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哈勃定律

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物理宇宙學
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哈勃定律物理宇宙論的陳述:來自遙遠星系光線的紅移與他們的距離成正比。這條定律是哈勃米爾頓·修默生在接近十年的觀測之後,於1929年首先公式化的。 [1]它被認為是在擴展空間範例上的第一個觀察依據,和今天經常被援引作為支持大爆炸的一個重要證據。這個常數的最佳數值是在2003年使用人造衛星威爾金森微波各向異性探測器(WMAP)測得的,數值為71 ± 4 (公里/秒)/Mpc。在2006年的資料,圖中對應的是70+2.4−3.2

(km/s)/Mpc

宇宙学研究中,哈勃定律成为宇宙膨胀理论的基础。但哈勃定律中的速度和距离均是间接观测得到的量。速度——距离关系和速度——视星等关系,是建立在观测红移——视星等关系及一些理论假设前提上的。哈勃定律原来由对正常星系观测而得,现已应用到类星体或其他特殊星系上。哈勃定律通常被用来推算遥远星系的距离。

哈勃定律 ( Hubble's law )

Vf = Hc x D

參數說明:

Vf:Velocity ( Far Away ) 遠離速率 單位:km / s

Hc:Hubble's Constant 哈勃常數 單位:km / (s.Mpc)

D:Distance 相對地球的距離 單位:Mpc 百萬秒差距

目录

[编辑] 發現

[编辑] 說明

[编辑] 奧伯斯佯謬

主条目:奧伯斯佯謬

哈勃定律對大爆炸的解釋總結了空間的擴展與著名的古老難題奧伯斯佯謬之間的矛盾:如果宇宙是無限的、穩定的,充滿了均勻分布的恆星,那麼在天空中視線所及之處都將存在著恆星,而天空也將會像恆星的表面一樣明亮。從1600年代開始,天文學家和其他的思想家提出了許多可能解決這個佯繆的想法,但當前能被接受的這一部分是來自大爆炸的理論。宇宙只存在了有限的時間,只有有限多的星光有機會到達我們這兒,所以矛盾就解決了。換言之,在膨脹的宇宙中,遠方天體的退行速度使來自她們的星光產生紅移並且降低了亮度,但這樣也只是解決了部份的矛盾。依照大爆炸的理論,兩者都有貢獻(宇宙的歷史是有限的在兩者中較為重要)。 天空之所以黑暗,也為大爆炸提供了一種證據。[2]

[编辑] 哈勃常數的測量

在二十世紀後半,哈勃常數H0的值被估計約在50至90(km/s)/Mpc之間。

哈勃常數的值曾是個長久而激烈的爭議主題,Gérard de Vaucouleurs主張其值應為80而Allan Sandage則認為其應為40。1996年,由John Bahcall主持,包含Gustav TammannSidney van den Bergh的辯論以類似早期Shapley-Curtis debate的模式舉行,主題針對上述兩個競爭數值。1990年代晚期,引進宇宙的λ-CDM模型,數值差異的問題被部分地解決。在此模型下,利用苏尼亚耶夫-泽尔多维奇效应進行的X光高紅移群及微波波長的觀察、宇宙微波背景辐射各向异性的量度和光學調查皆測定哈勃常數的值為70左右。特別的是,Hubble Key Project(由Wendy L. Freedman博士主導,在卡內基天文台進行)進行最精確的光學測量,在2001年五月發表其最終估計值為72±8 (km/s)/Mpc,此結果與基於苏尼亚耶夫-泽尔多维奇效应進行的銀河系星群觀測所測出的H0相當一致,具有相似的精確值。在2003年,利用WMAP所得出最高精度的宇宙微波背景辐射測定值為71±4 (km/s)/Mpc,而直到2006年,皆以70 (km/s)/Mpc, +2.4/-3.2作為測定值。因為1秒差距接近3.086\times 10^{16}公尺,故在公制單位中H0的值約為2.3\times 10^{-18}(m/s)/m(Hertz)。從上述三種方法得出一致的測定值提供了H0測定值與λ-CDM模型有力的支持。

q的值被以Ia型超新星所制定的標準燭光觀察標準所測量。該標準定於1998年,其值被定為負值。此舉使許多天文學家感到驚訝,因為這暗示著宇宙膨脹正在「加速」(雖然哈勃因子隨時間而遞減;詳見暗物質λ-CDM模型)。

在2006年八月,利用美國太空總署(NASA)的Chandra X光天文台(Chandra X-ray Observatory),來自NASA Marshall Space Flight Center(MSFC)的研究小組觀測得出哈勃常數的值為77公里每秒每百萬秒差距(77km/s Mpc;1百萬秒差距等於3.26百萬光年),不準量約15%。 [3]

[编辑] 注解

  1. Hubble, Edwin, "A Relation between Distance and Radial Velocity among Extra-Galactic Nebulae" (1929) Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, Volume 15, Issue 3, pp. 168-173 (Full article, PDF)
  2. S. I. Chase, Olbers' Paradox, entry in the Physics FAQ; see also I. Asimov, "The Black of Night", in Asimov on Astronomy (Doubleday, 1974), ISBN 0-385-04111-X.
  3. Chandra independently determines Hubble constant in Spaceflight Now Chandra獨立測出哈勃常數的新聞刊登在「Spaceflight Now」網站

[编辑] 相關條目

[编辑] 參考資料

  • Kutner, Marc (2003). Astronomy: A Physical Perspective. Cambridge University Press. ISBN 0-521-52927-1. 
  • Hubble, E.P.., The Observational Approach to Cosmology (Oxford, 1937)

[编辑] 外部鏈結

[编辑] 資料來源

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