本就撲朔迷離的哈勃常數(shù)之爭(zhēng)，現(xiàn)在又有了新的答案。最近，美國(guó)芝加哥大學(xué)天文學(xué)家溫迪·弗里德曼（Wendy L。 Freedman）領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)造性地給出了一種測(cè)量哈勃常數(shù)的新方法——使用紅巨星作為“標(biāo)準(zhǔn)燭光”，得出了新的哈勃常數(shù)69.8km/s/Mpc，其值介于之前測(cè)得的兩個(gè)哈勃常數(shù)之間。這個(gè)關(guān)于宇宙年齡與未來命運(yùn)的關(guān)鍵數(shù)字，究竟有多大？

　　哈勃常數(shù)

　　宇宙是在膨脹的，這差不多已經(jīng)成為眾所周知的常識(shí)。宇宙的膨脹速度并不是均勻不變的，宇宙這個(gè)老司機(jī)仿佛是在山路上開車，它的行程有上坡階段與下坡階段，所以其膨脹的加速度是變化的——宇宙一開始是減速膨脹的，大約在距今50億年前，宇宙開始了加速膨脹。

　　描述宇宙膨脹速度快慢的參數(shù)，被稱為哈勃參數(shù)。這個(gè)參數(shù)不是一個(gè)常數(shù)，它是一個(gè)關(guān)于時(shí)間的函數(shù)H（t）。哈勃參數(shù)在t=0的取值就是哈勃常數(shù)H（0）。t=0就是現(xiàn)在這個(gè)時(shí)刻，也是人類出現(xiàn)的時(shí)刻（相對(duì)于宇宙壽命來說，人類的歷史只是一個(gè)瞬間）。

　　哈勃常數(shù)一開始由美國(guó)天文學(xué)家哈勃引進(jìn)。1929年，哈勃成為首個(gè)證實(shí)宇宙膨脹的人，他通過天文觀測(cè)發(fā)現(xiàn)河外星系都在遠(yuǎn)離銀河系。同時(shí)，哈勃有了一個(gè)驚人的發(fā)現(xiàn)：大多數(shù)星系都在遠(yuǎn)離銀河系，而且距離銀河系越遠(yuǎn)的星系，其離開銀河系的后退速度也越快。這些星系遠(yuǎn)離銀河系的速度和星系與銀河系的距離之比值大致恒定，這一比值被稱為哈勃常數(shù)。

　　74與67.8

　　哈勃常數(shù)刻畫的是現(xiàn)在宇宙的膨脹，精確測(cè)定哈勃常數(shù)就成了一個(gè)很重要的物理問題——就好像精確測(cè)定光速或者普朗克常數(shù)一樣，精確測(cè)量這個(gè)常數(shù)可以把物理學(xué)做得更完美。但是，對(duì)哈勃常數(shù)的測(cè)量還沒有像對(duì)光速與普朗克常數(shù)的測(cè)量那樣準(zhǔn)確。而且，頗為尷尬的是，科學(xué)家居然測(cè)出了兩個(gè)哈勃常數(shù)，而且彼此的差距在10%左右。10%的不確定性對(duì)一個(gè)物理學(xué)常數(shù)來說，真的有點(diǎn)太大了。

　　要測(cè)量哈勃常數(shù)，我們需要先了解這個(gè)物理量的量綱（單位）。哈勃常數(shù)的單位是km/s/Mpc。在這里km/s是速度單位，刻畫星系退行（即遠(yuǎn)離銀河系的）速度；而Mpc（百萬秒差距）是長(zhǎng)度單位，刻畫的是退行星系距離銀河系的距離，1秒差距等于31萬億千米，一百萬秒差距大約是326萬光年。

　　第一個(gè)哈勃常數(shù)是由諾貝爾獎(jiǎng)獲得者亞當(dāng)·里斯領(lǐng)導(dǎo)的研究組，通過IA型超新星（一種由雙星系統(tǒng)形成的超新星）與造父變星（一種光度和脈動(dòng)周期直接關(guān)聯(lián)的變星）測(cè)出來的，數(shù)值是74km/s/Mpc。

