宇宙正在无限膨胀,为什么还会有天体相撞?

宇宙正在暗能量的作用下加速膨胀,伟大的天文学家哈勃在二十世纪二十年代到三十年代经过大量的观测得出,整个宇宙都在不断向外扩张,而这个速度高达67.8千米/秒/百万秒差距!但我们又确切的得到另一个消息,本星系中最大的仙女星系在奔向老二银河系,预计40亿年后将会碰撞!宇宙膨胀下,所有星系不都在远离么?为什么还会有星系相撞呢?

一、暗能量与宇宙膨胀

比起天文学家怀疑暗物质的存在,暗能量一直到大约二十年前才意识到它的存在,与暗物质引力效应相反,暗能量产生的作用是斥力,正由于它的存在,空间正在不断排斥,相互之间正在无限远离!

必须来了解下一个比较有意思的话题,爱因斯坦最初的引力场方程中认为宇宙是稳定静态的,因此他在方程中加入了一个宇宙常数,后来在参观了天文学家哈勃的观测成果时,爱因斯塔意识到自己犯下了一个不可饶恕的错误!但相隔60年之后的二十一世纪,暗能量的存在可能将使宇宙常数(暗能量)死而复生,当然到现在为止还不能确定,但事情似乎正朝着这个方向在发展!

当然暗能量并非本文主旨,咱先来了解下宇宙为什么在加速膨胀,也就了解个来龙去脉,再接下来简单聊聊为什么在膨胀加速的条件下,宇宙中居然还会撞车?

二、哈勃常数与宇宙膨胀

接下来我们简单说说宇宙膨胀的速度,哈勃在最早的观测的成果中发现宇宙膨胀的速度高达500千米/秒/百万秒差距,但在后续的观测中发现早期的观测中并没有考虑多种因素,因此在后期不断修正:

1931年,哈勃常数被修正为558,后又修正为526;

1952年,考虑了造父变星的零点变动后修正为260;

1958年,哈勃参考的最亮星位于电离氢区域,因此将哈勃常数修正为75

1974-1976年,桑德奇和塔曼用多种指标修正哈勃常数为55,到此哈勃常数只有最初观测指标的10%!

从七十年代以来,很多天文学家以及不同方向的观测设备,比如下图中几乎每家都不一样!

但现代在大多数场合都是参考ESA的普朗克卫星在2013年测得的67.8千米/秒/百万秒差距为准!这个数值的含义是宇宙在每隔百万秒差距(约326万光年)的距离上,宇宙膨胀的速度增加67.8千米/秒!

三、为什么宇宙在膨胀的条件下还会相撞?

有朋友用电影散场的方式来解释宇宙膨胀的条件下星系为什么会相撞,似乎有一些道理,但并不全面!因为宇宙中天体的运行除了受到膨胀作用下远离,还会受到引力作用下相互运动!那么我们简单计算下宇宙膨胀在银河系与仙女星系之间产生的相对运动速度!

仙女星系朝着银河系的相对速度为120千米/秒

仙女星系与银河系之间的距离是254万光年

根据哈勃常数每隔326万年光年膨胀速度增加67.8千米/秒,那么仙女星系被宇宙膨胀带走的距离应该是:

67.8千米/S*254万光年/326万光年=52.8千米/秒

那么原来仙女星系与银河系的相对速度应该是52.8+120=172.8千米/秒!

也就是说如果宇宙不膨胀的话,那么仙女星系会在27.8亿年后即与银河系碰撞,而宇宙的膨胀让仙女星系多花了大约13亿年!从这一点来看,宇宙膨胀功劳可不小啊,不过这并不是想象中的那种碰撞,只是星系悄悄合并而已,甚至作为当事者地球,都不太会有感觉,最多就是天空中的银河变化了

其实在更近的距离上,宇宙膨胀在恒星系之间的距离上产生的速度差异几乎就可以忽略不计,比如太阳与最近的比邻星之间,距离大约为4.22光年,那么膨胀产生的速度差异为8.78×10^-4千米/秒,也就是0.878米/秒!这与在银河系中本身就存在相对运动的基础上,直接就可以忽略了!

8万年内临近太阳的恒星距离变化,这个曲线越陡则表明速度越快,不用说那个最陡的曲线就是巴纳德星,因为它径向速度高达110.8千米/秒!当然这曲线也表示它并不会与太阳系相撞,而是靠近后即离去!

巴纳德星主要受到银心引力的影响,所有环绕银心公转的恒星都不同步,这是它们之间速度差异的主要原因!因此在更小的距离上,天体的运动受到引力主导!而在星系规模的运动中则受到暗物质的影响!在更大规模级别的宇宙运动则受到暗能量斥力的主导!