現(xiàn)在，韋伯太空望遠(yuǎn)鏡已經(jīng)投入使用，天文學(xué)家可以研究一些有史以來(lái)最遙遠(yuǎn)、最黯淡的星系。據(jù)說(shuō)，我們可能已經(jīng)捕捉到了其中的一個(gè)，該星系形成于宇宙只有3億年的時(shí)候，但是還不能完全確定它的距離。確定一個(gè)天體距離我們有多遠(yuǎn)，這在天文學(xué)上從來(lái)是個(gè)棘手的問(wèn)題。

　　如何測(cè)量一個(gè)最遙遠(yuǎn)星系的距離呢?如果你是一名天文學(xué)家，你會(huì)知道，除了觀測(cè)它的紅移，別無(wú)他法。因?yàn)楦鶕?jù)哈勃定律，一個(gè)星系離開(kāi)我們的速度與它的距離成正比(V=HD，V為速度，D為距離，H為哈勃常數(shù))。星系的速度是容易算的，因?yàn)樗c光譜的紅移量成正比。哈勃常數(shù)呢，如果宇宙自誕生以來(lái)一直在以勻速膨脹，那倒好辦，我們只要找一個(gè)可作為標(biāo)準(zhǔn)燭光的天體(所謂標(biāo)準(zhǔn)燭光，就是可以通過(guò)比較它的視亮度和真實(shí)亮度來(lái)確定其距離)，計(jì)算出它的哈勃常數(shù)，再把這個(gè)哈勃常數(shù)應(yīng)用于任何星系即可。

　　宇宙“量天尺”如何建立?

　　但遺憾的是，我們的宇宙并非在勻速膨脹，至少現(xiàn)在是在加速膨脹，因此沒(méi)有一個(gè)放之全宇宙而皆準(zhǔn)的哈勃常數(shù)，這個(gè)常數(shù)通常隨著距離而有所變化。

伽馬射線暴或可擴(kuò)展“量天尺”

　　在這種情況下，天文學(xué)家采用了數(shù)學(xué)家在微積分中常用的一種近似辦法，即：以地球?yàn)橹行模乜v向把宇宙的距離分成盡可能小的一段一段;每一段的起點(diǎn)和終點(diǎn)各選取兩個(gè)可作為標(biāo)準(zhǔn)燭光的天體;標(biāo)準(zhǔn)燭光的距離是容易測(cè)量的，知道了兩者距離我們有多遠(yuǎn)，同時(shí)通過(guò)測(cè)量其紅移量確定它們各自的速度，我們就可以計(jì)算出兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)燭光的哈勃常數(shù);然后把兩個(gè)哈勃常數(shù)取平均值，就可以近似地當(dāng)作介于兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)燭光之間的任何天體的哈勃常數(shù);用這個(gè)哈勃常數(shù)結(jié)合紅移量，就可以計(jì)算出該天體的距離。我們的“量天尺”就是這樣一步步建立起來(lái)的。至于最遙遠(yuǎn)的天體的距離，我們只能用最遙遠(yuǎn)的兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)燭光外推。

　　至于標(biāo)準(zhǔn)燭光，由一系列距離不等的變星和Ia型超新星來(lái)充當(dāng)，因?yàn)樗鼈兊恼鎸?shí)亮度或亮度變化理論上是可以預(yù)測(cè)的，這樣就可以與其視亮度進(jìn)行比較，從而準(zhǔn)確地確定它們的距離。

　　什么是伽馬射線暴?

　　不過(guò)，雖然變星和超新星在宇宙中算是一類比較明亮的天體，但一旦涉及宇宙中極其遙遠(yuǎn)的距離，甚至連它們也太暗淡了。我們迫切需要更明亮的標(biāo)準(zhǔn)燭光。最近，天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)，神秘的伽馬射線暴(GRB)或許可以充當(dāng)這樣的角色。

伽馬射線爆發(fā)時(shí)，產(chǎn)生的能量被射入兩個(gè)狹窄的、方向相反的噴射流中。

當(dāng)其中一股噴流指向地球時(shí)，我們就會(huì)看到這些爆發(fā)（藝術(shù)圖）。

　　GRB，即伽馬射線的短暫爆發(fā)。它們可能是由巨型恒星的超新星爆發(fā)引起的。GRB是宇宙中最明亮的天體之一，一個(gè)GRB所釋放的能量比太陽(yáng)在其整個(gè)100億年的壽命中所釋放的能量還要多。

　　GRB的主體是伽馬射線，這是一種高能量、肉眼不可見(jiàn)的電磁波，需要用伽馬射線望遠(yuǎn)鏡才能探測(cè)到。GRB的主體伽馬射線，其亮度變化很復(fù)雜，很難找到一個(gè)共同的模式，當(dāng)然也就不合適可作標(biāo)準(zhǔn)燭光。

　　伽馬射線暴或可擴(kuò)展　“量天尺”

　　但是在GRB的輻射中，除了伽馬射線，還有其他波長(zhǎng)的電磁波，其中也包括可見(jiàn)光。

　　最近，日本天文家在檢查了500個(gè)伽瑪射線暴中的可見(jiàn)光部分之后，發(fā)現(xiàn)其中179個(gè)伽瑪射線暴的真實(shí)亮度(這些GRB中的許多都離我們足夠近，它們的距離是已知的，所以能夠用它們的視亮度來(lái)計(jì)算出真實(shí)亮度)的變化表現(xiàn)出高度的一致——可能是由快速旋轉(zhuǎn)的新生中子星引起的，因此具有高度可預(yù)測(cè)性。如此一來(lái)，GRB的可見(jiàn)光部分就可以充當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)燭光了。

　　這個(gè)發(fā)現(xiàn)意義重大。首先，這意味著，在極其遙遠(yuǎn)的地方，假如能探測(cè)到這種類型的GRB，天文學(xué)家就可以用它們來(lái)擴(kuò)展我們的“量天尺”范圍?，F(xiàn)在有了韋伯太空望遠(yuǎn)鏡，這一點(diǎn)也許很快就能實(shí)現(xiàn)。

　　其次，目前天文學(xué)家對(duì)最近距離內(nèi)的哈勃常數(shù)值爭(zhēng)論不休?，F(xiàn)有兩個(gè)哈勃常數(shù)值，一個(gè)是通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)燭光測(cè)量得到的，一個(gè)是通過(guò)把宇宙微波背景輸入到標(biāo)準(zhǔn)模型中計(jì)算得到的，兩個(gè)值在誤差范圍內(nèi)無(wú)法達(dá)成一致。這就迫切需要由第三者來(lái)裁決。而GRB就可以充當(dāng)此角色。