十科技博物 宇宙究竟有多大?

你想知道宇宙的範圍和年齡嗎?對這個問題，科學家們有個逐步認識的過程。80多年前，大多數天文學家認為，銀河係就是整個宇宙，銀河係之外隻有模糊的斑點，其他大概就沒有什麽了。不斷更新的天文望遠鏡告訴人們，原來所觀測到的那些模糊不清的斑點，正是其他星係!這些星係有的與我們的銀河係差不多大小，有的還要大。有科學家說，從整體上講，宇宙範圍很可能比目前我們知道的宇宙要大得多。

我們現在可見的宇宙，是以我們昕在地球為一球體，其半徑是自大爆炸以來宇宙作為一個點誕生，然後迅速向外膨脹至今，光所通過的空間範圍。現在隻能籠統地說，大爆炸可能發生在100億~200億年之間。

宇宙無垠，幾乎不可度量。但對天文學家來說，必須盡可能地精確測繪宇宙天體，這是非常必要的；而且經過不斷努力，也是逐步可以做到盡可能的精確計算。天文學現在采用的計量單位是“光年”，即光的前進速度每秒30萬千米，光一年前進的速度大約9．7萬億千米。科學家經過概算，認為銀河係的直徑約10萬光年；而最近發現的類星體，位於我們目前所能觀測到的宇宙邊緣，與我們地球相距約100億~200億光年，這便是當今所知道的最遙遠天體的距離了。從地球球體到宇宙爆炸說，總算有個籠統的度量概念了。

說到測量天體，人們從古至今經過研究有幾種方法。一種是“視差計算法”。這還是古希臘人發明的，這用以測量太陽係的其他行星或附近的恒星距離。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角(即所構成三角形的頂角)，就能求出天體與地球的距離了。基線越長，求得的結果越精確。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，稱為“周日視差”。如果要測量太陽係以外天體的距離，則以地球與太陽的距離為基線。所測定的視差，稱為“周年視差”。其測量相距806光年以內的天體距離，這種視差法測定是準確的，甚至測量1000光年的天體也可得到大體準確的測數。

還有一種測量恒星距離的方法是“亮度測定法”。使用這種方法，先要分清星球的實際亮度和視覺亮度，然後根據天文學家按波長區分星球光亮，所製成的光譜，用分光鏡研究恒星的光譜。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。

這是宇宙範圍概念的一方麵；另一方麵，宇宙的範圍是否就靜止了呢?科學家說，星係在不斷飛離，宇宙在不斷膨脹。20世紀20年代，美國天文學家埃得溫·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天文望遠鏡，研究銀河係外星係，分析所見星係光譜，發現各種譜線的波長都移向紅色一端，此現象叫“紅移”，說明那些星係正在向遠處飛離，宇宙不斷膨脹，那些星係距離我們越遠，紅移就越大。越遠的星係，飛離我們的速度也越快。據此，哈勃提出了“哈勃定律”，確定了計算行星運行速度的天文學計量單位——“哈勃常數”。“哈勃常數”的天文學計量單位是提出來了，但隨之而來的問題是，沒有人知道它究竟有多長。

到目前為止，對宇宙膨脹速率，天文學家也還沒有一致的看法。有的說，增加百萬光年，速度每秒鍾約增加16千米，就是說一個距離我們5億光年的星係，則將以每秒約8047千米的速度遠離地球。有的說還要增加一倍。按前者估計，宇宙中最遙遠的天體距地球約有100億光年。按後者估計，宇宙邊緣距離地球就有200億光年了。

關於宇宙的年齡，天文學家運用分步方式，設立係列“標準蠟燭”(所謂“標準蠟燭”，就是某個類星體亮度穩定，非常明亮，亮到橫跨半個宇宙都能看到，以測定天體)，由上一步測定下一步方法，運用紅外線觀測造父變星、行星狀星雲和麻省理工學院約翰·托裏的成片星係等3種刁；同“標準蠟燭”測定，都使人趨向於“宇宙很年輕，有110億~120億年”之譜。但另外的天文學家小組，其中包括哈佛大學天：文學係主任羅伯特·柯什納小組認為，“可能有150億年”。而傑奎琳·休特和普林斯頓大學埃德·特納等測定：薩宙有240億年。

目前看來，宇宙有多大的問題遠遠未能解決。

(周誌滿)