--- title: "我们怎样读懂宇宙" description: "从高空气球、射电脉冲、微波天空到遥远恒星，沿着一场场发现，理解天文、宇宙学与引力。" canonical_url: "https://sandboxphysics.com/zh/stories/astronomy-gravity/" language: "zh-CN" page_type: "story" alternate_languages: en: "https://sandboxphysics.com/stories/astronomy-gravity/" last_modified: "2026-10-24" --- 16 篇文章 · 五个交互 Lab · 中英双语 # 我们怎样读懂宇宙 从高空气球、射电脉冲、微波天空到遥远恒星，沿着一场场发现，理解天文、宇宙学与引力。 气球升高，辐射反而更强了。射电记录里，一串脉冲规律得出奇。遥远的爆发，看起来又比预期更暗。发现常常从这样一个具体的意外开始。挑一个让你好奇的问题，沿着观测，看看人们怎样一步步改变对宇宙的认识。 ## 亲手试一试这些测量 1. ### [宇宙微波背景频谱温度计](https://sandboxphysics.com/zh/labs/cmb-spectrum-thermometer/) 一小部分前景辐射，怎样让精密的宇宙温度计读得偏高？ 2. ### [宇宙微波背景天空与角功率谱](https://sandboxphysics.com/zh/labs/cmb-sky-angular-spectrum/) 望远镜波束变宽时，天空的小斑块为什么先被抹平？ 3. ### [超新星距离与宇宙膨胀](https://sandboxphysics.com/zh/labs/supernova-distance-expansion/) 遥远的超新星怎样揭示宇宙膨胀的历史？ 4. ### [恒星内部的静水平衡](https://sandboxphysics.com/zh/labs/stellar-hydrostatic-structure/) 恒星怎样抵住自身的引力？ 5. ### [脉冲星计时与轨道衰减](https://sandboxphysics.com/zh/labs/pulsar-timing-residuals/) 脉冲到达时刻怎样透露轨道在缓慢缩小？ ## 恒星与看天空的新窗口 大气层外有什么信号，恒星又靠什么支撑？ 1. ### [白矮星为什么有质量上限](https://sandboxphysics.com/zh/stories/astronomy-gravity/chandrasekhar-stellar-support/) 钱德拉塞卡怎样说明，有些恒星遗骸无法一直保持白矮星的样子？ 2. ### [一枚火箭发现了异常明亮的 X 射线天空](https://sandboxphysics.com/zh/stories/astronomy-gravity/giacconi-x-ray-sky/) 飞到大气上方的短短几分钟，怎样揭示了一类新的天体？ 3. ### [Hess 在云层上方找到了更强的辐射](https://sandboxphysics.com/zh/stories/astronomy-gravity/hess-balloon-radiation/) 一次气球飞行怎样证明，有些辐射从太空来到地球？ ## 从射电信号中辨认天体 分开的天线怎样拼成图像，规律的脉冲又来自哪里？ 1. ### [Jocelyn Bell 没有丢掉的规则脉冲](https://sandboxphysics.com/zh/stories/astronomy-gravity/hewish-bell-pulsar/) 记录纸上的一小片杂痕，怎样变成一种新恒星？ 2. ### [Ryle 怎样用小天线合成大望远镜](https://sandboxphysics.com/zh/stories/astronomy-gravity/ryle-aperture-synthesis/) 几台天线分时观测，为什么能看出射电星系的形状？ ## 测量宇宙膨胀的历史 微波背景和遥远超新星，分别保留了宇宙历史的哪些片段？ 1. ### [COBE 把天空与人造黑体放在一起比较](https://sandboxphysics.com/zh/stories/astronomy-gravity/cobe-blackbody-spectrum/) 卫星上的冷参考源，怎样检验宇宙微波背景的热起源？ 2. ### [COBE 天空图里微小的温度差](https://sandboxphysics.com/zh/stories/astronomy-gravity/cobe-sky-anisotropy/) 几乎处处一样的微波天空，怎样显露宇宙结构的早期线索？ 3. ### [从平滑的微波天空到结成团的星系](https://sandboxphysics.com/zh/stories/astronomy-gravity/peebles-growing-universe/) 物理宇宙学怎样把早期微波背景，与后来的星系分布联系起来？ 4. ### [检查完天线，天空仍有一层微波底噪](https://sandboxphysics.com/zh/stories/astronomy-gravity/penzias-wilson-microwave-background/) 接收机里解释不了的几度温度，为什么成了早期热宇宙的证据？ 5. ### [遥远超新星揭示了加速膨胀的宇宙](https://sandboxphysics.com/zh/stories/astronomy-gravity/supernova-accelerating-universe/) 遥远超新星比预期暗一些，为什么改变了人们推断的宇宙膨胀史？ ## 行星怎样摇动恒星 恒星轻轻晃动，怎样暴露一颗看不见的行星？ 1. ### [飞马座五十一号行星只有四天的一年](https://sandboxphysics.com/zh/stories/astronomy-gravity/mayor-queloz-51-pegasi/) 恒星的小幅摇摆，怎样暴露了一颗贴着它转的巨行星？ ## 引力留下的痕迹 沿着缩短的轨道、经过的引力波和看不见的中心，分辨不同的引力证据。 1. ### [替银河系暗中心称重的恒星](https://sandboxphysics.com/zh/stories/astronomy-gravity/galactic-centre-stellar-orbits/) 看得见的恒星，怎样替看不见的银河中心天体称重？ 2. ### [脉冲星的钟声记下了轨道缩短](https://sandboxphysics.com/zh/stories/astronomy-gravity/hulse-taylor-orbital-decay/) 地面探测器收到引力波之前，射电脉冲怎样透露了引力辐射？ 