宇宙的星星非常遥远,为什么我们可以看到几十亿光年之外的星星?
天文学作为人类最古老的科学,研究对象已经从初的日月星辰,扩展到了半径465亿光年的可观测宇宙中
太阳系内的天文学研究,一般用“天文单位”来表示距离,一个天文单位的长度是1.5亿千米,而一旦离开太阳系进入星际空间,光年就会取代天文单位,成为新的距离单位,一光年指的是光在真空中飞行一年所经过的距离,大体数值是94600亿公里。
与一光年长度形成鲜明对比的,是每秒三十万公里的真空光速,如此“缓慢”的光速意味着,人类永远看不到宇宙的实时状态。
路程,速度,时间,三者之间的关系我们每个人都十分清楚,套用到宇宙来看就会发现,地月之间38万公里的距离,以每秒三十万公里速度飞行的光,需要一秒多一点才能跑完,而光速又是宇宙中信息传递速度的上限。
以上事实意味着,如果月球突然爆炸,地球上的人们要等到一秒钟之后才能发现,如果太阳突然熄灭,地球上的人也要等待差不多8分半,才会发现天空突然黑下来。
光子作为宇宙中唯一一种,不需要加速过程就能达到光速的量子,一直承担着宇宙信息传递的任务,诞生于电子能级跃迁过程中的它们,一生都在以每秒三十万公里的速度奔波,一刻都未曾停歇。
比邻星作为离太阳最近的恒星,它和太阳的距离是4.22光年
也就是说,诞生自比邻星的光子们,需要4.22年才能飞到地球被地球人看见,所以人类之所以睁开眼就能看到这些光子,并不是因为眼睛在瞬间抵达了4.22光年之外的比邻星,只是因为光子飞到了人的眼睛里而已。
眼睛和光子的关系,就好像收音机与电台的关系,关机状态时电台依然在持续向外发射新号,但只有收音机开机后,才能接收到电台信号。
人类的眼睛只是一个电磁波接收装置,且只能接收可见光波段内的电磁波,眼睛本身并不会去主动寻找,只会被动接收,所以“眼球速度”从来都不存在,“眼球速度”超光速更是无稽之谈。
这是个非常有意思的问题。
根据科学家的测量数据,目前人类肉眼可以看到的最远的星球离地球有75亿光年。科学家们将这颗特别的星球命名为伽马射线暴GRB 080319B,它的光芒被发现于2008年,之所以人类肉眼能够看见它,主要就在于光是能够直线无限传播的,事实上,或许可能还有更远的星球能够被人类看见,只不过是由于被暗物质、黑洞等吞噬,才让得人类没有发现它们的存在,不过,75亿光年是何等的概念?这必然不用多说,但它真的是一颗星球吗,这并不是一定一定的,毕竟诸多东西都是人类的推测和猜测而已。
其实不是我们的肉眼一秒可以看到这个几十亿光年之外的星球,而是这个星球的光跑了几十亿年被我们捕捉到了,在涉及到光速的问题上,有两个不能忽视的因素:时间和空间。既然是距地球75亿光年的星球,也就是说,我们肉眼看到的是这个星球75亿年发生的事,而我们观察到的这光的同时,这个星球的现状到底是怎么样,仍是一个未知之数。
人类肉眼看到的星星
在很多人的常识中,我们能否看见一个物体,很大程度上取决于我们与物体的距离,一个物体拿到足够远后我们肉眼就看不清了,当然距离只是其中一个因素,物体的亮度也是影响我们能否看到它的重要因素,这在天文学上尤其明显。
行星
我们在万里无云的夜空下,可以看见密密麻麻星星,还有一条明暗相间的银河,在这些星星中,有少数几个是我们太阳系内的行星,比如金星、水星、火星、木星、土星,在特殊时候我们都可以肉眼看见。
天王星的视星等为6.07,处于人类肉眼能看见的极限边缘,在特殊条件下,视力好的人是可以肉眼看见天王星的,这也是人类能肉眼看见的最远行星,与地球的距离大约为25亿公里。由于行星不发光,所以再远的行星就无法肉眼看见,我们只能借助天文望远镜来观测。
恒星
宇宙中最显眼的天体是恒星,恒星发出耀眼的光芒,可以传播到很远的地方。
在夜空下,我们肉眼能看见的恒星大约有6000颗(南半球+北半球),其中最亮的当属天狼星,视星等高达-1.46,也是全天外除太阳外最亮的恒星,如果我们用天文望远镜观察,会发现天狼星其实是一个双星系统,由一颗蓝矮星和一颗白矮星组成,距离地球8.6光年。
在大约6000颗肉眼可见的恒星中,其中绝大部分与地球的距离不超过5000光年,最远的距离地球大约1万光年,当然亮度已经变得非常低,比如:
(1)海山二,距离地球7500光年,当前视星等为4.3,在1843年时海山二出现一次伪超新星爆发,当时视星等一度达到了-0.8。
(2)HD 91619恒星,位于天鹅座,视星等6.09,距离地球1.36万光年。
(3)HD 188209恒星,视星等5.6,距离地球1.48万光年。
星系
我们位于的银河系,是一个由近2000亿颗恒星组成的巨大天体系统,在我们可观测宇宙中,还有数万亿的星系,虽然一颗恒星的亮度非常有限,但是数以千亿计的恒星组成的星系,亮度就非常可观了。
比如在南半球的夜空,我们很容易看到大麦哲伦星云和小麦哲伦星云,它们分别距离地球16万光年和20万光年,两者都属于我们银河系的卫星星系。
在北半球,合适的时候我们还能肉眼看见仙女星系,仙女星系距离地球254万光年,视星等3.44,仙女星系也是我们本星系群中最大的星系。
仙女星系有个卫星星系叫做三角座星系,距离地球大约300万光年,视星等5.72,也基本在人类肉眼可见的极限边缘,在特殊时候肉眼也能隐约看见,这是人类能肉眼看见的最远星系。
其他天体
在我们宇宙中,还有一些突发事件,会导致某些天体的亮度瞬间变得相当高,比如超新星爆炸,不明原因的伽马射线暴等等。
在2008年3月19日,美国雨燕空间探测器捕捉到一次名为GRB 080319B的伽马射线暴,数据分析显示,此次射线暴在可见光波段的视星等在5~6之间,也就是说,如果当时有人在夜空下刚好朝这个方向观看,是有可能看到此次事件的,但是持续时间只有半分钟,而该事件对应的天体距离地球75亿光年,这也是人类肉眼可见的最远天体。