在科學(xué)家的共同努力下，宇宙的年齡被測(cè)算得越來(lái)越精細(xì)，從二三百萬(wàn)歲到138.2億歲，今后肯定還會(huì)更精確。每一次更精確的數(shù)據(jù)后面，都有新的理論和新的技術(shù)給予強(qiáng)有力的支撐。這些理論和技術(shù)很深?yuàn)W難懂，但不管怎樣都阻擋不了人類的好奇：宇宙的年齡到底是怎么測(cè)出來(lái)的呢？下面，專家為大家介紹三種主要的方法。
尋找宇宙中最古老的天體麥修薩拉
麥修薩拉的年齡是宇宙年齡的下限
在南京地質(zhì)博物館，有一塊來(lái)自加拿大的小石頭。這塊石頭表面看上去黑黝黝的，暗淡無(wú)光。但科學(xué)家說(shuō)，它是最古老的巖石。這塊巖石是鎂鐵和超鎂鐵巖包裹體，經(jīng)同位素測(cè)定，它自形成到現(xiàn)在已經(jīng)40億年了。目前地球上還沒(méi)有發(fā)現(xiàn)比它更老的巖石。如果據(jù)這塊巖石推測(cè)，地球年齡的下限大概在40億歲。
和地球一樣，宇宙中也有和宇宙差不多同齡的古老恒星。找到這種恒星，也差不多就可以知道宇宙年齡的下限，而這也被認(rèn)為是測(cè)算宇宙年齡最基本的方法之一。
麥修薩拉是《圣經(jīng)》里一位活到969歲的猶太族長(zhǎng)的名字，是《圣經(jīng)》中壽命最長(zhǎng)的人。天文學(xué)家把最古老的星命名為麥修薩拉星。以下幾顆最古老的恒星自本世紀(jì)以來(lái)相繼被稱為麥修薩拉星。
●2001年天文學(xué)家利用歐洲南方天文臺(tái)的甚大望遠(yuǎn)鏡，對(duì)一顆距離地球約1萬(wàn)光年、球狀星團(tuán)中編號(hào)為CS31082-001的恒星，進(jìn)行了高精度光譜觀測(cè)。根據(jù)光譜，第一次得到太陽(yáng)系外天體的放射性同位素釷-232和鈾-238(Uranium-238）含量之比，從而計(jì)算出該恒星的年齡是125億歲。
●2007年，天文學(xué)家又用相同的辦法，測(cè)得一顆距離地球7500光年、編號(hào)為HE 1523-0901的紅巨星的年齡為132億歲。
●賓西法尼亞州立大學(xué)的天文學(xué)家經(jīng)過(guò)近10年的觀測(cè)，于2月公布找到一顆距離地球僅190光年、編號(hào)為HD 140283的亞巨星，其測(cè)定的年齡高達(dá)144.6億歲，但誤差有8億歲。
以上這幾顆最古老的恒星，根據(jù)它們的金屬含量，都屬于宇宙中的第2代恒星。
測(cè)量哈勃時(shí)標(biāo)
最新觀測(cè)顯示其大小是145億歲
用標(biāo)準(zhǔn)燭光推算鄰近星系的距離
1917年，天文學(xué)家斯利普在觀測(cè)遙遠(yuǎn)天體時(shí)，發(fā)現(xiàn)一些天體的光譜譜線存在紅移。這些天體看起來(lái)以一定速度在遠(yuǎn)離地球。那么這些天體距離地球有多遠(yuǎn)呢？
對(duì)于鄰近的天體，天文學(xué)家的量天尺是三角視差法。天文學(xué)家把地球和太陽(yáng)的平均距離定義為一個(gè)天文單位，大約是1.5億公里。對(duì)于太陽(yáng)系外的一些恒星，天文學(xué)家在1年中分別觀測(cè)幾次，比如在春分和秋分對(duì)某顆星進(jìn)行觀測(cè)，測(cè)量它在天球坐標(biāo)上的位移。如果兩次觀測(cè)地球位移了1個(gè)天文單位，而恒星位移了1角秒，天文學(xué)家就定義恒星距離地球1秒差距。根據(jù)初中的三角幾何知識(shí)，我們就可以求出1秒差距為30.9萬(wàn)億公里，或者是3.26光年。
