天文学家估算出迄今最精确的宇宙膨胀速率

http://it.sohu.com/20121008/n354412813.shtml

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天文学家借助美国宇航局的斯皮策太空望远镜估算出了迄今最精确的宇宙膨胀速率。

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斯皮策望远镜通过红外波段可透过尘埃对宇宙中的“造父变星”进行观测，造父变星对于测算出宇宙的膨胀速率至关重要

　　【搜狐科学消息】据国外媒体报道，美国一个天文学家团队近日借助美国宇航局的斯皮策太空望远镜估算出了迄今最精确的宇宙膨胀速率。
　　天文学家们目前认为，宇宙大爆炸发生在大约137亿年前，因此，确定宇宙的膨胀速率对于了解宇宙年龄和宇宙大小非常关键。斯皮策太空望远镜的新测量方法是利用波长较长的红外线对宇宙进行观测，比通过可见光波段对宇宙进行观测的哈勃太空望远镜的测量精确度更高，使宇宙膨胀速率的不确定度降低了3%左右，是宇宙测量精确度上的巨大飞跃。
　　根据天文学家最新的计算结果显示，新的哈勃常数值（即宇宙膨胀使得星系间被拉伸分开的速率）为74.3±2.1km/（s•Mpc），Mpc表示百万秒差距，大约为300万光年，即每增加300万光年的距离，星系远离地球的速度为每秒增大74.3千米，误差为正负2.1千米。据悉，哈勃常数是根据美国著名天文学家埃德温•哈勃（Edwin Hubble）的名字命名的，他在上个世纪二十年代首次发现我们的宇宙自从大爆炸发生后，就一直处于不断膨胀的状态中。
　　美国宇航局喷气推进实验室的科学家迈克尔•维尔纳(Michael Werner)说：“斯皮策太空望远镜又一次完成了超越它设计要求的科学任务，首先，该望远镜探测遥远系外行星的大气的能力令人惊叹，现在它成为一个宝贵的宇宙学工具。”
　　这项研究成果获得了美国宇航局的威尔金森微波各向异性探测器的有关暗能量测量数据的帮助。暗能量是当前宇宙学研究的最大谜团之一。天文学家们在90年代后期惊讶地发现，我们宇宙的膨胀速度实际上随着时间的推移逐渐加快。为了了解宇宙是如何克服重力作用的，科学家在理论上认为一定是暗能量把宇宙间的各星系拉开。此项研究的负责人、美国卡内基天文台的科学家温迪•弗里德曼（Wendy Freedman）说：“这是一个巨大的谜题。让我们感到兴奋的是我们可以使用斯皮策太空望远镜强大的观测能力来解决宇宙学中的基本问题：目前状态下宇宙的膨胀速率，以及测量宇宙中的暗能量的数量。”
　　斯皮策太空望远镜通过红外波段对宇宙进行观测，能够改善过去使用哈勃望远镜可见光波段对哈勃常数的测定结果，其优势是可透过尘埃对“造父变星”进行观测。据悉，造父变星是一类高光度周期性脉动变星，其亮度随时间呈周期性变化。造父变星对于测算出宇宙的膨胀速率至关重要，因为它们与地球的距离可以很容易地测量出来。1908年，美国女天文学家亨丽埃塔•莱维特（Henrietta Leavitt）发现这些恒星远离地球的速度与其亮度相关。为了使这一理论更形象化，想象一下，有一个人拿着一支蜡烛，当他离你越近，蜡烛看上去就越亮，他离你越远，蜡烛看上去就越暗淡，蜡烛亮度可揭示他与你的距离。同样的原理也适用于造父变星，它们是我们宇宙中的标准烛光。通过测量它们在天空中的亮度，再将这一亮度与其近距离时的亮度进行比较，天文学家们就可以计算出它们与地球的距离。
　　斯皮策望远镜在我们的银河系中观测到了10颗造父变星，在邻近星系大麦哲伦星云(Large Magellanic Cloud)中发现了80颗造父变星。如果没有宇宙尘埃阻断他们的视线，该天文学家团队能够获得这些恒星更精确的视亮度。有了这些数据，研究人员就可以更精确地估计我们宇宙的膨胀速率。弗里德曼说：“就在十年前，在同一个句子同时使用‘精确’和‘宇宙学’是不可能的。现在我们正在谈论的是百分之几的准确率，这是很了不起的。”这项研究成果的报告将发表在《天体物理学杂志》上。（尚力）

