宇宙的膨脹速度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于光速,為什么旅行者號(hào)還能越過(guò)行星去往星際空間?
網(wǎng)友解答: 宇宙膨脹速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于光速是指整個(gè)宇宙大尺度而言,在我們附近較小尺度空間,這個(gè)膨脹速度是很慢很慢的,慢到可以忽略不計(jì)。宇宙膨脹就像一個(gè)真在吹氣的氣球,在氣球的表面有密密麻麻的星
宇宙膨脹速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于光速是指整個(gè)宇宙大尺度而言,在我們附近較小尺度空間,這個(gè)膨脹速度是很慢很慢的,慢到可以忽略不計(jì)。
宇宙膨脹就像一個(gè)真在吹氣的氣球,在氣球的表面有密密麻麻的星系,隨著氣球越吹越大,這些密密麻麻的星系就會(huì)間隔得越來(lái)越寬。但距離很近的星系分開(kāi)速度并不是很快,而且根據(jù)萬(wàn)有引力的影響,還有可能會(huì)相互靠近,比如我們銀河系和仙女座星系,就在以每秒數(shù)百公里得速度相互吸引著靠近。
我們現(xiàn)在用插竹竿來(lái)比喻,我們每隔1米插一根竹竿,一條直線上插了100根竹竿,最遠(yuǎn)的那根竹竿就距離我們?yōu)?00米。如果這些竹竿在膨脹的時(shí)空中(氣球表面),均勻的分開(kāi),距離我們最近的那根竹竿離開(kāi)了1米,距離我們就成了2米,而每一根竹竿都以同樣的速度膨脹分開(kāi),第二根就距離我們4米,第三根距離我們6米,余此類推,最遠(yuǎn)的那根竹竿距離我們就200米遠(yuǎn)了。
如果這個(gè)時(shí)間用了1秒鐘,最近的1秒鐘就分開(kāi)了1米,而最遠(yuǎn)的那根1秒鐘就離開(kāi)了我們100米。再遠(yuǎn)呢?若干光年以外呢?事實(shí)上,宇宙膨脹速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)這么快。
歐洲航天局于2013年3月21日發(fā)布了當(dāng)時(shí)測(cè)量的最新哈勃常數(shù)數(shù)值,為67.80±0.77(km/s)/MpcMpc表示百萬(wàn)秒差距,大約為326萬(wàn)光年。這個(gè)數(shù)據(jù)是普朗克衛(wèi)星長(zhǎng)期跟蹤測(cè)量得出來(lái)的。這個(gè)數(shù)據(jù)通俗的說(shuō)就是在距離我們326萬(wàn)光年的地方,星系離開(kāi)我們的速度每秒鐘約67.8公里,正負(fù)誤差為0.77公里。
然后越遠(yuǎn)越快,越近越慢,而且是各向同步均勻膨脹的。
看起來(lái)這個(gè)膨脹速度是很慢的,每秒鐘才約68公里,光速是每秒30萬(wàn)公里,差遠(yuǎn)了。但我們想一想,我們的宇宙已經(jīng)有930億光年的可視范圍,還不算不可視范圍。即使按照這個(gè)可視范圍半徑來(lái)測(cè)算,就是465億光年,是326萬(wàn)光年的14264倍,用這個(gè)數(shù)值乘以67.8公里,就是每秒約96.7萬(wàn)公里,3倍多光速!
