第14章:星系標定

作者:文明之光
周源拿起第三個報告,星系標定方法,主要作者:科學院天文學家萊爾和科學院物理學家文明。

  整個報告分爲三大部分。第一部分回溯宇宙大小、星系距離是如何測量的,第二部分介紹新理論模型和測量方法,第三部分建議總結等。

  第一部分是總結以前測量方法。

  除了利用紅移效應{多普勒效應}對極端遙遠的天體進行測距外,還有一些方法。

  射電望遠鏡測量:比如一個恆星系內,行星到衛星、行星到行星的距離,直接向近距離的行星或衛星表面發射無線電波並接收反射信號,比如金星和火星,並測量信號往返所需要的時間,這可以給出非常精確的距離數值。但使用射電望遠鏡測量太陽系之外天體的距離,則顯得有些不切實際了。

  三角視差法:在一年中的某個時間,測試者用望遠鏡測定一顆恆星在天空中的位置,比如說在1月份進行這樣的測定。然後等上幾個月{一般半年}的時間,隨後在7月份對同一顆恆星進行同樣的測定,此時測試者正處於地球軌道上太陽的另一側。當測試者在冬天和夏天觀察恆星時,就能夠利用它們相對於遙遠宇宙背景上的位置變化來測算其距離。然而,這一方法也有其自身的侷限性,那就是當恆星的距離太過遙遠——大約100光年以外,此時這些恆星所顯示出的視差值就太小了,無法進行有意義的計算。

  中子星迴聲:中子星釋放出巨大的x射線爆發,它產生的回聲——當x射線從星際空間裏的塵埃雲裏反射時就會產生回聲——爲天文學家產生了令人驚訝的新計量尺。天文學裏的距離測量非常困難,尤其是類似circinusx-1的源,後者隱藏在厚厚一層塵埃背後的銀面上,這使得利用光學望遠鏡觀測它們幾乎不可能。人類首次利用阻礙視線的塵埃,來創造估計與x射線源距離的新方法。當x射線遇到星際空間裏的塵埃顆粒就會發生偏離,如果塵埃雲足夠密集,它們導致部分x射線從原始路徑上散射開來,進入三角形的新路徑,而非直線路徑,這樣它們到達地球的時間,比那些未被散射的x射線到達地球的時間要更長。

  主序擬合法:這一方法背後的基本前提是,人們認爲那些質量相似、年齡相仿的恆星,如果它們的距離相同,那麼它們的亮度也應該是一樣的。但事實是,這些恆星看上去都是不一樣亮的,這也就意味着它們的距離遠近不同。有一件事是肯定的,那就是隨着時間推移,這些恆星的顏色會逐漸變得更紅。通過對這些恆星顏色和亮度的精確測定,並將這些恆星與那些距離較近、已經運用視差方法測定過距離的主序星進行對比,通過這種方法,能夠大大延伸宇宙測量標尺,從而得以估算遙遠的多的恆星的距離。

  造父變星和宇宙標準燭光:概括的說,就是造父變星的光變週期與其光度之間存在關聯,且其光變週期越長,光度越大。換句話說,相比那些較爲闇弱的造父變星,那些明亮的造父變星“脈動”的週期更長{一般光變週期可以長達數天}。因爲天文學家們可以相對容易地測定光變週期,這樣他們也就能夠得到這顆恆星的真實亮度數據。於是,反過來,只要觀察一顆造父變星的亮度,就能夠計算出它們的實際距離。天體物理學家們斷定所有的ia型超新星的亮度都是基本相同的。這樣一來,就像造父變星一樣,只要觀察它們的亮度,便可以直接得到它們的距離數值了。也因爲以上的原因,ia型超新星和造父變星,都被天文學家們親切地稱作宇宙中的“標準燭光”。

  第二部分介紹新理論模型和測量方法。

  以前所有測量方法是基於宇宙膨脹和光速不變這兩個鐵律。如今,事實上,根據文明院士的光速四定律及其推論,由於宇宙本徵光速下降,宇宙空間存在多個光速位面空間以及不同光速位面的“過濾截頻”效應,所以需要提出一種新理論和測量方法。

  首先我們提出一個宇宙光速位面的靜態模型,想象一下。

  一個非常巨大的空心玻璃球a{裏面介質是空氣},a裏面有一個巨大的空心玻璃球b{裏面介質是水}和很多很多螢火蟲{在a內,在b外},b裏面有一個大的空心玻璃球c{裏面介質是汽油}和許多螢火蟲{在b內,在c外},c裏面有一個大的空心玻璃球D{裏面介質是柴油}和不少螢火蟲{在c內,在D外},D裏面有一個小的實心玻璃球e和少量螢火蟲{在D內,在e外},e球裏面被困了一種螢火蟲,動不了。

  抽象一下,假如abcD空心玻璃球和e實心球的球面是無形無質的,相當於光速位面。每個玻璃球界面附近都有一個真空域,沒有任何介質。現在進行動態建模。

  所有的空心玻璃球abcD都在向外膨脹且都在運動着{假設各個球裏面介質也是滿的},e球沒有膨脹,但也在向D球面運動。除了e內被困的螢火蟲,所有的螢火蟲,都向自己所在的球面方向以玻璃球膨脹速度運動着。那麼,e球裏面被困的這隻螢火蟲怎麼知道其它各個同伴的距離?這個同伴最近的就是位於D球內的,最遠就是位於a球內的。

  由於宇宙本徵光速是在單調下降,所以實際上各個空心玻璃球向外膨脹和螢火蟲同伴向各自球面的快速運動都是做減速運動。

  這就是我們突破“光速壁壘”後所要面臨的問題,由於各個球內介質不一樣,所以光速傳播速度不一樣,從a球到e球,光速是依次逐漸減速的{因爲裏面介質密度逐漸增大},在e球內那個被困的螢火蟲看來,所有的螢火蟲同伴都在遠離自己。

  這個模型只是一種形象的比喻。下面進行螢火蟲同伴定位和距離判斷。

  e球內被困的螢火蟲首先需要做出下面幾個步驟:

  將e球打碎,突破實心玻璃屏障,和D球內的同伴處於同一個光速區域。在D球區域內,D球內光速是不變,第一部分介紹的、傳統的星系測量方法都適用;

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