求科普：本人实在对74.3±2.1km/（s•Mpc）这个量纲理解很困难，为什么增加一定距离才算出增加多少速率？这不是因果倒置么？能不能转化成一般加速度m/(s^2)？

另，M31撞向银河系，是不是也附合这个量纲？

还有，这个量纲有没有考虑空间膨胀同时，时间也在膨胀的？

这篇翻译要好不少，但还是说得过了。

我看过英文原版，其实斯皮策的贡献不过是测定了更精确的造父变星的周光关系，它所观测的范围，远小于哈勃所进行的观测。看看这个图就明白了，研究对象是银河系和LMC的，也就是在20万光年以内的。而哈勃的研究对象甚至是远达1亿光年外的。

哈勃望远镜此前已经把精度提高到5%以内，得出的哈勃常数为74.2±3.6 (km/s)/Mpc，这次得出的是74.3±2.1，显然两者的区别并不大，不能说是飞跃吧！真正的飞跃，就是哈勃实现的。

事实上，测定精确的哈勃常数，本身就是哈勃望远镜的最大功绩之一。哈勃发射之前，哈勃常数有说是50的，有说是100的，对应的宇宙年龄从100亿年到200亿年，误差非常大，许多研究也无从开始。

哈勃的最初观测，就把误差缩小到10%，有一段时间，我们说宇宙年龄是130~150亿年，就是在第一次测定后。后来随着更好的观测仪器和更好的分析算法，观测精度进一步提高到5%以内。

我发过相关的两篇专题，大家在 “我的索引帖” 中搜索吧。

☆慕容泪☆ 发表于 2012-10-9 22:18

                               
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求科普：本人实在对74.3±2.1km/（s•Mpc）这个量纲理解很困难，为什么增加一定距离才算出增加多少速率？这 ...

哈勃常数并不是什么加速度，而是表征宇宙空间的膨胀速率。所以，它需要以多少距离的速率为多少来表述。

宇宙的膨胀，其实并非速率不变的。早期是快速的减速膨胀，但至少最近的60亿年，是加速膨胀的。

现在测定的，事实上是我们附近的宇宙速率，或者说，只适用于十亿光年左右的范围，而1亿光年是哈勃对造父变星的观测极限。更远的距离，需要用Ia超新星了，但是这部分由于存在争议，所以不能为所有人所服。
哈勃的测定，事实上是超越1亿光年的，更远的用到的就是Ia超新星。这个距离，可以达数十亿光年。

斯皮策望远镜的观测精度，在分辨率上，是不能与哈勃并论的。但是，对光谱的观测能力，两者区别不是很大。由于星际尘埃的作用，红外光的观测比可见光能更完整地反映恒星的真实状况。

☆慕容泪☆ 发表于 2012-10-10 11:11

                               
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嘿嘿，不过饿还是不太确信哈勃定理和哈勃常数，银河系和M31都是成熟的星系，怎么宇宙中就这两个星系这 ...

你不相信没关心，这些内容本来就不好理解。

事实上，绝大部分的星系团或者星系群，都是被引力束缚在一起的。
M31、银河系因为互相吸引，正处于碰撞过程中。

嘿嘿，不过饿还是不太确信哈勃定理和哈勃常数，银河系和M31都是成熟的星系，怎么宇宙中就这两个星系这么个别相互靠近了？
为什么越远的星系红移越大，饿个人还是对“光跑得越远越久会‘累’的”这个说法抱幻想，光“累”了能量衰减频率变低也就是波长变大，导致了人们认为那些古老遥远的星系正在加速越离我们而去。虽然饿自己这种想法没有丁点证据


另，刚才饿提出的“空间膨胀，时间也在膨胀”这个问题会不会影响哈勃定理？好像哈勃定理并没有考虑这点影响啊。那些数十上百亿光年的星系类星体，光是数十上百亿年前发出的，当时的时间尺度与现在不一样啊。

☆慕容泪☆ 发表于 2012-10-9 22:18

                               
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求科普：本人实在对74.3±2.1km/（s•Mpc）这个量纲理解很困难，为什么增加一定距离才算出增加多少速率？这 ...

不能用简单加速度来表示这个量，因为宇宙膨胀的特点是两点间距离越大，二者相互远离的速度越大
这个值是一个相对值，表示两点间距离每增加百万秒差距，二者间相互远离的速度增加74.3±2.1千米/秒

M31撞向我们是因为它离我们很近，M31和我们之间还是引力占上风，所以相互靠拢了
一般来讲星系团内部还是引力主导，星系团之间才是互相远离的关系