3. ### [同时抵达两座 LIGO 的短促啁啾](https://sandboxphysics.com/zh/stories/astronomy-gravity/ligo-gw150914/) 短短一瞬的光信号，怎样揭示了两颗黑洞的并合？ 4. ### [引力坍缩不需要一颗完美的球形恒星](https://sandboxphysics.com/zh/stories/astronomy-gravity/penrose-trapped-surfaces/) Penrose 怎样证明，偏离完美对称也无法轻易阻止引力坍缩？ 5. ### [从探测曲线读到黑洞质量](https://sandboxphysics.com/zh/stories/astronomy-gravity/reading-gravitational-wave-chirp/) GW150914 论文的哪些图表，分别支持信号、显著性和源参数的判断？ ## 按获奖贡献查找 下面的人名对应获奖贡献。文章还会讲到更完整的团队，以及让发现成为可能的人。 1. 1936 · Victor F. Hess ### [Hess 在云层上方找到了更强的辐射](https://sandboxphysics.com/zh/stories/astronomy-gravity/hess-balloon-radiation/) [官方授奖说明](https://www.nobelprize.org/prizes/physics/1936/summary/) 2. 1974 · Martin Ryle · Antony Hewish ### [Ryle 怎样用小天线合成大望远镜](https://sandboxphysics.com/zh/stories/astronomy-gravity/ryle-aperture-synthesis/) [官方授奖说明](https://www.nobelprize.org/prizes/physics/1974/summary/) 3. 1978 · Arno Penzias · Robert Wilson ### [检查完天线，天空仍有一层微波底噪](https://sandboxphysics.com/zh/stories/astronomy-gravity/penzias-wilson-microwave-background/) [官方授奖说明](https://www.nobelprize.org/prizes/physics/1978/summary/) 4. 1983 · Subrahmanyan Chandrasekhar ### [白矮星为什么有质量上限](https://sandboxphysics.com/zh/stories/astronomy-gravity/chandrasekhar-stellar-support/) [官方授奖说明](https://www.nobelprize.org/prizes/physics/1983/summary/) 5. 1993 · Russell Hulse · Joseph Taylor ### [脉冲星的钟声记下了轨道缩短](https://sandboxphysics.com/zh/stories/astronomy-gravity/hulse-taylor-orbital-decay/) [官方授奖说明](https://www.nobelprize.org/prizes/physics/1993/summary/) 6. 2002 · Riccardo Giacconi ### [一枚火箭发现了异常明亮的 X 射线天空](https://sandboxphysics.com/zh/stories/astronomy-gravity/giacconi-x-ray-sky/) [官方授奖说明](https://www.nobelprize.org/prizes/physics/2002/summary/) 7. 2006 · John Mather · George Smoot ### [COBE 把天空与人造黑体放在一起比较](https://sandboxphysics.com/zh/stories/astronomy-gravity/cobe-blackbody-spectrum/) [官方授奖说明](https://www.nobelprize.org/prizes/physics/2006/summary/) 8. 2011 · Saul Perlmutter · Brian Schmidt · Adam Riess ### [遥远超新星揭示了加速膨胀的宇宙](https://sandboxphysics.com/zh/stories/astronomy-gravity/supernova-accelerating-universe/) [官方授奖说明](https://www.nobelprize.org/prizes/physics/2011/summary/) 9. 2017 · Rainer Weiss · Barry Barish · Kip Thorne ### [同时抵达两座 LIGO 的短促啁啾](https://sandboxphysics.com/zh/stories/astronomy-gravity/ligo-gw150914/) [官方授奖说明](https://www.nobelprize.org/prizes/physics/2017/summary/) 10. 2019 · James Peebles ### [从平滑的微波天空到结成团的星系](https://sandboxphysics.com/zh/stories/astronomy-gravity/peebles-growing-universe/) [官方授奖说明](https://www.nobelprize.org/prizes/physics/2019/summary/) 11. 2019 · Michel Mayor · Didier Queloz ### [飞马座五十一号行星只有四天的一年](https://sandboxphysics.com/zh/stories/astronomy-gravity/mayor-queloz-51-pegasi/) [官方授奖说明](https://www.nobelprize.org/prizes/physics/2019/summary/) 12. 2020 · Roger Penrose ### [引力坍缩不需要一颗完美的球形恒星](https://sandboxphysics.com/zh/stories/astronomy-gravity/penrose-trapped-surfaces/) [官方授奖说明](https://www.nobelprize.org/prizes/physics/2020/summary/) 13. 