宇宙的距離階梯:我們是如何測量浩瀚宇宙的大小

科學家們已經逐漸發展出多種測定遙遠星系距離的方法

北京時間6月23日消息，據英國廣播公司(BBC)網站報道，“讓我們去宇宙里到處逛逛吧!”這是1920年，美國天文學家哈羅•沙普利(Harlow Shapley)在華盛頓向一群聽眾發出的邀請。當時沙普利正打算舉行和另一位美國科學家希伯•柯蒂斯(Heber Curtis)的辯論會，主旨是關于宇宙的大小。

沙普利和柯蒂斯的辯論

沙普利相信我們的銀河系直徑大約30萬光年。按照我們目前的最新認識，沙普利得到的這個數據幾乎比實際情況大了3倍左右，但在當時，他的測量結果已經屬于相當精確了。尤其難能可貴的是，他對銀河系內部的一個參數計算地相當準確，那就是太陽系距離銀河系中心的距離。

然而在20世紀初，30萬光年這樣的數字在沙普利的同行們看來實在太過驚人了。而在很多當時的天文學家眼們看來，如果說我們從望遠鏡中看到的那些旋渦星系，它們可能都是像銀河系這樣規模的巨型星系，那已經近乎是荒誕的了。

事實是，沙普利本人也的確認為銀河系一定是獨特的。他曾經對一位聽眾表示:“那些遙遠星系的旋臂即便也是由恒星構成的，那它們在規模上也是無法和我們的銀河系相提并論的?！?/span>

但柯蒂斯不同意這樣的觀點。他正確地指出，在宇宙中存在著很多和銀河系一樣規模巨大的星系。但有趣的是，柯蒂斯此番論點的出發點是，他認定銀河系的規?？隙ㄒ�比沙普利計算得到的結果要小得多。根據柯蒂斯的計算，銀河系直徑只有大約3萬光年--這比現代測量數值大約小了3倍。

于是這場辯論就出現了在現在看來非常有意思的的雙方:一方計算的銀河系大小比實際大了3倍，另一方則比實際小了3倍，而雙當都對自己的結果堅信不疑，對對方的結果嗤之以鼻。當然，考慮到這是一場在差不多100年前舉行的辯論，在測量上出現這樣的誤差是完全可以理解的。

宇宙距離階梯一:無線電反射

今天，我們已經可以相當有信心地認為，銀河系的直徑大約為10萬光年。而我們能夠觀察到的宇宙范圍當然還要遠遠超越這一尺度。根據最新的理論，我們能夠觀察到的整個宇宙范圍，即所謂的“可觀測宇宙”的直徑大約為930億光年。那么我們究竟是如何得到這一結果的?我們，生活在塵埃一般地球上的小小生物，我們怎么可能測定這樣廣袤的距離數值?

自從波蘭天文學家哥白尼提出日心說以來，我們似乎一種都難以擺脫自身在認識宇宙方面的先入之見，而這一點在關于宇宙究竟有多大這一點上尤為明顯。甚至在今天，隨著最新數據的獲得，宇宙的大小也仍然在不斷顛覆我們此前的認識，迫使我們不斷更新自己的觀念。

凱特琳•卡西(Caitlin Casey)是美國德克薩斯州奧斯汀德州大學的一名天文學家，專業就是宇宙學。她指出，天文學家們已經發展出一整套天才的工具和手段，不僅用于計算地球到太陽系內其他天體的距離，也同樣能夠被用于測算星系之間的距離甚至是整個可觀測宇宙的大小。

測量所有這些距離的手段被稱作“宇宙距離階梯”(cosmic distance ladder)。這個階梯的第一級是最容易的，而在今天，這一級階梯也廣泛借助于現代先進技術。

卡西表示:“我們可以直接向近距離的行星表面發射無線電波并接收反射信號，比如金星和火星，并測量信號往返所需要的時間。這將可以給出非常精確的距離數值?！?/span>

設在波多黎各島上的阿雷西博射電望遠鏡口徑305米，目前是世界上口徑最大的射電望遠鏡，但很快就將被中國貴州口徑500米的FAST射電望遠鏡超過

大型射電望遠鏡，比如設在波多黎各島上的阿雷西博望遠鏡就能夠勝任此類工作，但這類設備能夠完成的工作還有更多。比如阿雷西博射電望遠鏡能夠對遙遠的小行星進行觀察，并根據無線電信號在這些小行星表面的反射特征繪制出其地表形態地圖。

但使用射電望遠鏡測量太陽系之外天體的距離則顯得有些不切實際了。此時，我們需要使用的三角視差方法。