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宇宙年龄多少岁

来源:解放军报2021-03-12 09:46

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宇宙微波背景辐射,是宇宙中最古老和遥远的信号,也是我们能观测到的最遥远的信号,科学家常以此分析推断宇宙年龄。

  在近代之前,人们认为宇宙包含着无限的空间与时间。随着19世纪现代物理学理论的逐步建立,科学家发现,宇宙的年龄不可能是无限的。按照热力学理论,如果宇宙从诞生之初到现在,已经过无限长时间,那么整个宇宙都会处于温度完全相同的热寂状态,不会再有恒星表面炙热与遥远深空极寒间的分别。从那时起,人们便开始对宇宙年龄的探究。

  如果我们了解了一个人的出生时间,自然也就能计算出他的年龄。遵循同样的方式,科学家也在寻找宇宙中最古老的恒星,以确定宇宙的“生日”。和人有生老病死一样,夜空中闪亮的恒星也有诞生和消亡的过程。通过对大量恒星观测资料的分析,科学家发现,恒星的光度、寿命和质量存在着紧密联系。恒星质量越大,越能发出强烈的光,但寿命也越短。相反,如果恒星的质量较小,虽然比较暗弱,寿命却能持续比较长。

  一般来说,质量较小的长寿命恒星,最常存在于球状星团之中。一个球状星团中,一般含有几万到十几万颗老年行星。像银河系这样的星系中,大概有数百到上千个球状星团。在所有古老恒星中,寻找生日最早的那颗,就能帮助我们推断宇宙的生日。

  此外,天文学家也能通过恒星的组成成分,来筛选较为古老的恒星。一种只含有氢、氦两种元素的特殊行星,被认为是宇宙形成初期的恒星存在形式。科学家找到这种恒星后,也可将其列入古老恒星行列。

  通过这种途径,能确定宇宙年龄的下限为110亿年,却无法给出宇宙年龄的上限。随着观测技术的进步,天文学家有可能观测到更古老的恒星,由此继续“刷新”宇宙年龄。

  在20世纪初,科学家通过分析恒星光谱信号中的多普勒效应,发现宇宙正处于不断膨胀的过程中。距离地球越远的天体,由于宇宙膨胀而远离地球的速度越快,而天体距离与天体速度之间的系数,被称为哈勃常量。如能准确测量哈勃常量,我们就能根据宇宙学模型,倒推出宇宙膨胀持续的时间,进而推断出宇宙的年龄。这也是目前确定宇宙年龄的另一种方式。

  近年来,哈勃常数的精确测量主要通过宇宙微波背景辐射的观测来获得。宇宙微波背景辐射的信号频率位于微波无线电信号的范围内,是宇宙初生时的遗迹。

  根据目前的宇宙学理论,在宇宙刚刚诞生时,充斥着分离的电子和质子,呈现一片模糊不清的混沌景象。随着宇宙的膨胀,温度逐渐降低,分离的质子和电子开始聚集成中性原子,宇宙变得不再模糊。但是,有些光子在这个过程中逃逸出来,就成了宇宙微波背景辐射的能量载体。

  一般来说,宇宙中只有处于特定位置的恒星或其他天体才会发出各种信号,宇宙微波背景辐射却是无处不在的。

  目前,对宇宙微波背景辐射最精确的测量,来自欧洲空间局发射的普朗克卫星。使用这颗卫星带来的数据,天文学家目前计算出的宇宙年龄为137.87亿年,误差大致在200万年以内。

  相对于人的一生,宇宙年龄可称得上是“永恒”了。(李会超)

[ 责编:丁玉冰 ]
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