天文學(xué)家利用這種方法得到一大批太陽(yáng)系附近恒星的距離，并且計(jì)算出這些恒星的光度。在這些恒星中，人們發(fā)現(xiàn)有一些恒星并不是永恒不變的，例如造父類變星。造父類變星不僅光度有周期性變化，而且光度和周期有很好的相關(guān)性，簡(jiǎn)稱周光關(guān)系。造父類變星是人類最先使用研究宇宙的一類標(biāo)準(zhǔn)燭光。所謂標(biāo)準(zhǔn)燭光，就是如果我們把一支發(fā)光穩(wěn)恒的蠟燭，放到不同的距離上，我們就可以通過(guò)觀測(cè)到的蠟燭亮度，來(lái)求出蠟燭離我們的遠(yuǎn)近。原理很簡(jiǎn)單，蠟燭的亮度隨距離是負(fù)2次方減弱。天文學(xué)家利用造父類變星的周光關(guān)系，在鄰近的星系中尋找該類天體，通過(guò)觀測(cè)到的變化周期和亮度，推算出鄰近星系的距離。
對(duì)于比鄰近星系更遙遠(yuǎn)的天體，天文學(xué)家要尋找更明亮的標(biāo)準(zhǔn)燭光。20世紀(jì)90年代天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)有一類超新星可以作為標(biāo)準(zhǔn)燭光。2004年，天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)在伽瑪射線暴中也存在標(biāo)準(zhǔn)燭光。
145億歲可能是宇宙年齡的下限也可能是上限
埃德溫哈勃在20世紀(jì)20年代研究造父類變星，他驚奇地發(fā)現(xiàn)，造父類變星的紅移，亦即相對(duì)地球的遠(yuǎn)離速度，竟然和距離成正比！
我們現(xiàn)在知道，銀河系的尺度，包括銀盤(pán)、銀暈，大概是10萬(wàn)秒差距。把10個(gè)這樣的銀河系首尾相連，放在一直線上，那么總的長(zhǎng)度是100萬(wàn)秒差距，這樣的尺度，也是整個(gè)宇宙大社會(huì)中的一個(gè)中級(jí)機(jī)構(gòu)星系團(tuán)（星系往往喜歡聚集成團(tuán)，我們銀河系處在室女座星系團(tuán)中）的尺度。相距100萬(wàn)秒差距的兩個(gè)星系彼此的遠(yuǎn)離速度，就可以定量描述哈勃的發(fā)現(xiàn)。哈勃的學(xué)生、他的學(xué)術(shù)繼承人桑德奇后來(lái)把這個(gè)量定義為哈勃常數(shù)。普朗克衛(wèi)星的最新觀測(cè)結(jié)果表明，宇宙現(xiàn)在的哈勃常數(shù)是67.8公里/秒百萬(wàn)秒差距。
讓我們來(lái)計(jì)算一下哈勃時(shí)標(biāo)。如果宇宙是勻速膨脹的，那么兩個(gè)星系從宇宙剛開(kāi)始就以67.8公里每秒的速度分離，到現(xiàn)在相距100萬(wàn)秒差距，所用的時(shí)間即為宇宙現(xiàn)在的年齡。我們把這個(gè)年齡叫做哈勃時(shí)標(biāo)，根據(jù)最新的觀測(cè)其大小是145億歲。
如果宇宙中只有物質(zhì)，即只有萬(wàn)有引力，則宇宙在萬(wàn)有引力作用下從開(kāi)始到現(xiàn)在一直在做減速膨脹，越早期膨脹速度越大，那么宇宙的真實(shí)年齡比哈勃時(shí)標(biāo)145億歲要小；如果宇宙只有暗能量，即只有斥力，則宇宙在斥力作用下從開(kāi)始到現(xiàn)在一直在做加速膨脹，那么宇宙的真實(shí)年齡比145億歲要大。根據(jù)目前的觀測(cè)和宇宙學(xué)模型，宇宙的真實(shí)演化是介于以上兩種簡(jiǎn)單情況之間，在早期是萬(wàn)有引力為主，在最近50億年是暗能量逐漸占主導(dǎo)。
因此，哈勃時(shí)標(biāo)可以作為宇宙真實(shí)年齡的一個(gè)參考（可能是下限，也可能是上限）。
