从地球一直到可人类目前观测宇宙最远距离是多少一共多少米？

来源：蜘蛛抓取(WebSpider) 时间：2024-05-13 17:17 标签： 人类目前观测宇宙最远距离是多少
中国国家地理
2021-02-06 14:15
探索宇宙看似遥远实则触手可及也许没机会亲自上九天揽月但是对公众开放的天文台、观测站遍布全国各地类型不一，环境各异都是我们感受宇宙浩瀚、天文趣味的绝佳途径佘山天文台中国最早的近代天文台科普/学习：★★★★★美景：★★★☆☆方便程度：★★★★☆1872年，法国传教士来到上海市区之外当时还只是个小村落的徐家汇在此建立了中国近现代第一座观象台最主要的工作是负责气象预报和监测此外才是天文观测与地磁、海事预报工作历史上的徐家汇观象台1895年时，教会募集了一大笔钱购置了当时世界上最先进的双筒折射望远镜但是他们发现，徐家汇地层太软安装后无法保证大望远镜的精度还考虑到天文观测需要更暗的夜空和更开阔的视野1900年，法国传教士在距离徐家汇25公里的上海第一高峰西佘山建立了 佘山天文台并把这部“远东第一望远镜”架设在此这个望远镜样子非常奇特它的镜筒不是圆形而是一个棱角分明的十字形天图式（CarteduCiel）结构佘山天文台十字形的望远镜佘山虽说是上海第一高峰但海拔不足百米尽管如此这部望远镜还是记录下无数珍贵资料为中国天文学的发展立下功劳新中国成立之后徐家汇观象台逐渐变得不为人知而佘山天文台则更名为中科院上海天文台佘山工作站观测活动一直持续至今还建成了 国内第一家专业天文博物馆——上海天文博物馆经常开展天文科普观测活动上海天文台佘山工作站紫金山天文台第一座国产现代天文台科普/学习：★★★☆☆美景：★★★☆☆方便程度：★★★★☆1934年中国人自己建立了国内第一座现代天文台紫金山天文台中国历史上天文台是皇权的象征民国时期仍带有这种思想因此当时的天文台对中国来说不仅仅是科研机构它必须建在国家的都城之中可是为了天文观测又要躲避光污染折衷之下选择了南京城边的紫金山紫金山天文台旧址后来随着南京的城市发展光污染越来越严重紫金山天文台的光学观测已经难以进行最终搬迁到江苏盱眙的一片森林之中在那里建设了新的望远镜用于发现宇宙中新的小行星现存的紫金山天文台旧址是全国重点文物保护单位藏有许多古今天文仪器和影像资料作为天文历史博物馆进行科普教育紫金山天文台旧址的天文仪器中国“天眼”探寻宇宙深处的奥秘科普/学习：★★★★★美景：★★★★☆方便程度：★★★☆☆俗称“天眼”、“大锅盖”的射电望远镜是天文观测的重要手段望远镜口径越大意味着可以观测到更遥远、更暗弱的天体也可以呈现更清晰的图像我国2016年落成启用的500米口径球面射电望远镜（英文简称FAST）是全球最大的射电望远镜位于贵州平塘自然形成的喀斯特圆形洼地中这里的石灰岩地貌透水性良好设备不必担心积水浸淹且远离乡镇无线电环境理想坐落在喀斯特山地中的“天眼”中国“天眼”为人乐道的其中一个目标是寻找地外文明容易引起科幻、浪漫的联想但首要目标其实是 寻找脉冲星截至2020年11月发现脉冲星数量超过240颗这些脉冲星的信号非常稳定可以为深空探测、星际旅行起到导航作用意义重大天眼景区的天文体验馆中国“天眼”不仅可以预约参观、提供讲解更开发成天眼景区设有天文体验馆、天象影院、度假酒店是科普旅游和青少年科普教育基地阿里天文台亚洲顶级星空观测地科普/学习：★★★☆☆美景：★★★★★方便程度：★★☆☆☆中国国家天文台通过几年的监测数据确定西藏阿里地区西南部是国内天文观测条件最佳的区域阿里天文台落成在阿里地区狮泉河镇南30公里海拔高达5100米的山脊是世界上海拔最高的天文台科普站阿里天文台这里不仅 