天文小知識:我們了解的宇宙性質

天文在線 發佈 2021-08-03T08:01:27.611493+00:00

眾所周知,宇宙的性質需要有三個關鍵的因素:星系退行、天空中微弱的微波、宇宙中最多的元素氫和氦。1929年,愛德文·哈勃聲稱星系的徑向速度與他們的距離成正比。該理論基於星系紅移的測量並估計他們間的距離。紅移是測量光譜線的波長從實驗室測量值偏移多少的一種方法。

眾所周知,宇宙的性質需要有三個關鍵的因素:星系退行、天空中微弱的微波、宇宙中最多的元素氫和氦。

1929年,愛德文·哈勃聲稱星系的徑向速度與他們的距離成正比。該理論基於星系紅移的測量並估計他們間的距離。紅移是測量光譜線的波長從實驗室測量值偏移多少的一種方法。假設是因為都卜勒效應,那麼星系的紅移就是它的徑向速度。他對於星系距離的估計是基於一種特別的恆星的亮度(一顆被稱為造父變星的脈動恆星)

在哈勃關係中比例常數被稱為哈勃參數/哈勃常數(v=H*d,其中v是速度d是距離)。哈勃初步估計哈勃參數是464 千米/秒/百萬秒差距(換言之,星系中1MPC=3百萬光年之外的速度是464千米/秒) 我們現在知道哈勃不知道有兩種造父變星。如今哈勃參數的各種估計值範圍在50—100千米/秒/百萬秒差距。

哈勃測量了天空中大量位置不同、亮度不一的星系。他發現不同方向中模糊星系的數量是相同的(雖然北方的天空中有大量的明亮星系)。當不同方向的星系分布相同時,它具有均勻性。當哈勃尋找比某一特定亮度暗4倍的星系時,他找到的星系大約比這個界限還要亮的星係數量的8倍。亮度小四倍意味著距離增加一倍。

而雙倍的距離又意味著你看到的體積是它的8倍大。這個結果表明宇宙空間接近同質或者說宇宙大範圍的密度相同。(當然,宇宙並不是各向同性或均勻的,因為它像地球一樣含有密集區域。然而,假設你有一個足夠大的盒子,你就會在其中找到差不多數量的星系。這樣,把宇宙看作是各向同性、均勻的就是合理的了)對這個大區域的調查證實了在超過3億光年的界限上宇宙趨向於各向同性和均勻性。

1965年在彭齊亞斯和威爾遜對外宣稱發現宇宙微波背景之後,這個例子對於證明宇宙各向同性和均與性更加有利。他們在7.5厘米波長處觀察到一束非常亮的光,等價於來自於黑體的放射物,黑體的溫度在開氏溫標下為3.7+/-1。(開氏溫標和攝氏溫標的度數相同,但更具有參考意義的是在完全零度的環境下,所以水的冰點是開氏溫度273.15)。黑體的輻射物質能夠吸收任何輻射並且保持恆定溫度。

自此,許多天文學者一直測量在不同波長的情況下宇宙微波背景的亮度。當前對於宇宙微波背景最有效的頻譜信息來自於宇宙背景探測器衛星上的遠紅外絕對分光光度計設備。宇宙背景探測器的數據與來自於黑體的輻射、溫度在2.728K的數據是一致的。(實際上,我們處在一個溫度為2.728K的烤箱裡)。宇宙微波背景的溫度在天空中也是一樣的。在宇宙微波背景輻射傳輸的距離對我們來說,宇宙必須極其及其接近均勻和各向同性。這些觀察組成了所謂的宇宙學原理:宇宙是均勻的而且是各向同性。

如果宇宙在膨脹——像星系衰退表現的那樣——如今處於某個溫度之下,那麼再過去星系間更接近、宇宙溫度更熱。如果我們咋時間上繼續像後推,我們就會到達恆星內部的溫度(幾百萬的溫度、在這個時間星系間非常接近以至於他們並不是我如今看到的樣子)如果溫度達到了恆星內部溫度,聚變就該發生了。

宇宙組成中最主要的成分是氫和氦。在知道宇宙的膨脹速率之後,我們就能了解它聚變時需要的時間。根據這個預測,宇宙最初是純氫氣組成,其中25%的氦氣融合形成氘氣(重氫)、氦氣(氦-4和氦-3)和鋰;大部分聚變的產物是氦-4. 對於非常古老的恆星和遙遠的氣體觀測顯示氣顯示,大量的氫和氦含量約為75%到25%。

作者: sciastro

FY: 海苔色

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我的臉用它洗完後,真的好像「嬰兒的PP」變好嫩喔 😆

2021-11-15T07:04:36.922123+00:00

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