇宙面包面团里的葡萄干。当面团膨胀时,所有的葡萄干会分开,但是它们仍然粘在同一个面团里。这一发现使计算宇宙年龄成为可能:大约137亿年。在哈勃小组报告他们的发现90年后,科学家们仍在试图了解这种膨胀是如何发生的。

去年,天文学家使用以哈勃命名的望远镜报告说:膨胀速度比预期的要快——准确地说,是每秒73公里每百万秒。一个百万秒差距是330万光年,所以这个测量意味着距离地球330万光年,一个星系似乎以每秒73公里的速度后退。几个月后,同样的研究人员发现,宇宙中更远的区域似乎扩张得更慢,速度为每秒67公里/百万秒。这种差异表明,某些东西(也许是暗能量或暗物质)正在以我们尚未理解的方式影响着宇宙膨胀。

博科园-科学科普|文:Stephanie Pappas/Live Science

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