宇宙的距离阶梯:我们是如何测量浩瀚宇宙的大小

科学家们已经逐渐发展出多种测定遥远星系距离的方法

北京时间6月23日消息，据英国广播公司(BBC)网站报道，“让我们去宇宙里到处逛逛吧!”这是1920年，美国天文学家哈罗•沙普利(Harlow Shapley)在华盛顿向一群听众发出的邀请。当时沙普利正打算举行和另一位美国科学家希伯•柯蒂斯(Heber Curtis)的辩论会，主旨是关于宇宙的大小。

沙普利和柯蒂斯的辩论

沙普利相信我们的银河系直径大约30万光年。按照我们目前的最新认识，沙普利得到的这个数据几乎比实际情况大了3倍左右，但在当时，他的测量结果已经属于相当精确了。尤其难能可贵的是，他对银河系内部的一个参数计算地相当准确，那就是太阳系距离银河系中心的距离。

然而在20世纪初，30万光年这样的数字在沙普利的同行们看来实在太过惊人了。而在很多当时的天文学家眼们看来，如果说我们从望远镜中看到的那些旋涡星系，它们可能都是像银河系这样规模的巨型星系，那已经近乎是荒诞的了。

事实是，沙普利本人也的确认为银河系一定是独特的。他曾经对一位听众表示:“那些遥远星系的旋臂即便也是由恒星构成的，那它们在规模上也是无法和我们的银河系相提并论的。”

但柯蒂斯不同意这样的观点。他正确地指出，在宇宙中存在着很多和银河系一样规模巨大的星系。但有趣的是，柯蒂斯此番论点的出发点是，他认定银河系的规模肯定要比沙普利计算得到的结果要小得多。根据柯蒂斯的计算，银河系直径只有大约3万光年--这比现代测量数值大约小了3倍。

于是这场辩论就出现了在现在看来非常有意思的的双方:一方计算的银河系大小比实际大了3倍，另一方则比实际小了3倍，而双当都对自己的结果坚信不疑，对对方的结果嗤之以鼻。当然，考虑到这是一场在差不多100年前举行的辩论，在测量上出现这样的误差是完全可以理解的。

宇宙距离阶梯一:无线电反射

今天，我们已经可以相当有信心地认为，银河系的直径大约为10万光年。而我们能够观察到的宇宙范围当然还要远远超越这一尺度。根据最新的理论，我们能够观察到的整个宇宙范围，即所谓的“可观测宇宙”的直径大约为930亿光年。那么我们究竟是如何得到这一结果的?我们，生活在尘埃一般地球上的小小生物，我们怎么可能测定这样广袤的距离数值?

自从波兰天文学家哥白尼提出日心说以来，我们似乎一种都难以摆脱自身在认识宇宙方面的先入之见，而这一点在关于宇宙究竟有多大这一点上尤为明显。甚至在今天，随着最新数据的获得，宇宙的大小也仍然在不断颠覆我们此前的认识，迫使我们不断更新自己的观念。

凯特琳•卡西(Caitlin Casey)是美国德克萨斯州奥斯汀德州大学的一名天文学家，专业就是宇宙学。她指出，天文学家们已经发展出一整套天才的工具和手段，不仅用于计算地球到太阳系内其他天体的距离，也同样能够被用于测算星系之间的距离甚至是整个可观测宇宙的大小。

测量所有这些距离的手段被称作“宇宙距离阶梯”(cosmic distance ladder)。这个阶梯的第一级是最容易的，而在今天，这一级阶梯也广泛借助于现代先进技术。

卡西表示:“我们可以直接向近距离的行星表面发射无线电波并接收反射信号，比如金星和火星，并测量信号往返所需要的时间。这将可以给出非常精确的距离数值。”

设在波多黎各岛上的阿雷西博射电望远镜口径305米，目前是世界上口径最大的射电望远镜，但很快就将被中国贵州口径500米的FAST射电望远镜超过

大型射电望远镜，比如设在波多黎各岛上的阿雷西博望远镜就能够胜任此类工作，但这类设备能够完成的工作还有更多。比如阿雷西博射电望远镜能够对遥远的小行星进行观察，并根据无线电信号在这些小行星表面的反射特征绘制出其地表形态地图。

但使用射电望远镜测量太阳系之外天体的距离则显得有些不切实际了。此时，我们需要使用的三角视差方法。