　　IA型超新星亮度非常固定，而造父變星的亮度是周期性變化的，這些規(guī)律的存在使得它們可以成為宇宙中的“標(biāo)準(zhǔn)光源”——就好像大海中的燈塔一樣，可以定出燈塔到船只的距離。而再根據(jù)測(cè)量到的IA型超新星與造父變星的光譜的紅移，即可以定出它們的退行速度。這樣就可以算出哈勃常數(shù)了。

　　第二個(gè)哈勃常數(shù)是由測(cè)量宇宙微波背景輻射的普朗克衛(wèi)星測(cè)算出來的，數(shù)值是67.8km/s/Mpc。

　　這種方法測(cè)量的是宇宙微波背景輻射中的重子聲波振蕩的大小。其主要測(cè)量思想是：在宇宙微波背景輻射形成之前，宇宙處于等離子狀態(tài)，那時(shí)候的聲速大約是光速的三分之一。但是，在宇宙微波背景輻射形成的時(shí)候，宇宙的物質(zhì)狀態(tài)發(fā)生了變化（不再是一個(gè)等離子體），這個(gè)時(shí)候聲速突然降至接近于零。于是，之前的聲速乘上宇宙大爆炸到宇宙微波背景輻射產(chǎn)生的時(shí)間，這個(gè)距離就是一個(gè)定值——147Mpc。而宇宙微波背景輻射出現(xiàn)時(shí)的紅移是1100。根據(jù)這些數(shù)據(jù)，再代入冷暗物質(zhì)宇宙學(xué)模型，就可以算出哈勃常數(shù)。

　　新的標(biāo)準(zhǔn)光源

　　這次，溫迪·弗里德曼等人使用了新的方法來測(cè)定哈勃常數(shù)。這個(gè)方法測(cè)出來的哈勃常數(shù)是69.8km/s/Mpc，正好介于兩個(gè)老的哈勃常數(shù)之間。那么，他們是用什么新方法測(cè)定的哈勃常數(shù)呢？答案是紅巨星。

　　我們知道，測(cè)量哈勃常數(shù)，需要知道兩個(gè)關(guān)鍵數(shù)據(jù)：星系與地球之間的距離，以及星系相對(duì)于地球的退行（遠(yuǎn)離）速度。

　　通過紅巨星的亮度，可以測(cè)出紅巨星距離地球的距離，也就知道了這個(gè)紅巨星所在的星系距離地球的距離。紅巨星是恒星的老年期，一般情況下這個(gè)時(shí)候的恒星燃燒到后期會(huì)膨脹變大，而且溫度降低。因?yàn)轶w積變大，所以從地球上看起來極為明亮。

　　上海交通大學(xué)物理與天文學(xué)院博士后張佳駿告訴《環(huán)球科學(xué)》記者：“紅巨星形成之前，晚年的恒星內(nèi)部的氦核處于簡(jiǎn)并態(tài)，就好像白矮星中電子處于簡(jiǎn)并態(tài)那樣。白矮星到達(dá)1.44倍太陽質(zhì)量時(shí)，發(fā)生超新星爆發(fā)形成IA型超新星，亮度是恒定的。而恒星內(nèi)部氦核達(dá)到大約太陽質(zhì)量的一半時(shí)發(fā)生氦閃，其亮度也是大致恒定的（亮度基本都是-4），可以作為標(biāo)準(zhǔn)光源。”

　　換句話說，作為標(biāo)準(zhǔn)光源的這批紅巨星的亮度是最亮的，而且它們的亮度是基本恒定的，那么它距離地球越遠(yuǎn)，其亮度就隨著距離的平方變小——所以根據(jù)在地球上測(cè)定的紅巨星的亮度，就可以知道它離地球多遠(yuǎn)了。而至于紅巨星的退行速度，則可以通過地球上測(cè)量到的譜線的紅移就可以算出來。

　　弗里德曼團(tuán)隊(duì)通過分析來自哈勃天空望遠(yuǎn)鏡的18個(gè)紅巨星的數(shù)據(jù)，重新計(jì)算出了新的哈勃常數(shù)69.8km/s/Mpc。

　　這項(xiàng)研究發(fā)表在預(yù)印本網(wǎng)站，目前已被《天體物理學(xué)》雜志接收。