2020 · Reinhard Genzel · Andrea Ghez ### [替银河系暗中心称重的恒星](https://sandboxphysics.com/zh/stories/astronomy-gravity/galactic-centre-stellar-orbits/) [官方授奖说明](https://www.nobelprize.org/prizes/physics/2020/summary/) ## 发现与获奖发生在不同的年份 这些年份标出一个个节点。射电成像、恒星理论和物理宇宙学都经过了许多人的长期工作。 1. **1912** · [Hess 在高空测到更强的电离](https://sandboxphysics.com/zh/stories/astronomy-gravity/hess-balloon-radiation/) 2. **1931** · [Chandrasekhar 计算白矮星质量上限](https://sandboxphysics.com/zh/stories/astronomy-gravity/chandrasekhar-stellar-support/) 3. **1960** · [Ryle 与 Hewish 发表孔径合成方法](https://sandboxphysics.com/zh/stories/astronomy-gravity/ryle-aperture-synthesis/) 4. **1962** · [火箭探测到太阳系外的 X 射线源](https://sandboxphysics.com/zh/stories/astronomy-gravity/giacconi-x-ray-sky/) 5. **1965** · [微波背景发现论文发表](https://sandboxphysics.com/zh/stories/astronomy-gravity/penzias-wilson-microwave-background/) 6. **1965** · [Penrose 证明不依赖球对称的奇点定理](https://sandboxphysics.com/zh/stories/astronomy-gravity/penrose-trapped-surfaces/) 7. **1967** · [Bell 找到周期重复的射电信号](https://sandboxphysics.com/zh/stories/astronomy-gravity/hewish-bell-pulsar/) 8. **1974** · [Hulse 与 Taylor 发现双星脉冲星](https://sandboxphysics.com/zh/stories/astronomy-gravity/hulse-taylor-orbital-decay/) 9. **1982** · [Peebles 计算冷暗物质模型中的起伏](https://sandboxphysics.com/zh/stories/astronomy-gravity/peebles-growing-universe/) 10. **1990** · [FIRAS 报告首批宇宙黑体谱结果](https://sandboxphysics.com/zh/stories/astronomy-gravity/cobe-blackbody-spectrum/) 11. **1992** · [DMR 报告大尺度微波各向异性](https://sandboxphysics.com/zh/stories/astronomy-gravity/cobe-sky-anisotropy/) 12. **1995** · [Mayor 与 Queloz 报告飞马座 51 b](https://sandboxphysics.com/zh/stories/astronomy-gravity/mayor-queloz-51-pegasi/) 13. **1998** · [遥远超新星指向宇宙加速膨胀](https://sandboxphysics.com/zh/stories/astronomy-gravity/supernova-accelerating-universe/) 14. **2002** · [接近完整的 S2 轨道给出银河中心质量](https://sandboxphysics.com/zh/stories/astronomy-gravity/galactic-centre-stellar-orbits/) 15. **2015** · [LIGO 观测到 GW150914](https://sandboxphysics.com/zh/stories/astronomy-gravity/ligo-gw150914/) ## 随用随查的术语 - **红移**: 宇宙膨胀拉长光波，抵达时波长更长。 - **光度距离**: 把天体发出的总光功率与观测亮度联系起来的距离。 - **黑体谱**: 热辐射在不同频率上的亮度分布，形状由温度决定。 - **各向异性**: 朝不同方向看，同一个物理量的大小不同。 - **角功率谱**: 把天空温度起伏按角尺度分开，比较每个尺度有多强。 - **可见度**: 一对天线测出天空空间分布中的一个分量。 - **脉冲星**: 快速旋转的中子星，辐射束一次次扫过地球。 - **计时残差**: 观测脉冲到达时刻减去模型预期的到达时刻。 - **静水平衡**: 向外的压力梯度抵住向内的引力。 - **啁啾**: 两个天体互相靠近时，波的频率越升越高。 - **俘获面**: 一个闭合曲面，两族朝未来传播的垂直光线都在收拢。 - **伴星最小质量**: 径向速度把质量和轨道倾角联系起来；倾角未知时，通常只能给出最小质量。 ## 再看看中微子带来的天空 [太阳聚变反应中的中微子](https://sandboxphysics.com/zh/stories/neutrinos/solar-fusion-neutrino-sources/) [SN 1987A 的中微子突发](https://sandboxphysics.com/zh/stories/neutrinos/sn1987a-burst/) [不同信使怎样揭示不同的天体](https://sandboxphysics.com/zh/stories/neutrinos/neutrino-telescopes-complementary-sky/) [中微子带来的另一片天空](https://sandboxphysics.com/zh/stories/neutrinos/) [光、探针与测量](https://sandboxphysics.com/zh/stories/probe-evidence/) [量子物理的发现](https://sandboxphysics.com/zh/stories/quantum-evidence/)