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2013 年 1 月 15 日
   

太陽系的前世今生 (15):大霹靂學說與宇宙背景微波輻射觀測

影像提供 : Serge Lachinov ,National Academies Press
文字提供 : 陳輝樺 (NMNS )  

說明 : 20 世紀初, 愛因斯坦 廣義相對論 中表示, 如果宇宙的形狀像個封閉的圓球, 那它一定正在 膨脹 或正在收縮。 20 世紀初,美國天文學家哈柏Edwin Powell Hubble ,1889.11.20. ─ 1953.9.28.) 在觀察星系的運動時, 現在遠方的星系裡的星體, 絕大多數遠方的星系有遠離我們的現象, 星系並不僅對地球上的觀測者有遠離的現象,而且彼此相互間也呈現遠離的現象。 這種遠離的現象純粹是沿者觀測者觀測的徑向方向的膨脹,旋轉的運動並不明顯。 在遙遠的星系遠離的速度大致上可用方程式 v = H0 r 來表示, 式中 v 是星系遠離的速度,r 是星系與我們的距離, H0 稱為「哈柏常數 (Hubble constant)」, 約每百萬秒差距每秒 50 - 100 公里間 (或約每秒 6 萬公里,即真空中光速的 1 / 15 )。 而且沒有任何跡象顯示,速度隨距離的增加有減緩的趨勢,因此可以說宇宙正向四面八方膨脹著, 這和愛因斯坦在 廣義相對論中的推導見解相吻合。

            21 世紀初至今觀測結果發現,宇宙膨脹的速度不但沒有減緩,反而是呈現加速膨脹的現象。 為什麼會有如此的加速膨脹現象呢? 1930 年, 美籍俄裔物理學家、宇宙學家、科普作家喬治•加墨 (George Gamow ,1904.3.4. ─ 1968.8.19. ,左上照片) 闡述宇宙的由來是起源於一次的「大霹靂 (Big Bang)」。 1949年, 喬治•加墨 進一步依據理論推導預測, 宇宙會有隨大霹靂而膨脹開約絕對溫度 5 度的殘餘能量散佈在整個空間中。

            理論天文學家為什麼會有量測大霹靂後的宇宙背景輻射的想法呢? 自從 1864 年,馬克士威 (James Clerk Maxwell,1831.6.13. ─ 1879.11.5.) 統合了原有電學和磁學的理論完成完整的 電磁理論 , 預測電磁波的存在; 1887 年赫茲 (Heinrich Hertz,1857.2.22. ─ 1894.1.1.) 發現電磁波, 因此電磁波成為近代科學研究的重要一支。 也就是說,我們除了可以用光學望遠鏡的方式來觀天, 也該可以用其他的波段來觀察大自然。 1965 年,美國物理學家 Robert Dicke (1916.5.6.─ 1997.3.4.,中上照片) 與 Phillip James Edwin Peebles (1935.4.25.  ─ ,右上照片) 並未察覺 喬治•加墨 的工作成果, 他們企圖量測宇宙初期所留下來的週遭輻射。 同一年 (1965 年),美國無線電天文學家羅伯特•威爾遜 (Robert Woodrow Wilson,1936.1.10. ─ ) 與阿諾•彭齊亞斯 (Arno Allan Penzias,1933.4.26. ─ ) 無意中發現了絕對溫度約 2.7 度 (約攝氏零下 270 度) 的 「宇宙背景微波輻射 (cosmic microwave background radiation)」。 現在,宇宙背景的溫度約為絕對溫度 2.7 度, 因而宇宙起源於 大霹靂 學說得以廣被接受。

 

明日主題 : 太陽系的前世今生 (16):大霹靂說的理論驗證與新近觀測
天文史上的今天 : 1976 年 1 月 15 日,美國航空暨太空總署 (NASA) 在佛羅里達州卡納維拉爾角的甘迺迪太空中心成功發射太陽神 2 號 (Helios 2)太空船升空,用於研究太陽活動和 太陽風 (Solar wind)。  
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