宇宙最終將進(jìn)入腦死亡狀態(tài)
宇宙現(xiàn)在處于什么時(shí)期？對(duì)這個(gè)問(wèn)題，紫金山天文臺(tái)吳雪峰博士笑答，宇宙現(xiàn)在或許處于中青年時(shí)期。
有一天，宇宙中的任何星系都會(huì)老去。比如太陽(yáng)老年的時(shí)候，會(huì)發(fā)生塌縮，最終變成白矮星。太陽(yáng)變成的白矮星，和地球差不多大。別看它現(xiàn)在的半徑是地球的700倍，但太陽(yáng)死后，和地球一樣大。
而比太陽(yáng)大大約8倍的恒星，死后變成中子星。中子星的半徑大約是10公里。
質(zhì)量是太陽(yáng)大約20倍的恒星，死后會(huì)變成黑洞。質(zhì)量是太陽(yáng)140~280倍的恒星，死后炸得四分五裂但最終有一天，所有的星系都將不再有新生和死亡。如果用人類生命體征來(lái)比擬，就是腦死亡。
宇宙微波背景輻射
最新數(shù)據(jù)顯示宇宙的年齡是138.2億歲
宇宙大爆炸之后約38萬(wàn)年，復(fù)合時(shí)代開(kāi)始。此時(shí)，宇宙溫度降低到4000℃左右，絕大多數(shù)自由電子和質(zhì)子結(jié)合在一起形成中性氫。由于參與散射的自由電子急劇減少，宇宙背景輻射光子獲得自由。人類能夠探測(cè)到最古老的輻射就是從此時(shí)開(kāi)始。這些宇宙背景輻射在宇宙138.2億年的不斷膨脹中逐漸損失能量，但其完美黑體輻射譜型保持不變，形成我們目前探測(cè)到的溫度為2.725開(kāi)爾文（零下270.42℃）的宇宙微波背景輻射，其主要輻射波段是微波。
微波背景輻射是宇宙大爆炸模型精確預(yù)言的結(jié)果，最初是由貝爾實(shí)驗(yàn)室兩位工程師于1970年代無(wú)意中發(fā)現(xiàn)。宇宙大爆炸模型不僅預(yù)言了微波背景輻射，同時(shí)預(yù)言了背景輻射各向異性，即不同方向上背景輻射溫度有微小起伏（10萬(wàn)分之一）。
1989年上天的COBE衛(wèi)星首次通過(guò)觀測(cè)證實(shí)了背景輻射各向異性。其后的飛去來(lái)器氣球試驗(yàn)（Boomerang）和WMAP衛(wèi)星進(jìn)一步證實(shí)了這一點(diǎn)。
各向異性輻射起源于宇宙的原初擾動(dòng)，這種擾動(dòng)是宇宙從完全均勻的物質(zhì)分布到大尺度結(jié)構(gòu)形成，包括形成我們現(xiàn)在觀測(cè)到的星系團(tuán)、星系的種子。原初擾動(dòng)在物質(zhì)中傳播產(chǎn)生重子聲波震蕩，從而造成我們?cè)谖⒉ū尘拜椛渖峡吹降母飨虍愋院徒枪β首V。擬合微波背景輻射的角功率譜等觀測(cè)，可以得到宇宙的幾何結(jié)構(gòu)、物質(zhì)成分、年齡等基本宇宙學(xué)參數(shù)。目前人類已經(jīng)進(jìn)入了精確宇宙學(xué)時(shí)代。
此次公布的分析結(jié)果基于普朗克衛(wèi)星上天開(kāi)始工作的最初15.5個(gè)月中獲得的觀測(cè)數(shù)據(jù)。來(lái)自歐洲、美國(guó)和加拿大的科學(xué)家共同組成科學(xué)組對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析，繪制出了迄今最精確的宇宙微波背景輻射圖景，得到的宇宙年齡為138.2億歲。
本文來(lái)自：逍遙右腦記憶 http://douzifanli.com/gaozhong/805226.html
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