但距離我們最近的天體膨脹速度有多快呢?我們也可以計(jì)算出來(lái)。326萬(wàn)光年的地方膨脹速度為每秒67.8公里,那么一光年的地方就是67.8公里/326萬(wàn),等于約21.2厘米。
這樣我們就知道了,這種膨脹速度并不影響旅行者號(hào)飛出太陽(yáng)系,前往星際空間。旅行者1號(hào)的飛行速度現(xiàn)在約17公里/每秒,宇宙膨脹速度在1光年的地方才21.2厘米每秒,在我們附近幾乎就可以忽略不計(jì)了。
按照現(xiàn)在的速度,旅行者1號(hào)飛出太陽(yáng)系引力范圍(約半徑1光年)還需要7萬(wàn)多年的時(shí)間,而每年1光年的地方宇宙膨脹哈勃常數(shù)為669公里(21.1x3600x24x365.25/1000000)/年,7萬(wàn)多年就膨脹了4683萬(wàn)公里而已。旅行者1號(hào)只要多飛40幾天就能抵消宇宙膨脹的速度了。
而且旅行者號(hào)探測(cè)器在飛行中也享受著宇宙膨脹帶來(lái)的空間移動(dòng),抵消時(shí)間還可以縮短。
所以,宇宙膨脹對(duì)于我們?nèi)祟惉F(xiàn)在近距離的航天(相對(duì)于宇宙大尺度來(lái)說(shuō))幾乎沒(méi)有什么影響。旅行者1號(hào)距離我們現(xiàn)在有215億公里了,只是1光年的440分之一,在這個(gè)地方宇宙膨脹的速度0.048厘米/秒,也就是半個(gè)毫米,完全可以忽略不計(jì)。
這就是時(shí)空通訊對(duì)宇宙膨脹的理解,也是宇宙膨脹與現(xiàn)階段航天飛船關(guān)系及影響的理解,愿與大家共享。
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至于多遠(yuǎn)距離的天體處膨脹速度會(huì)超光速,可以根據(jù)哈勃常數(shù)來(lái)計(jì)算的,目前觀測(cè)得到的哈勃常數(shù)有三個(gè),分別是用三種不同方法測(cè)量到的,分別是最傳統(tǒng)的星系距離階梯、微波背景輻射和雙中子星合并引力波。但三種方法測(cè)量到的哈勃常數(shù)并不一樣。。。
雙中子星引力波合并測(cè)得數(shù)值剛好在另外兩種方法之間,我們就取它作為標(biāo)準(zhǔn)吧。其數(shù)字是大約70公里/秒/百萬(wàn)秒差距,1秒差距相當(dāng)于3.2615637771418798291光年。。。我們近似保留小數(shù)點(diǎn)后兩位吧,取3.26,也就是每3260000光年距離每秒膨脹70公里。這樣我們就可以計(jì)算出大概多遠(yuǎn)的距離上宇宙膨脹超過(guò)光速,當(dāng)然這是假設(shè)膨脹在時(shí)間上和空間上都是均勻的,否則我就沒(méi)法算了。╮(╯_╰)╭也就是說(shuō)我是不考慮宇宙加速膨脹的。
光速我們也取近似值每秒30萬(wàn)公里。300000÷70×3260000=13971428571.428光年。約等于139.7億光年,數(shù)字剛好接近宇宙年齡有沒(méi)有。???
也就是說(shuō),假設(shè)宇宙膨脹在時(shí)間上和空間上都是均勻的,那它大約在半徑139.7億光年時(shí)膨脹超過(guò)光速。膨脹超過(guò)光速意味著哪里發(fā)出的光永遠(yuǎn)到不了我們這里,也就是這距離外的宇宙是不可觀測(cè)的。因此我們現(xiàn)在就有了一個(gè)可觀測(cè)宇宙,就是根據(jù)這個(gè)計(jì)算的,但如果你聽(tīng)說(shuō)過(guò)可觀測(cè)宇宙的半徑你會(huì)記得數(shù)值是465億光年而不是139億光年,這是怎么回事呢?
其實(shí)這個(gè)可觀測(cè)宇宙的半徑范圍是一個(gè)理論值,是指我們現(xiàn)在能看到的最遠(yuǎn)的星系距離139億光年(這是我前面用簡(jiǎn)單算法算的值,不是真實(shí)值),經(jīng)過(guò)138億年的宇宙膨脹,它現(xiàn)在已經(jīng)膨脹到離我們465億光年的地方了。
所以這個(gè)所謂的可觀測(cè)宇宙邊緣離我們465億光年的星系如果現(xiàn)在還在發(fā)光的話,它發(fā)的光將不會(huì)再被我沒(méi)看到,在此后的幾百億年里,這星系將會(huì)漸漸紅移并最終消失在我們的可觀測(cè)宇宙里Oo。...
現(xiàn)在的宇宙膨脹速率別說(shuō)這一光年的太陽(yáng)系了,就算是直徑20萬(wàn)光年的銀河系,其膨脹率也不會(huì)阻礙旅行者往外飛。。。何況宇宙膨脹在星系內(nèi)部的強(qiáng)大引力場(chǎng)下根本不起作用。