灯光稀少由于位处海拔4000米之上能躲过大气层中的主要湍流层大气湍流稳定因此望远镜视场中星象较为稳定也就是 视宁度好低云甚至中云将落入脚下少有云层遮挡天空周围没有复杂地形大大减少了地形降雨的几率世界顶级的天文台选址地像美国夏威夷的莫纳凯亚山智利的安第斯山大西洋加那利岛的山顶无不拥有以上条件阿里天文台建成令亚洲也拥有了观测条件足以相媲美的天文台西藏阿里地区星空观测条件极佳阿里天文台下方是暗夜保护区防止和控制光污染在保护区外缘设有暗夜公园提供讲解和望远镜观测不收门票全天候开放兴隆观测站亚洲最大的光学天文观测基地科普/学习：★★★★★美景：★★★☆☆方便程度：★★★☆☆国家天文台兴隆观测站位于河北兴隆县的燕山主峰南麓1968年开始投入使用这里地处深山区视宁度和大气透明度好非常适合天文观测架设在此的 郭守敬望远镜属于 大天区面积多目标光纤光谱天文望远镜简称“LAMOST”它是我国最大的光学望远镜是世界上口径最大的大视场望远镜也是世界上光谱获取效率最高的望远镜为世界天文学研究提供了高水平观测手段兴隆观测站，郭守敬望远镜外观奇特郭守敬望远镜作为 巡天型望远镜在一次曝光中能够同时获取4000个天体的光谱可以为其他大型望远镜初步筛选有价值的目标源通过与世界分享观测数据促进天文观测研究除了郭守敬望远镜口径为2.16米的光学天文望远镜也值得一提它在1989年投入使用我国自行研制的第一台两米级光学望远镜曾是远东最大的光学望远镜巨大的镜面口径聚光力极强最暗可观测到的星体达25星等基于该望远镜观测数据已有大量科研成果2.16米光学天文望远镜目前想要参观兴隆观测站平时得是10人以上的团体、机构预约兴隆观测站也会举办开放日个人可以预约参观深圳天文台屹立海崖，寓教于研科普/学习：★★★★☆美景：★★★★☆方便程度：★★★☆☆深圳大鹏半岛与西涌海滩相邻的穿鼻岩之巅悬崖上两个白色的“球”非常显眼这是 深圳天文台是国内首个天文与气象科普与科研现场观测与网络观测双双结合的综合观测系统这里坐拥青山绿野紧挨中国最美的八大海岸之一大鹏半岛海滩环境清新，令人神往深圳天文台深圳天文台配备的天文仪器专业而齐全自建成以来每年举办日常和重大天象科普活动像是日食、金星凌日、北回归线“立竿无影”线上、线下观测科普活动座无虚席每年接待市民爱好者约2万余人次遗憾的是邻近的深圳、香港市区光污染严重波及天文台所在的海湾肉眼观星的条件并不理想深圳天文台夜间也不开放作观星之用深圳天文台所在的西涌是健行的好去处意欲到访的话可以把这里当作西涌健行的其中一站通过广东政务服务网可预约参观有官方导赏星迹旅课天文台边度假边看星星科普/学习：★★★★☆美景：★★★★☆方便程度：★★★★☆云南丽江玉龙雪山山麓靠近赤道、海拔较高、天空澄澈、大气宁静而且远离城市光污染丽江金茂璞修雪山酒店旗下的星迹旅课天文台坐落于此玉龙雪山山麓环境幽美图片由丽江金茂璞修雪山酒店提供星迹旅课的一期天文台设有一台 半米口径的牛顿式望远镜是国内景区向游客开放使用的最大口径目视望远镜二期天文台放置了24台各种型号的全自动望远镜采用了世界先进的望远镜遥控技术和科研级的控制系统你既可亲临现场感受星空浩瀚也可以通过星迹旅课的小程序或网站预约远程连线观测星空不论亲临还是远程都可拍摄绝美的星空星迹旅课共享天文台拍摄的马头星云通过这里的系统大众可以拍摄出类似的深空天体图片由丽江金茂璞修雪山酒店提供除了观测站这里也设有科技馆通过互动课堂、放映电影、制作模型等形式带领大人和孩子走近自然、天文同时也举办天文图片展览组织天文观测活动致力于天文普及和传播星迹旅课天文台的各式专业望远镜图片由丽江金茂璞修雪山酒店提供星明天文台在家也能探索宇宙科普/学习：★★★★☆方便程度：★★★★★如果以上这么多天文台你都嫌远你还不想花钱你只想在家躺着行！