又一未解之谜诞生,宇宙年龄疑团丛生 你的星光就是尺!
哈勃常数的计算方法经历了多个阶段的发展。最初,哈勃使用“造父变星法”来测量星系到地球的距离。造父变星是一类亮度周期性变化的恒星,天文学家发现其光变周期与其真实亮度之间存在固定关系。通过观测这些恒星的亮度变化,可以推算出它们的真实亮度,再结合我们看到的亮度大小,就能计算出距离。这种方法帮助哈勃确定了星系到地球的距离,进而测定了星系的退行速度,从而计算出哈勃常数。
然而,造父变星法有明显局限。首先,在遥远的星系中分辨出单颗恒星非常困难,即使使用当时最先进的望远镜也无法找到超出一定距离的造父变星。其次,恒星亮度相对于遥远距离来说极其微弱,测定其明暗变化时误差较大。最后,星际尘埃对光线的影响也增加了测量难度。
随着宇宙学理论和观测技术的进步,天文学家找到了新的方法来测量哈勃常数。其中一种是超新星测距法。Ⅰa型超新星在爆发时亮度恒定,因为它们的质量总是达到太阳质量的1.4倍。这种超新星的亮度极高,比普通恒星高几个数量级,因此观测距离可扩展至100多亿光年之外,受星际尘埃干扰小,观测精度大幅提升。
另一种方法是CMB测量法,即通过观测宇宙微波背景辐射的温度波动来推导哈勃常数。宇宙微波背景辐射是大爆炸后38万年形成的光子,如今温度约为2.725 K。科学家通过观测这些温度波动,可以利用弗里德曼方程等数学模型计算出哈勃常数。
有趣的是,这两种方法测得的哈勃常数值存在差异。超新星测距法得到的结果约为70,而CMB测量法则为60多。起初,科学家认为这是正常误差,但随着时间推移,这种差异变得越来越显著。例如,普朗克卫星测得的哈勃常数为67左右,对应宇宙年龄约138亿年;而亚当·里斯团队用超新星测距法测得的哈勃常数为73,对应宇宙年龄约125亿年。这种差异表明,现有的宇宙学模型可能需要进一步修正和完善。
这一未解之谜不仅激发了科学家的研究热情,也为科普工作者提供了丰富的素材。科学的发展往往伴随着这样的意外,每一次重大突破都源于对未知的探索。
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