宇宙究竟有多大？ 這個問題有兩層含義，一是宇宙的範圍有多大，二是宇宙的年齡有多大。這個問題所談論的是可見的宇宙，也就是以我們所在的地球為一個球體，其半徑是自大爆炸以來，即宇宙作為一個點誕生，開始向外迅速膨脹以來光所透過的空間。從整體上看，宇宙很可能比這個可見的宇宙大得多。 就測定所能提供的東西來說，天文學家們顯然並不知道，至少不是確切地知道大爆炸是何時發生的。他們只是非常籠統地說，大爆炸可能發生在100億年前，也可能發生在200億年前，或者是發生在100億年前到200億年前之間的某個時刻。 對我們常人來說，浩瀚無垠的宇宙幾乎是不可度量的。而對天文學家來說，精確地測繪宇宙天體不僅是必要的，而且也是可能的。天文學採用的計量單位是“光年”，即光在一年裡所走的距離。光的前進速度約為每秒30萬公里，一光年大約是 9.7萬億公里。銀河系的直徑約為10萬光年。而在銀河系之外還有別的星系，距離我們有數十億光年。最新發現的類星體位於我們目前所能觀測到的宇宙邊緣，與地球相隔約100億～200億光年，是迄今所知的最遙遠的天體。 如此遙遠的距離簡直令人難以想象。要測量太陽系的其他行星或附近的恆星的距離，可以採用由古希臘人發明的視差計算法。所謂視差，是指從兩個觀察位置觀察同一物體時兩道視線所形成的夾角。在天文學中，測定視差的方法就是把兩個觀測點與被觀測的天體構成一個三角形，已知兩個觀測點連線(即基線)的長度，再從這兩個觀測點測出天體的方位(即三角形的頂角)，就能求出天體與地球的距離。基線越長，求得的結果就越精確。通常，在測量離地球較近的天體如月亮的距離時，可以用地球的半徑作基線，所測定的視差則稱為“週日視差”。如果要測定太陽系以外天體的距離，一般都以地球與太陽的距離為基線，所測定的視差稱為“週年視差”。用這種視差法測量相距8.6光年以內的天體非常準確，測量遠至1000光年的天體也能做到大體準確。 另一種測量恆星距離的方法是亮度測定法。一顆恆星可能因體積大、運動活躍或距離地球較近而顯得很光亮。只要分清星球的實際亮度和視覺亮度，就能從光亮度上準確測出恆星與地球之間的距離。本世紀初，天文學家按波長區分星球光亮，製成了光譜。他們發現，不同的恆星有不同的光譜特性。用分光鏡研究恆星的光譜，就能判斷該星的冷熱程度。這有助於天文學家辨別貌似暗淡的小星是否遙遠的活躍的巨星。只要把一顆星的光與另一顆已知距離、活躍程度相似的星進行比較，就能測量出這顆星與地球之間的距離。 80多年前，大多數天文學家都認為銀河系就是整個宇宙，銀河系之外什麼也沒有。可是，當精確度更高的天文望遠鏡誕生以後，這種看法便被證明是錯誤的。過去觀測到的那些暗淡模糊的斑點，其實是其他的星系，有的與銀河系不相上下，有的則更龐大。20世紀20年代，美國天文學家埃德溫·哈勃在加利福尼亞州的威爾遜山用當時世界上最大的反射式望遠鏡研究銀河系外星系，他分析了這些星系的光譜，發現各種譜線的波長都移向紅色一端。這種現象叫做紅移，說明那些星系正在向遠處飛離。波長的改變是多普勒效應的作用，與疾駛而去的汽車喇叭聲調的變化同樣道理。由於宇宙在不斷膨脹，星系距我們越遠，紅移就越大。換而言之，越遠的星系，其飛離我們的速度也越快。哈勃據此提出了“哈勃定律”，確定了計算行星執行速度的天文學計量單位——“哈勃常數”。但是，用哈勃常數作為測量尺度存在一個問題，即無人知道它有多長。 關於宇宙膨脹的速率，天文學家們的看法並不一致。最保守的估計是，距離增加百萬光年，則速度每秒鐘約增加16公里，即一個距我們5億光年的星系將以每秒約8047公里的速度遠離地球。有些天文學家估計的速率比這個數字還要大一倍。按照第一種估計，宇宙中最遙遠的天體距離地球約有100億光年。而按第二種速率計算，則宇宙邊緣距離地球達200億光年之遙。 “哈勃常數”只能在太陽系以外的太空裡測定。在那裡，膨脹速度非常大，任何區域性影響都變得微不足道。 如果天文學家能夠找到一支“標準蠟燭”，即某個類星體，其亮度穩定，非常明亮，橫跨半個宇宙都可以看到，那麼這個問題便可迎刃而解。但是迄今為止，大家公認可通用於整個宇宙的“標準蠟燭”尚未找到。因此，天文學家運用這一基本方法時往往採取一種分步方式，這就是設立一系列“標準蠟燭”，每一步只起測，定下一步的作用。 近年來，3種不同的“標準蠟燭”，即近紅外線觀測造父變星、行星狀星雲和麻省理工學院的約翰·托里的成片星系，都使人趨向於認為宇宙很年輕，有110億～120億年。 但是，還不能說這便是標準答案，至少有另外3個天文學家小組得出了不同的結果。其中的一個小組是以哈佛大學天文學系主任羅伯特·柯什納為首，他們得出的結論是，宇宙並不是那麼年輕，可能有150億年。 而傑奎琳·休特和她的學生們以及普林斯頓大學的埃德·特納則測定宇宙有240億年。 總而言之，時至今日，宇宙有多大這個問題還遠遠未能解決。
