人眼可見的最遠發光物是一個距離地球200萬光年的星系,由于它自身非常龐大且明亮,所以這樣遠也能被人眼捕獲,但必須是在天氣格外晴朗的夜晚才依稀可見。而我們銀河系所在的拉尼亞凱亞超星系團(又叫蘭天超星系團)的中心叫做巨引源,包括銀河系在內的500多個星系都圍繞它旋轉,它距離地球大概有2億光年遠。而在蘭天超星系團之外,還有著各種各樣其他的超星系團,甚至也有直徑長達2.5億光年的超級黑洞。而我們人類能觀測到的最遠距離為465億光年,來自那里星系的光線能夠揭示宇宙早期演化的圖景,科學家研究宇宙整體模型時,常常借助這個區域的光線。
面對這些上萬、上億光年的天文數字,嘆服于宇宙的神奇魅力時,許多人也會產生一個疑問,如此遙遠的距離,天文學家是通過什么方法計算出來的呢?
天文學家介紹道,我們人類用于探測星球距離的方法其實有很多種,根據星球和地球之間距離的不同,常常采用不同的方法。
對于太陽系內的八大行星,最有效的方法是雷達波探測法。它的原理非常簡單,就和軍事上探測敵方目標的方法一樣:向著行星發出雷達波,測量它彈回地球被接受到的時間,這個時間的一半再乘以光速,就是當前時刻該星球與地球之間的距離。
對于太陽系之外的星球,雷達波的方法就不那么管用了。雖然光在完全的真空中是不會有損耗的,但是遙遠距離精度依然是一個巨大的難題。退一步講,即便人類能夠準確把雷達波發射到太陽系之外的星球,它們和地球之間動輒成千上萬光年的距離,天文學家也不可能等到幾萬年后再去接收返回的雷達波,那時候人類估計都搬家了,這些星球怎么辦呢。
對于這些星球,天文學家使用的最基本方法是三角視差法。事實上,它的原理比“雷達波方法”還要簡單。有點類似于陸軍使用手臂和手指,來大概測量目標與自己之間距離的方法。具體方法是先在地球上描繪這顆星球與所在天區形成的圖景,然后等待地球在太陽軌道上走過半年的時間,剛好和半年前的自己達到一個最遠的距離,此時再描繪一次。這兩個圖景當中,由于地球拉開了一個直線距離,所以觀測到的星球也會和背景圖之間形成一個變化的角度。使用這個角度的三角函數關系,就能算出它和地球之間的距離。對于人眼能夠觀測到的星球,這個方法全都適用。
對于再遠一些的星球,天文學家使用了一種科技含量更高的方法:主序星擬合法(又叫光譜分析法)。處于主序星階段的恒星,它實際的量度是可以從它的光譜中得到確定的。而它的觀測量度,就會受到這顆恒星與地球之間距離的影響了。通過對比由光譜得到的實際量度,和由觀測得到的觀測量度之間的差異,就能夠分析出它和地球之間的距離了。
而對于那些幾十億甚至上百億遠的星系,科學家只能使用一種更加天馬行空的方法了:紅移測量法。通過光譜分析可以確定這個星系的紅移值(星系遠離地球而去的過程,會導致它發射向地球的光線的波長變長,在光譜上表現為譜線向著紅端移動,因此叫做紅移),由此可以計算出這個星系正在遠離地球而去的速度,被天文學家叫做“星系退行速度”。在465億光年遠處的星系,退行速度幾乎達到了光速,所以那是地球上可以觀測到的最遠距離(更遠距離的星系,由于退行速度大于光速,所以它發出的光線,永遠無法到達地球,所以無法被地球人觀測到。)。而從那個距離開始,離地球越近的星系,退行速度就會越慢,使用這個速度和光速的比值,就可以知道它和地球之間的距離了。
小編認為,自然科學的真相常常會當人類在某個方向產生突破時,帶來一個劇烈的變化。雖然目前我們的天文學研究方法,看起來客觀、科學、邏輯嚴密。但是不能否認的是,在它們背后存在著更多人類未知的神秘,也許這些事實的更外層包圍著一個更大的真相,隨著科技的進步,現在的許多被公認的知識都會被推翻。所以我們遙望星空時,最重要的不一定是“465億年最遠值”或“紅移測量法”的科學認知,而是對天地萬物保有的一秉虔誠敬意,即便對它的原理一無所知,能夠在這樣復雜美妙的宇宙世界中擁有一次智慧生命,已然是極度的幸運!