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哈勃常数和哈勃—勒梅特定律

作者|邹乾一

审核|程子烜

编辑|高天可

 

哈勃常数和哈勃—勒梅特定律
哈勃常数和哈勃—勒梅特定律

我们在上一篇文章中简单讨论了一些天文中常用的测量距离的方法,文末时候我们提及了一种使用谱线红移和哈勃定律进行测定的方法。谱线红移相信大家都有所了解,放置于平常生活中便是多普勒效应,如同一辆警车向我们开来,在逐渐靠近我们时候会听警笛变得尖锐,在逐渐远离我们时候听到警笛变得拖调而悠长。

但是多数读者们对于哈勃定律这个词多少有些陌生,在这篇文章中我们将对这一概念配合着哈勃常数进行一些简单的叙述。

首先需要指出的是,哈勃定律其实已经更名了,在2018年的国际天文学联合会(IAU)上,通过成员投票以78%的赞成票和20%的反对票正式将“哈勃定律”更名为“哈勃—勒梅特定律”。

哈勃—勒梅特定律的式子十分简洁,如同质能公式一样方便记忆:Vf = Hc x D(其中Vf指Velocity ( Far Away ) 远离速率 单位:km / s , Hc指Hubble’s Constant 哈勃常数 单位:km / (s·Mpc) , D指Distance 相对地球的距离 单位:Mpc 百万秒差距)。其式子总体表达出了这么一个意思:视向退行速度与距离成正比,即距离越远,视向速度越大,转化成人话便是:对于观测者来说,离得越远,动得越快。同时,因为是在宇宙尺度上的,所以时间因素不能忽视,距离越远也就意味着时间越早。那么,可以说河外星系的视向退行速度与时间成反比,简单来说便是时间越早的,动的速度越快。

 

哈勃常数和哈勃—勒梅特定律

(河外星系的视向退行速度,图片来源于网络)

 

有些敏锐的读者可能已经发现了上文中的哈勃—勒梅特定律中就隐含着现在将要介绍的内容:哈勃常数( Hubble’s Constant 单位:km / (s·Mpc)Mpc表示百万秒差距)运用这个数字可以推算出宇宙现有的年龄,因此获得准确的数值极其地诱人。第一个哈勃常数数值由哈勃本人给出,为500,在1931年,哈勃和.s.哈马逊第二次测定此值为558﹐后又订正为526,他测定此值时使用了造父变星和星系中最亮的星来标定距离,而在随后的年代中误差不断被发现并订正,使得哈勃本人测定的常数值显得有些离谱。1952年巴德指出﹐仙女星系中造父变星的星等零点应变动1.5等﹐由此哈勃常数应修订为H =260。1958年桑德奇指出﹕哈勃所说的最亮星实际上位于电离氢区﹐因此要再加上1.8等的星等改正﹐从而将哈勃常数降低为H=75。1974~1976年﹐桑德奇和塔曼又用七种距离指标的方法重新修订哈勃常数﹐得H =55﹐只及哈勃当年测定值的1/10。这就是说,按哈勃定律推算星系的距离,用H的新修订值所得结果比哈勃当年所得的结果增大 10倍。

自从七十年代以来﹐许多天文学家用多种方法测定了H,各家所得的数值很不一致。

哈勃常数测定值的分歧在于用不同的距离指标给出的距离模数不同。除观测的系统误差﹑随机误差和银河系内距离指标的标定不确定性等外在因素外﹐还有内在原因。例如﹐不同星系之间由于化学成分﹑年龄﹑演化经历的不同﹐距离指标和绝对星等之间的关系就不会一致。

在2006年8月,来自马歇尔太空飞行中心(MSFC)的研究小组使用美国国家航空航天局的钱卓X射线天文台发现的哈勃常数是 77 (km/s)/Mpc,误差大约是15%。

2009年5月7日,美国宇航局NASA根据对遥远星系Ia超新星的最新测量结果,发布的Hubble常数为(74.2±3.6)(km/s)/Mpc,将不确定度进一步缩小到5%以内。

2019年9月,德国科学家在《科学》杂志撰文称,利用引力透镜效应计算出哈勃常数为82.4,从而推算得到宇宙年龄为114亿岁,比主流观点认为的137亿岁年轻20多亿岁。

哈勃常数每一次的调整,也许在我们看来只是较小的变动,但放大到宇宙的年龄上却是上亿年的变更,这也正是其魅力之处叭。

 

 

哈勃常数和哈勃—勒梅特定律

 

参考资料:

1.哈勃定律,百度百科,https://baike.baidu.com/item/%E5%93%88%E5%8B%83%E5%AE%9A%E5%BE%8B/2390703?fr=aladdin

2.哈勃常数,百度百科, https://baike.baidu.com/item/%E5%93%88%E5%8B%83%E5%B8%B8%E6%95%B0

 

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哈勃常数和哈勃—勒梅特定律

 

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哈勃常数和哈勃—勒梅特定律

原文始发于微信公众号(星明天文台):哈勃常数和哈勃—勒梅特定律

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