宇宙究竟有多大？ 這個問題有兩層含義，一是宇宙的範圍有多大，二是宇宙的年齡有多大。這個問題所談論的是可見的宇宙，也就是以我們所在的地球為一個球體，其半徑是自大爆炸以來，即宇宙作為一個點誕生，開始向外迅速膨脹以來光所透過的空間。從整體上看，宇宙很可能比這個可見的宇宙大得多。 就測定所能提供的東西來說，天文學家們顯然並不知道，至少不是確切地知道大爆炸是何時發生的。他們只是非常籠統地說，大爆炸可能發生在100億年前，也可能發生在200億年前，或者是發生在100億年前到200億年前之間的某個時刻。 對我們常人來說，浩瀚無垠的宇宙幾乎是不可度量的。而對天文學家來說，精確地測繪宇宙天體不僅是必要的，而且也是可能的。天文學採用的計量單位是“光年”，即光在一年裡所走的距離。光的前進速度約為每秒30萬公里，一光年大約是 9.7萬億公里。銀河系的直徑約為10萬光年。而在銀河系之外還有別的星系，距離我們有數十億光年。最新發現的類星體位於我們目前所能觀測到的宇宙邊緣，與地球相隔約100億～200億光年，是迄今所知的最遙遠的天體。 如此遙遠的距離簡直令人難以想象。要測量太陽系的其他行星或附近的恆星的距離，可以採用由古希臘人發明的視差計算法。所謂視差，是指從兩個觀察位置觀察同一物體時兩道視線所形成的夾角。在天文學中，測定視差的方法就是把兩個觀測點與被觀測的天體構成一個三角形，已知兩個觀測點連線(即基線)的長度，再從這兩個觀測點測出天體的方位(即三角形的頂角)，就能求出天體與地球的距離。基線越長，求得的結果就越精確。通常，在測量離地球較近的天體如月亮的距離時，可以用地球的半徑作基線，所測定的視差則稱為“週日視差”。如果要測定太陽系以外天體的距離，一般都以地球與太陽的距離為基線，所測定的視差稱為“週年視差”。用這種視差法測量相距8.6光年以內的天體非常準確，測量遠至1000光年的天體也能做到大體準確。 另一種測量恆星距離的方法是亮度測定法。一顆恆星可能因體積大、運動活躍或距離地球較近而顯得很光亮。只要分清星球的實際亮度和視覺亮度，就能從光亮度上準確測出恆星與地球之間的距離。本世紀初，天文學家按波長區分星球光亮，製成了光譜。他們發現，不同的恆星有不同的光譜特性。用分光鏡研究恆星的光譜，就能判斷該星的冷熱程度。這有助於天文學家辨別貌似暗淡的小星是否遙遠的活躍的巨星。只要把一顆星的光與另一顆已知距離、活躍程度相似的星進行比較，就能測量出這顆星與地球之間的距離。 80多年前，大多數天文學家都認為銀河系就是整個宇宙，銀河系之外什麼也沒有。可是，當精確度更高的天文望遠鏡誕生以後，這種看法便被證明是錯誤的。過去觀測到的那些暗淡模糊的斑點，其實是其他的星系，有的與銀河系不相上下，有的則更龐大。20世紀20年代，美國天文學家埃德溫·哈勃在加利福尼亞州的威爾遜山用當時世界上最大的反射式望遠鏡研究銀河系外星系，他分析了這些星系的光譜，發現各種譜線的波長都移向紅色一端。這種現象叫做紅移，說明那些星系正在向遠處飛離。波長的改變是多普勒效應的作用，與疾駛而去的汽車喇叭聲調的變化同樣道理。由於宇宙在不斷膨脹，星系距我們越遠，紅移就越大。換而言之，越遠的星系，其飛離我們的速度也越快。哈勃據此提出了“哈勃定律”，確定了計算行星執行速度的天文學計量單位——“哈勃常數”。但是，用哈勃常數作為測量尺度存在一個問題，即無人知道它有多長。 關於宇宙膨脹的速率，天文學家們的看法並不一致。最保守的估計是，距離增加百萬光年，則速度每秒鐘約增加16公里，即一個距我們5億光年的星系將以每秒約8047公里的速度遠離地球。有些天文學家估計的速率比這個數字還要大一倍。按照第一種估計，宇宙中最遙遠的天體距離地球約有100億光年。而按第二種速率計算，則宇宙邊緣距離地球達200億光年之遙。 “哈勃常數”只能在太陽系以外的太空裡測定。在那裡，膨脹速度非常大，任何區域性影響都變得微不足道。 如果天文學家能夠找到一支“標準蠟燭”，即某個類星體，其亮度穩定，非常明亮，橫跨半個宇宙都可以看到，那麼這個問題便可迎刃而解。但是迄今為止，大家公認可通用於整個宇宙的“標準蠟燭”尚未找到。因此，天文學家運用這一基本方法時往往採取一種分步方式，這就是設立一系列“標準蠟燭”，每一步只起測，定下一步的作用。 近年來，3種不同的“標準蠟燭”，即近紅外線觀測造父變星、行星狀星雲和麻省理工學院的約翰·托里的成片星系，都使人趨向於認為宇宙很年輕，有110億～120億年。 但是，還不能說這便是標準答案，至少有另外3個天文學家小組得出了不同的結果。其中的一個小組是以哈佛大學天文學系主任羅伯特·柯什納為首，他們得出的結論是，宇宙並不是那麼年輕，可能有150億年。 而傑奎琳·休特和她的學生們以及普林斯頓大學的埃德·特納則測定宇宙有240億年。 總而言之，時至今日，宇宙有多大這個問題還遠遠未能解決。