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目前人类发射的探测器最远达到哪里

来源:钟铭聊科学 更新时间:2019-10-03 11:01

关于这个问题,我们可以直接给出这样的答案:

目前实际观测中,我们看到最远的天体是GN-z11,这是位于在大熊星座附近的高红移星系,共动距离大约相当于距离地球是320亿光年。(至于为什么用“共动距离”,我稍后会解释,你可以暂时理解成它距离我们320亿光年。)

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理论上,我们所能观测的范围被我们叫做可观测宇宙,直径是930亿光年,也就是我们可以理论上可以观测到距离我们465亿光年的尺度,可观测宇宙其实只是宇宙的一部分。

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观测

要了解人类能探测到多远,实际上,就得先搞清楚:人类是如何进行观测的?

其实是这样的,我们大多利用的是电磁相互作用来观测。说白了,就是天体所发出的光传播到地球,然后被我们的探测器所捕捉到。其实,我们日常看到东西,也是这样。我们能看到地面上的一本书,是它反射了阳光,然后光子进入了我们的眼睛里。

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这就带来了一个问题,那就是我们看到的永远都是“过去”,原因是这样的,光的传播是需要时间的,光速是3*10^8m/s,而所需的时间就是这段路程处于光速。所以,你照镜子,其实看到的是过去的你,而不是现在的你。

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只不过,由于光速是在太快,这速度一秒钟可以绕地球尺度7.5圈,所以当你照镜子时,那确实是过去的你,只不过是10^-9秒以前的你,这就让你觉得好像就是现在的你是一样的。

时空观

但是在观测天体时,光速就不是一个大数字了,就拿我们太阳系来说,距离我们最近的恒星系是比邻星所在的恒星系,它们距离我们4光年以上。

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意思是,光要走完这段路都需要4年多的时间。也就是说,我们如果能看到比邻星上的事件,那这件事其实是发生在4年多以前的。所以,你发现没有?在天文上的观测,其实要结合着时间和距离两个要素一起看,否则就容易搞不清楚,这其实就是一种新的时空观,而这些就是狭义相对论所描述的时空观念。总结下来就是,一个事件是否会被我们观测到,由于需要经过光的传播,只有光传播到了,我们才能看到,光还没有传播到,我们就看不到。而光传播是需要时间的,因此,我们看到的是过去的事件。

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宇宙在膨胀

了解了这些基本的情况,我们可以来继续看,如果仅仅是上面那样也就算了,其实还有一个干扰因素叫做:宇宙膨胀。这是哈勃观测到的,星系大多都在远离我们,体现在观测上,就是星系所发出被我们观测到的电磁波都发生了红移现象。

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后来,进一步的研究发现,其实这种现象来自于宇宙空间的膨胀,而不是星系自身在运动。当我们观测到一个天体时,如果它距离我们已经远超过1亿光年,我们就得考虑到宇宙膨胀效应。

这就使得,可能你现在看到它是在这里,但实际上,由于它是1亿年以前的发出的光,而且宇宙在膨胀,所以它现在的距离就离你更远了,这里的所谓的共动距离就是排除了宇宙膨胀效应,此时这星系实际距离你的位置。

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而我们目前观测到的GN-z11,它的红移量z=11.09,计算得到的共动距离就是320亿光年,也就是说,它现在的位置是距离我们320亿光年的。而我们所看到的的其实是134亿年前的它。说白了就是134年前(此时也就是宇宙4亿岁时。),它发出的光,经过了134年后,被人类的观测器观测到了,所以,我们看到的是GN-z11的134年前的样子。(所以,我们上文才会强调,在观测天体时,时间和距离都要考虑在内。)

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可观测宇宙

而GN-z11实际上是我们目前实际观测到最远的星系。而我们要知道的是宇宙有138亿年的历史,所以,从宇宙大爆炸那一刻起,宇宙就开始膨胀的,到了宇宙38万岁时,也就是宇宙大爆炸后38万年,光子才开始在宇宙中传播。

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(这是由于宇宙的早期,宇宙是不透明的,当时的情况就像是一锅粒子粥,当时没有原子,只有一堆比原子更小的粒子,光子也在其中,跌跌撞撞,一直出不来,直到38万年后,温度降到2700度,原子结构形成,光子也就开始在宇宙中传播了。)

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所以,如果通过观测光,我们能看到最古老的光应该是宇宙38万岁时传播出来的,这个也要加上宇宙膨胀效应,我们就会得到一个461亿光年的距离。

那你可能要问了,可观测宇宙不是465亿光年的半径么?

上文我们也提到了,461亿光年是宇宙38万年时开始传播的,但是还有38万年的时间是我们通过光看不到的。但并不是说没有办法了,实际上,宇宙诞生之初就会产生原初引力波和原初中微子。

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引力波和中微子的穿透力极其强,它们并不会被宇宙早期的等离子体所束缚,而是从宇宙诞生之初就在宇宙中传播,因此,我们只要能够观测到原初的引力波或者中微子,那么我们就可以看到更古老的宇宙,也就是距离我们更远的天体。当然,这部分同样需要加上宇宙膨胀效应,得到的距离就是4亿光年,加上之前的461亿光年,也就是465亿光年。因此,我们才会说,我们理论上所能观测到的最远距离是465亿光年。

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