光線會因時空發生彎曲,那麼靠光線測天體距離是不是不靠譜?

宇宙 天文 地球 伽利略 黑洞 易五月 易五月 2017-12-29

光線的確會因時空發生彎曲,到達地球前的確可能已發生多次彎曲。所以如果你是想看到最原始的光線成的像,那麼不好意思,這個願望可能很難實現。

彎曲時空中行走的光線產生了扭曲的像。

光線會因時空發生彎曲,那麼靠光線測天體距離是不是不靠譜?

但如果你的目的是探索我們的宇宙,那這樣的光線就大有用處了! 你想想,光線的扭曲是因為我們的光線在傳播過程中經過了完全的時空,而彎曲的時空是由那個時空中所處的大量的物質造成的。那麼,我們反過來想,光線的彎曲程度不就反應了那片區域內的物質的分佈嘛?那現在我們通過研究光線,不但可以像以前一樣研究看得見的天體,而且現在連看不見的天體都可以研究了。因為看不見的天體雖然不直接發光,但它們的質量卻可以把經過的光線扭曲,從而讓遠方的我們察覺到它們的存在。

這種看不見的物質有個學名:暗物質。而這種對光線的彎曲作用也有個學名:引力透鏡。顧名思義,就是物質的引力像我們傳統的玻璃透鏡一樣將光線彎曲,匯聚,最後生成彎曲的像。根據廣義相對論,就是當背景光源發出的光在引力場(比如星系、星系團及黑洞)附近經過時,光線會像通過透鏡一樣發生彎曲。光線彎曲的程度主要取決於引力場的強弱。分析背景光源的扭曲,可以幫助研究中間作為“透鏡”的引力場的性質。根據尺度與效果的不同,引力透鏡效應可以分為強引力透鏡效應和弱引力透鏡效應。

光線會因時空發生彎曲,那麼靠光線測天體距離是不是不靠譜?

一般從數學上來講,面質量密度大於1的為強引力透鏡區域,小於1的為弱引力透鏡區域。在強透鏡區域一般可以形成多個背景源的像,甚至圓弧(又稱“愛因斯坦環”,Einstein Ring),而弱透鏡區域則只產生比較小的扭曲。強透鏡方法通過對愛因斯坦環的曲率和多個像的位置的分析,可以估計測量透鏡天體質量。弱透鏡方法通過對大量背景源像的統計分析,可以估算大尺度範圍天體質量分佈,並被認為是現在宇宙學中最好的測量暗物質的方法。

1980年,天文學家觀測到類星體Q0957+561發出的光在它前方的一個星系的引力作用下彎曲,形成了兩個一模一樣的類星體的像。這是人類第一次觀察到引力透鏡效應。

光線會因時空發生彎曲,那麼靠光線測天體距離是不是不靠譜?

計算恆星的距離不是靠方向,而是靠質量和亮度。而質量是利用脈衝星的脈衝週期計算的。西方人在伽利略發明瞭望遠鏡以後,沒事兒就朝天上亂看,對天文學的發展促進巨大。在發明了照相機以後,通過長時間曝光,觀測的距離大大超出了人的眼力。長期的觀測,發現了脈衝星的週期與質量的對應關係,質量與亮度的關係,亮度與距離的關係。西方文明包含了科技的進步基因。中國也不差。他們擅長從0到1,中國人擅長從1到100!

其實不僅僅是光,光也只是波的一種表現形式罷了,任何形式的波,長的有引力波,短的如X射線,γ射線,電磁波等等都會被引力所改變路線,也就是說不管怎麼測量,都是不完全準確的,可能將來人類有辦法發現更靠譜的方法來測量距離吧。

PS:未經同意不得轉載(圖片來源網絡)

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