为什么存在哈勃定律

　　随着河外星系的本质被揭开后，人类的视野开始从银河系拓展到星系世界。大家知道哈勃吗？它更是全力从事星系的实测和研究，可是大家知道为什么存在哈勃定律，其中的原因是什么呢？相信许多朋友们都不太了解，下面就由小编来给大家解答一下疑惑吧。

　　天体运动速度在观测者视线方向上的分量称为视向速度。测定天体视向速度的基础是物理学中的多普勒效应。多普勒效应是奥地利物理学家多普勒于1842年首先发现的，说的是运动中的声源发出的声音在静止观测者听来波长（或频率）是变化的，静止观测者听到的运动声源所发出的声音波长λ，与声源静止时声音的波长λ0之间，存在着简单的关系(λ−λ0)/λ0=v/c，这里v为声源运动速度，c为声速。

　　如把多普勒效应用于天体光线的传播上，那么上述简单公式中的c代表光速，v代表天体的视向速度。只要测得运动天体光谱中某条谱线的波长λ，以及相应的静止波长λ0，即可利用上述公式推算出天体的视向速度v。(λ−λ0)称为多普勒位移，如（λ−λ0）>0，光谱线波长变长，谱线朝光谱的红端移动，称为红移，表明天体作远离观测者的退行运动；反之，如(λ−λ0)<0，光谱线波长变短，谱线朝光谱的蓝端移动，则称为蓝移，天体作朝向观测者而来的运动。这就是测定天体视向速度的基本原理。

　　经过几年不懈的工作，到1929年，哈勃获得了46个星系的光谱，并发现它们表现出普遍性的谱线红移。如果用多普勒效应来解释，那就说明所有星系都在远离地球运动，速度可高达数百甚至上千千米每秒，甚至更大。这与银河系中的恒星截然不同：恒星光谱有红移，也有蓝移，表明有的在靠近地球。有的在远离地球，但速度仅为每秒几千米或数十千米。

　　在进一步估计星系的距离之后，哈勃惊讶地发现，距离（记为r）越远的星系视向速度v也越大，两者之间存在着简单的正比关系：v=H0r。星系的这种速度－距离关系，就是著名的哈勃定律，其中的比例系数H0r称为哈勃常数。

　　1929年3月，哈勃首次发表他的这一研究成果。在那46个已知视向速度的星系中，仅有24个确定了距离，它们的视向速度不超过1200千米每秒。当时得到的星系之速度－距离关系也不十分明晰，单个星系对关系式v=H0r的弥散比较大。后来哈勃与助手赫马森合作，又获得了另外50个星系的光谱，其中视向速度最大的已接近2万千米/秒。在他们两人于1931年发表的论文中，星系的速度－距离关系得到进一步确认，且更为清晰。1948年，他们测得长蛇星系团的退行速度已高达6万千米/秒，而速度－距离的正比关系依然成立。今天，哈勃定律已为天文界所公认，它在宇宙学研究中有着特别重要的作用。

　　那么，哈勃定律又说明了什么

　　在哈勃定律发现之前，俄罗斯数学家弗里德曼于1922年首次从理论上论证了宇宙膨胀的可能性，对爱因斯坦静态宇宙提出了挑战。5年后，比利时天文学家勒梅特提出了均匀各向同性的膨胀宇宙模型，指出天体的退行运动起因于空间膨胀，并预言退行速度v应该与天体的距离r成正比。在20世纪20年代，通信手段和科学家之间的交流还远不如今天快捷。因此，生活在大西洋彼岸的哈勃在相当一段时间内对勒梅特的工作一无所知。哈勃独立地通过实测发现了关系式v=H0r，有力地支持了弗里德曼和勒梅特的理论——今日所称的大爆炸宇宙模型的雏型。

　　通过测量一批星系的视向速度和距离，便可确定哈勃常数H0r=v/r。这一方法的原理看似简单，具体实施却颇为不易，一个重要原因是星系运动的复杂性。

　　星系的上述普遍性退行运动称为哈勃流，这是一种遵循哈勃定律的系统性运动。实际上，除参与哈勃流运动外，因局部大质量天体的引力作用，星系自身还有偏离哈勃流的所谓“本动”，而本动并不服从哈勃定律。星系越远，本动部分占星系观测运动中的比例越小。要想尽可能减小本动的影响，就应该用尽可能远的星系来确定比例常数H0r。为了测定准确的H0值，天文学家已经花了好几十年的时间，目前哈勃常数的最可靠值为H0=73千米/（秒·兆秒差距）。