星明天文台让你足不出户一分钱不花就能体验天文的乐趣你可以寻找宇宙中未被发现的天体甚至有机会为其命名新疆观测条件不错有许多天文台在此选址图中近处是星明天文台的光学望远镜远处是新疆天文台的射电望远镜图片由星明天文台提供位于乌鲁木齐市南郊的星明天文台开展着 公众超新星搜寻项目Popular Supernova Project，简称 PSP将天文台拍摄的河外星系图片发布在中国虚拟天文台的网站上公众只需在星明天文台的官网通过简单的测试即可参与该项目无偿获得这些图片并进行搜索超新星是大质量恒星死亡时发生的大规模爆发天体亮度会迅速增高通过星明天文台的图片搜寻超新星无需了解各个星星的名字和位置不用知道如何测量更不必操心写报告只需用眼睛观察新旧的星图寻找同一星系中同一位置新增的亮斑上报你发现的疑似目标就这么简单历史图新图PSP项目发现的超新星（编号SN 2019bqe）由赵经远、涂天宇、贺柏翔等于2019年3月8日发现图片由星明天文台提供2015年，通过星明天文台的巡天项目当年仅10岁的廖家铭发现了编号为SN 2015ay的超新星此外，星明天文台还有NEXT、HMT、PAT等多个项目注重对未知天体进行捕捉和测光工作以及 彗星搜索计划（CSP）如果你发现了彗星有机会以自己的名字为其命名CSP项目发现的周期彗星325P/Yang-Gao，杨高彗星由杨睿、高兴于2009年6月发现图片由星明天文台提供星明天文台的公众巡天项目旨在让对新天体搜索感兴趣的民众都有机会参与专业的天文发现自2010年以来，硕果累累共发现了3颗彗星7颗小行星（永久编号）52颗超新星等等一批勤奋、认真、严谨的爱好者先后参与此项目并发现了属于自己的超新星——你也可以成为发现宇宙的一员
编辑: 李旎 岳坤莉
责编: 时小千 编审: 苏姝
宇宙到底有多大？多少岁？这是仰望星空的人常爱问的两大问题。但刚开始接触宇宙学的人，很可能遭遇一种困惑：一方面得知宇宙年龄有138亿年，另一方面却被告知宇宙最大直径高达930亿光年，这不是自相矛盾吗？因为按照这些人的理解，从宇宙大爆炸一直到现在138亿年，科学家们一定是找到了确切证据——大爆炸产生的光子，经过漫长的138亿年飞行，终于被我们发现了。（这就像考古学家发现了霸王龙化石，进而确定它们曾生活在6700万～6500万年前一样。）但，与此同时，科学家又在斩钉截铁地告诉我们：宇宙最大直径竟有930亿光年，也就是说，以地球为中心的可观测宇宙半径有465亿光年。这么看来，宇宙创世之初——大爆炸最早诞生的光子，飞到现在不是才138亿年吗？为什么科学家竟然会发现465亿光年之外的星体呢？就是说为什么能够发现飞行了465亿年的星光呢？这不是再明显不过的自相矛盾嘛？！到底科学家集体发昏？还是另有真相？这的确是个有趣又有料的好问题。科学家告诉我们这两个数据其实没毛病，有毛病的是我们理解有误，以及读书太少。没耐心刷屏的，一句话告诉你答案，这是宇宙膨胀搞的鬼。没看懂？那就看一个简单的比喻吧——你现在走在机场的步行直梯上，匀速向前走，相对于步行直梯的步行速度是1米/秒。10秒后，你认为自己走了10米，但在旁边的观察者看来，你已经大大超过了10米，因为你走、直梯也在走，这是你跟步行直梯一起前行的结果！同样道理，代表宇宙年龄的光子，尽管飞行时间是138亿年，却能够跨过465亿光年。都是因为宇宙膨胀造成的！懂了吧。但问题来了，这不是大大超过了光速吗？传说中的超光速真实存在吗？宇宙年龄和大小到底是怎样测量出来的？宇宙膨胀又是怎么测量的？