這張照片是韋伯望遠鏡拍攝的一張深空場，大家註意照片中這個微弱暗紅的斑點，它距離我們大約 130億光年 。
也就是以光的速度飛行130億年的距離。
但，就這麽一個微弱的光點，天文學家是怎麽看出，它距離我們130億光年的 。
大家好啊，我是騰寶，這期就給大家詳細的解答下這個問題。
文章我們從科學家探索光開始，然後就是一步步解開光的秘密，到最後，天文學家又是怎麽利用解開的謎題，從而得到遙遠天體的資訊。
所以，這也是研究光的一段發現史，希望大家收藏哈。
前言
對於天體距離的測量，我們有很多種方法，像 視差法 、 標準燭光法 。
但對於遙遠的距離，像那種幾十上百億光年的距離，卻只有一種準確的測量方法，那就是 紅移測量 。
而要說到紅移測量，這就不得不提到 夫朗禾費線 了。
這是人們探索光的一個偉大發現。
故事呢，還要從17世紀開始。
光中暗線
在 17 世紀時，牛頓首次發現， 當太陽光經過三棱鏡後，它會分散成如彩虹那般不同顏色的光 。
也就是光的色散現象，牛頓把這種色散後得到的光稱為光譜。
雖然這個現象看著很簡單，但它卻是我們解開光中秘密的開始。
在牛頓得到光譜的一百年後，1802 年英國的物理學家 沃拉斯頓 對牛頓的實驗進行了改進，使色散後的光譜的精度提高，提高後，他在太陽的光譜中首次發現， 光譜中存在許多暗色的條紋 。
但當時他對這些條紋沒有太在意。
只是認為這可能是儀器造成或者顏色的分界線什麽的。
所以他對此也沒進行深入的研究。
直到1814年，夫朗禾費的出現才讓人們重視這些暗線的存在。
1814年，夫朗禾費這個時候二十多歲，很年輕，但他制造光學儀器的技術卻相當了得，這個時候他設計出了現代首款光譜儀。
1814年，他透過自己的光譜儀也在太陽光譜中發現了那些暗色的條紋。
但和沃拉斯頓不同，夫朗禾費對這些暗色條紋很感興趣，起初他也認為可能是儀器的原因，但隨著他對儀器的不斷改良，這些暗線卻並沒有在光譜中消失，反而是光譜中的暗線越來越多。
所以夫朗禾費認為，這些暗線可能是光源本身的問題。
之後他對這些暗線出現的位置以及粗細、波長都進行了仔細的測量，並且他又測量了其它幾顆明亮恒星的光譜，在那些恒星的光譜中，他也發現了暗線的存在，但這些暗線和太陽光譜中的暗線排列卻不一樣。
所以在幾輪研究後，夫朗禾費得到資訊：這些暗線應該就是太陽和恒星本身所致，與地球和儀器無關.
雖然不知道它們是什麽，但夫朗禾費的研究，把這些暗線的產生原因指向了光源的本身。
也就是因為他的這些探索，在45年後，人們才得以解開暗線的秘密。
暗線之謎
1859 年的時候，這時有兩位科學家，德國的物理學家基爾霍夫和化學家本生。
他們兩個在這個時候喜歡玩火，就是燒各種不同的元素。
在燒元素時他們發現， 燃燒不同的元素，光譜儀會留下不同的亮線 。
這些明亮的線條和之前夫朗禾費發現的暗線很相似。
所以，他們這個時候有了一個大膽的想法，這些暗線會不會與元素有關呢。
之後，他們兩個用本生燈發出的石灰光做了一個實驗，
石灰光是一種連續的光譜，也就是沒有暗色條紋的光。
當他們讓這種光經過不同元素的冷氣體時發現， 原本連續的光譜出現了暗色的條紋 。
這和夫朗禾費測量的暗色條紋一致，並且暗色條紋出現的位置，和之前燃燒元素，出現的亮條紋，可以一一對應。
所以他們兩個得出結論，燃燒這些元素可以發出不同的光，從而產生亮線，而當光經過這些含有元素的冷氣體時，元素又會把這部份光吸收掉，留下暗線。
這便是暗線產生的原因， 它們是元素的吸收線 。
有了這個發現，從此我們探索宇宙，便有了一個了不起的武器-- 光譜探測 。
利用光譜中的暗線，我們可以在無法離開地球的情況下，了解遙遠太陽的元素組成，遙遠星系的元素組成，以及任何只要能得到吸收線或發射線的天體，我們都可以知道它們的組成，這便是研究這些暗線帶給我們的資訊。
而後人為了紀念夫朗禾費率先對暗線做出的研究，便 把這些暗線稱為了夫朗禾費線 。
那麽我們這次要說的紅移測量，便是夫朗禾費線在光譜中的一個位移。
紅移
透過前面夫朗禾費線的介紹我們可以知道，暗線是由不同元素吸收而留，而不同的元素只會吸收特定波長的光，所以元素吸收線的位置是固定不變的。
但1912年的時候，一個名叫梅爾文-斯萊弗的天文學家在測量一些螺旋星雲時。
在這裏我們提一下哈，這些星雲其實是就是我們所說的星系，因為在這個時候，人們對宇宙的認識還停留在銀河系就是宇宙全部的思維中，所以當觀測到一些圓盤彌散狀的斑點時，認為它們是銀河系內的星雲，但實際上，它們是遙遠的星系。
那麽斯萊弗在測量這些星雲時發現，這些星雲中的暗線並沒有在固定的位置，它們似乎往光譜中的紅波段移動了。
這是什麽原因呢，斯萊弗認為，這可能是它們的速度導致，就像都卜勒效應那樣，他們在遠離我們，遠離時將光波拉長，從而讓暗線往紅端發生了位移。
這便是紅移。
這次的發現，發現了星系的紅移，且將紅移與速度聯系了起來，這為之後哈伯的研究奠定了基礎。
1924年的時候，哈伯在測量仙女座星雲時，在其中發現了幾個被稱為造父變星的恒星，這是一種可作為標準燭光的恒星。
利用它，哈伯測量了仙女座星雲的距離，發現這個星雲距離我們遠大於之前認為銀河系的尺寸，所以哈伯斷定，這個星雲不在銀河系之內，它是獨立於銀河系之外的另一個星系。
至此，人們對宇宙的認識才從銀河系的大小走了出來， 銀河系之外還有星系 。
所以從這之後，哈伯又相繼測量了其它星系的距離。
於是，1929年的時候，發現了驚天的秘密。
之前斯萊弗已經確定紅移和速度有關，所以根據紅移，我們可以計算星系的退行速度。
那麽當哈伯用星系的距離與速度對比後發現，星系退行的速度與距離存在一個線性的關系，也就是 距離地球越遠的星系，它們退行的速度也就越大 。
速度與距離成正比關系。
這就是著名的哈伯定律，
它的發現證實了宇宙是一個正在膨脹的宇宙，而不是靜態不變的宇宙，這為宇宙大爆炸理論提供了證據，讓世人驚嘆。
同時，這個發現也讓紅移和距離確定了關系。
也就是， 紅移值越大星系距離我們就越遠 。
所以透過這個關系，只要我們測出譜線中紅移的大小，便可計算出它的實際距離。
這便是天文學家測量遙遠天體的方法的由來-- 紅移測量 。
我是騰寶，一個熱愛天文的科普創作者，還希望大家多多關註與支持
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