人類已經知道銀河系有幾千億顆恆星,而太陽只是銀河系中很普通的一顆恆星。銀河系只是本星系群約50個星系之一,本星系群只是超本星系團中上百個星系團(群)中的一個小小成員,其中室女座星系團就有2500多個星系組成。
現在人類已經觀測到宇宙中存在有幾千億個星系,據科學界預計,整個宇宙可能有星系10萬億個之多。
現在人類當然還有很多沒有發現和看到的星系,那麼隨著時間的久遠,有沒有人類永遠也看不到的星系存在呢?如果有,依據又是什麼呢?
上世紀初,科學家斯里弗發現了旋渦星系譜線紅移現象,哈勃在這個基礎上,對遙遠星系的距離與紅移進行了大量的測量工作,發現遠方星系譜線紅移是一個普遍現象,而且紅移量與距離成比例關係,越遠紅移越大。
何謂紅移?
紅移就是指在物理學和天文學領域,光源相對觀測者向遠方移動時,波長會變長,頻率降低,電磁波譜就會向紅端移動。因此紅移可以說明光源遠離我們而去。
於是哈勃得出一個結論:星系都在遠離我們而去,距離越遠,離開的速度越大。
於是,哈勃進一步研究監測了20多個星系的退行速度,發現了星系退行速率與距離的線性關係。哈勃得出一個星系距離與離開速度的關係式,表述為:Vf = Hc x D
其中,Vf為原離的速率,單位為km/s;Hc為哈勃常數,單位為km/(s·Mpc);D為相對地球的距離,單位為Mpc。
這裡面的Mpc為百萬秒差距,是一個距離單位。1個秒差距約3.26光年,百萬秒差距為326萬光年。
這種距離與退行速度的線性關係後來被科學界定為哈勃定律,現在常常見諸媒體所謂哈勃常數,就是哈勃定律的重要引數。
有了哈勃常數,就知道了星系退行的速度,從而計算出整個宇宙整體疊加的膨脹速度。哈勃常數就是通過各種方法,測算出距離我們百萬秒差距,也就是326萬光年遠那個地方星系離開我們的速度。
雖然從上世紀中葉以前,科學界對哈勃常數就有許多測算,但真正較為精確地測量還是本世紀開始的。
十幾年來,各國通過各種方法得出的哈勃常數並不完全一致,以至於對宇宙年齡還沒有一個準確定論。
現在得到的幾個影響力較大的哈勃常數如下:2006年,馬歇爾太空飛行中心一個研究小組,利用NASA的錢德拉X射線天文臺觀測發現,哈勃常數為77(km/s)/Mpc,正負誤差為15%;
2009年,NASA根據對遙遠星系la超新星觀測後,將哈勃常數修正為74.2±3.6(km/s)/Mpc,這樣不確定性因素縮小到5%以內;
2013年,歐洲航天局利用普朗克衛星,測得哈勃常數為67.80±0.77(km/s)/Mpc,正負誤差縮小到1%多點;
2019年,德國一個科學團隊利用引力透鏡效應,計算出哈勃常數為82.4(km/s)/Mpc,這是最新的測算。這次的哈勃常數比以往的出入較大,如果根據這個哈勃常數計算,宇宙年齡要比先前科學界認定的137億歲~138.2億歲,還要年輕20幾億年。
但不管哪一組資料,我們根據哈勃定律計算,宇宙整體疊加膨脹速度都超過了光速的3倍多。科學界認為,可觀測宇宙半徑為465億光年,也就是14263.8Mpc。
現在我們按照最小的哈勃常數來計算。
哈勃定律表示式為:Vf = Hc x D
67.80±0.77(km/s)/Mpcx14263.8Mpc=967085.9km/s
就是說,在我們可觀測宇宙的邊緣地帶,星系離開我們的速度已經達到了96.7萬千米每秒,是光速的3倍多。
那麼,這樣一組資料怎麼能夠證明宇宙年齡和有的星光至今沒有來到地球呢?
一個是回溯過去,我們宇宙的所有星系原來都是擠在一起的,根據相對論引力場論,巨大品質坍縮排自己的史瓦西半徑,只能成為一個奇點,因此宇宙大爆炸是從奇點開始的。
二是按照宇宙膨脹速度追溯過去,根據大爆炸宇宙論模型,就可以測算出宇宙大致年齡。
三是由於宇宙膨脹速度過快,距離我們遙遠的星系以超過光速幾倍的速度離開我們,因此那裡的星光不但是現在,很可能永遠都無法傳遞到我們的視網膜。
根據大爆炸宇宙論,宇宙有兩個視界,我們所有的觀測只能在這兩個視界之間進行,超出這兩個視界,是我們無法看到的宇宙部分。一個是過去視界。這是在宇宙大爆炸開始後的38萬年前,這段時間宇宙高溫高壓至密,原子也沒有形成,是一鍋又濃又熱又黑的粒子湯,光子也無法脫耦,所以依靠光來觀測的人類,對那段宇宙什麼也看不到;
還有一個就是未來視界。就是剛才說的由於宇宙膨脹速度超過光速,宇宙邊際的星光永遠也傳遞不到我們的眼簾。
這就是宇宙中不但還有,而且永遠有星光無法到達我們這裡的證據。