有耐心想知道「知其所以然」的，请看——先来说说宇宙年龄。事实上，测定宇宙年龄，并不是像有人想当然的那样，跟发现霸王龙化石一样，科学家找到了宇宙大爆炸的最初影像资料。按照大爆炸理论，这是不可能的。因为从宇宙大爆炸开始，大概30万年后，宇宙最早一批原子才开始诞生；大概35万年（也有称38万年的），光子才开始在宇宙中向四面八方传播，此时整个宇宙直径只有1亿光年。这些最初的光子，一路飞越到现在，就是我们今天探测到的宇宙微波背景辐射，简称CMBR。可以说是宇宙大爆炸的余波，也可以说是「宇宙的第一束光」或者「婴儿宇宙快照」。这样的话，只要测得CMBR越精确，确定的宇宙年龄也就越接近。从最早美国两位工程师通过射电望远镜——意外发现；到1992年NASA发射宇宙背景探测者（COBE）——主动探测；再到2003年NASA发射第二代宇宙微波背景探测器（WMAP）和2009年欧空局ESA发射普朗克卫星——深度探测；再加上哈勃太空望远镜和一大波地面天文台的数据共享／互补对照……经过半个世纪的不断努力，最新测定的宇宙年龄——137.98±0.37亿年，一般简化成138亿年。再说说宇宙大小。通常说的930亿光年，是指可观测宇宙的直径。什么又是可观测宇宙？简单来说，就是以观测者为中心所能观测到的宇宙范围。言外之意，可观测宇宙只是整个大宇宙的一部分。从宇宙大尺度来说，不同观测者的可观测宇宙范围也不同。以我们为例，人类目前的可观测宇宙其实是个球体——一个以465亿光年为半径的巨巨巨型球体。球体外面是什么？可观测宇宙之外是什么？其实还是大宇宙的一部分，只不过是我们还没能力观测到。目前已知的这个半径又是怎么来的？其实，并不是我们观测到了距离地球465亿光年之外的星体。▲目前为止人类观测最远的星系——GN-z11，根据哈勃望远镜的测定，它的年龄高达134亿年，距离我们大约320亿光年。此处——又一个年龄与距离高度不符，到底咋回事？等下你就懂了。测量可观测宇宙半径465亿光年，其实，我们还是根据测定CMBR——宇宙微波背景辐射——粒子的红移量，得到了共动距离，大约是465亿光年，这就是可观测宇宙半径。等等，红移量、共动距离又是什么？先说距离宇宙学中经常使用的有三种距离：光行距离、固有距离、共动距离。光行距离最为我们大众所理解，就是用光飞行的时间来衡量距离。光行距离有一个前提就是不考虑宇宙膨胀。为了使用方便，光行距离派生出「光行时间」——光行这段距离所需的时间，有时也被称为「回溯时间」。事实上，宇宙年龄138亿年，也可以说是光行时，或者说回溯时间是138亿年。再比如，我们说牛郎织女星相距16光年，也就是指它们之间的距离需要光飞行16年，光行距离16光年，光行时／回溯时间16年。但如果考虑宇宙膨胀，前面说过的观测到最远星系——距离我们320亿光年，事实上就没那么简单了。因为在光行320亿年的这段时间里，整个宇宙是在不停地膨胀。所以，要想测定星体的真实距离，还需要考虑宇宙在这么长的时间里到底膨胀了多少？再简单说下，宇宙膨胀——这是从大爆炸开始就从未消停地「宇宙大动作」。最早被大名鼎鼎的哈勃发现，建立了宇宙膨胀理论，形成了哈勃定律、哈勃常数、退行速率、红移量等等。如今已成为宇宙学最热门的研究领域之一，因为它决定了很多重要命题。在这里，你只要能理解这个比喻就好——宇宙膨胀的道理，就像葡萄干面包一样，放进烤箱里烘烤时，面包会从小变大的膨胀，不管是面包表面还是里面的葡萄干，在这个膨胀过程里，都会相互远离。现在，科学家对宇宙的观测结果正好与此吻合，所有星系都在远离我们！葡萄干都在相互远离！科学家把这种远离我们的宇宙膨胀速度，也叫退行速度，相对我们来说这些星系都在退行。