星系红移之谜.doc

星系红移之谜星系红移之谜宇宙间的-切物质都在运动中。遥远的星系也在运动着它们都在远离我们而去。例如室女座星系团正以大约每秒1210公里的速度离开我们后发座星系团约以每秒6700公里的速度离开我们武仙座星系团约以每秒l0300公里的速度飞奔而去而北冕座星系团离开我们的速度更大大约每秒21600公里。星系为什么要离开我们?我们又是怎么知道它们在运动呢？在生活中我们都有这样的经验：在火车站站台上一列火车呼啸着向我们奔来汽笛的声调越来越高当火车离开我们时汽笛的声调逐渐降低。这是什么道理呢？1842年著名的奥地利物理学家多普勒首先阐述了造成这种现象的原因。他指出：生源想到对贯彻在运动时观测者所听到的声音会发生变化。当声源离观测者而去时声波的波长增加音调变得低沉当声源接近观测者时声波的波长减小音调就变高。音调的变化同声源与观测者间的相对速度和声速的比值有关。这一比值越大改变就越显著后人把它称为“多普勒效应”。多普勒效应不仅适用于声波而且也适用于光波。一个高速运动的光源发出的光到达我们眼睛时其波长和频率也发生了变化也就是说它的颜色会有所改变。虽然天文学家可以利用这一原理测量天体的运动但是在一般情况下天体相对于观测者的运动速度与光速相比是微不足道的因此光源颜色的变化很难测定。1849年法国物理学家费佐成功地解决了这个问题～他提出观测光的多普勒效应的最好办法是测量光谱线的位置的微小移动。最早对谱线位移进行测量的是英国天文学家哈根斯。1868年他在口径20厘米的折射望远镜上安装了一台分光镜用它测出了大犬星座巾最亮星——天狼星的一根谱线向红端移动了l埃即其波长增加了一亿分之一厘米。由此算出天狼星正以46.5公里／秒的速度远离我们而去这是第一次测得了恒星在视向方向上的运动速度称为“视向速度”。哈根斯对天狼星视向速度的测量是用肉眼配合分光镜而得到的这种目视测量方法误差很大。今天我们知道天狼星其实是以8公里／秒的速度朝我们跑来。尽管如此哈根斯在天体测量学领域所进行的开拓性工作仍使他在天文学史上占有重要地位。在他之后特别是进入20世纪以后天文学家不仅用这～强有力的手段测量出大量天体的视向速度还用它米观测河外丝系。星系也在红穆星系是巨大的恒星集团但由于它们离我们非常遥远每个星系往往只能在大望远镜拍摄的底片上看到一个微弱的光点。第一个观测和测定星系光谱的天文学家是美国洛韦尔天文台的斯里弗。l912—1925年他拍摄了40个星系的光谱照片除了两个星系外其余都呈现波长偏长的多普勒频移即向光谱的红端位移所测得的离去速度高得惊人最高达5700公里／秒。对星系视向速度的研究继续进行着。天文学家发现星系的谱线位移和恒星的谱线位移很不一样。首先恒星的谱线位移有红移也有紫移这反映恒星有的在远离我们有的在接近我们而星系的谱线位移绝大多数是红移紫移的极少。其次恒星的谱线位移不论是红移还是紫移一般在每秒数十公里左右最大的不超过每秒二三百公里而星系的谱线红移每秒1000公里以下的只占少数多数是每秒2019～3000公里有的甚至达到每秒1万公里。1929年美国天文学家哈勃发现在宇宙空间不仅几乎所有的星系都具有谱线红移现象而且还存在着星系的红移量与该星系的距离成正比的关系也就是说越远的星系正在以越快的速度飞驰而去这被称为哈勃定律。有了哈勃定律天文学家通过观测星系的谱线红移量求出星系的视向速度进而得出它们的距离。例如一个以1700公里／秒的速度远离我们而去的星系其距离约1亿光年；一个以17000公里／秒的速度远离我们而去的星系其距离约10亿光年。目前已观测到的最远星系正以与光速相差无几的速度远离我们而去其距离达100多亿光年。为什么星系都在离我们而去呢？红移的本质是什么红移的本质是什么？为什么会存在哈勃定律？这些问题已经争论了半个多世纪了但一直未能得到圆满的解释因而成了天文学里的老大难问题。在哈勃定律发表前两年比利时天文学家勒梅特就提出了宇宙膨胀的概念。1930年英国天文学家爱丁顿把勒梅特的模型和哈勃定律联系起来称宇宙为膨胀的宇宙。1932年勒梅特进一步提出现在观测到的宇宙是一个巨大的原始火球爆炸而形成的·到了40年代末在发现了太阳的巨大能源来自热核反应后美国物理学家伽英夫把宇宙膨胀论和基本粒子的运动联系起来提出了热大爆炸宇宙学。他认为宇宙起源于高温、高密度的“原始火球”的一次大爆炸。在热大爆炸模型提出后的一段时间内很少有人关心它。直到1965年美国贝尔电话实验室的彭齐亚斯和威尔逊发现了3K微波背景辐射（也称字宙背景辐射）后才使大爆炸学说一跃成为最有影响的学说．随着其他研究者的后继测量宇宙背景辐射已成为大爆炸模型有效性的有力见证成为考虑宇宙中大足度流动的有用的“绝对框架”还因其表现的各向同性成为发表星系形成理论的重要约束。天文学家认为所谓宇宙大爆炸并不能想象为高密度高能量的宇