又因为这个速度是根据光谱红移现象测量的，所以引入一个「红移」概念。这个我们后面再说。我们有了宇宙膨胀的概念后，你就能理解「共动距离」了。共动距离的「共动」，到底是谁跟谁共动？其实是测量宇宙距离的量天尺，跟宇宙膨胀一起共动——共同膨胀。这种想象出来的量天尺，测量出的距离就是共动距离，也有叫同移距离的。这就意味着，测出来的仍是膨胀前的数值，所以，共动距离是一个固定值。可观测宇宙半径为465亿光年，就属于共动距离。为什么此处要采用共动距离呢？其实，这正是科学的严谨说法。你想想，宇宙时时刻刻都在加速膨胀，而且膨胀速度很惊人，越来越多的星系在远离我们，最终变成不可观测。所以，对于这种动态的宇宙来说，最妥当的说法就是采用共动距离——这个固定值，描述可观测宇宙的尺度，和宇宙一起膨胀，不随时间变化，更适合描述这个加速膨胀的宇宙大小——半径465亿光年的巨型球体。跟共动距离概念——正好相反的是「固有距离」，一种随宇宙膨胀而变化的距离，相当于使用一把固定不变的量天尺，去测量膨胀中的宇宙距离。也就是说，这是一个随时间变化而变化的数值，当然这是一个理想值。尽管固有距离实际上无法测量，但在科学家眼里却是一种最接近真实距离的概念。于是，科学家找到一种替代方案，这就是红移量。所谓红移，就是光子辐射的波长，随着宇宙膨胀会被拉长，从光谱蓝色的短波移动到红色的长波，因而形成了红移现象。红移是一个很直接的量，因为直接观测，就能得出数值。一束光的红移，就是遥远星光的观测波长—真实波长，再与真实波长的比值。请记住，红移量是我们谈论宇宙尺度、星体距离时，唯一能够明确的测量值，而其它比如光行距离、共动距离、回溯时间，都是派生出来的量。至于这些量之间是如何换算的，要涉及到一堆数学公式，还是就此略过。对我们来说，最简单最有用的就是一张对照表——回溯时间、光行距离、共动距离、红移量、膨胀速度之间关系的对照表，足够用了。我们可以很清晰查到：当宇宙年龄是138亿年（回溯时间）时，所对应的共动距离是465亿光年，红移量是100。再比如，最远星系GN-z11的回溯时间，即星系年龄134亿年，对应的共动距离就是320亿光年。而这些数值也都是通过测量——从这个星系发出光子的红移量换算出来的。我们懂得了回溯时间、共动距离、红移量之间的关系，是不是一下子豁然开朗了不少？最关键的问题来了：宇宙回溯时间／光行时间是138亿年，共动距离却是465亿光年，这不是大大超过了光速吗？不是正好说明因宇宙膨胀造成的超光速现象吗？可以肯定的是，我们还没有发现任何「超光速的光」。光的最高限速还是30万公里／秒，无法自我突破或者借助外力超越。至于说，宇宙第一束光——宇宙微波背景辐射，在138亿年里跨越了465亿光年，大大超过了137亿年的光行距离。读懂上面我所说的，其实就该弄懂了——绝不是宇宙第一束光超越了光速，而是宇宙加速膨胀使得第一束光看起来好像超光速，这不过是我们作为观测者，看到的一种观察效应。细心的人从上面那张表也会发现，第二栏v/c退行速度与光速比值最大就是1，并不存在超光速的现象。这就像我在前面列举「你在步行直梯上行走」的栗子，你的速度就是步行速度，但因为要加上步行直梯本身的运行速度，在观察者看来，你的步行速度和步行距离，的确已经超过了旁边没有搭乘直梯的人。但是，我们并不能就此得出结论：你的速度超越了人类步行的最高速度，你已经变成了超人！总之，我们大可不必担心／期望可观测宇宙存在超光速的光，作为本宇宙的最快信使——光信使已经是最高限了，这是由宇宙法则决定的。

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