关于星系光谱红移的思考

2022-05-18郁犁孙泽信

科学咨询 2022年7期

郁犁，孙泽信

（1.南京地铁建设有限公司，江苏南京 210000；2.江苏省地质工程勘测院，江苏南京 210000）

光谱是光线或一束光（衍射光栅光谱的线或束光源同理）折射展开的结果，由于地球上获取的星系光线是空间光（子）束的集聚线，它反映的是星系光线阵的空间特性。星系的星光在背景辐射参照系中传播过程就是其面密度随传播距离成平方反比；其波面任意截线上的线密度随传播距离成反比。地球绝对运动除运动方向外，其获得的光线均沿星光波面正切或斜切拾取符合条件的光（子）束，由此获得的光谱体现了星系光线阵的纵、横向合成效应。星系的星光在背景辐射参照系中（不考虑星际消光影响）因光速不变其纵向构成和密度不变；其横向密度必定随传播距离成正比地变得稀疏。在一定范围内，横向稀疏不影响拾取光线光谱；超过某个临界范围，星光的纵向分布不足以弥补其横向间距的不断扩大，拾取光线中光（子）束排列间距不断拉大且和距离成正比增加，其结果就是光谱红移不断加大并和星系与地球距离成正比增加。这正是哈勃定律揭示的星系观测结果，但其原因似乎不是星系退行或者宇宙红移。随星系距离继续加大，当超过一定范围，星系光线的拾取变得极其稀疏以至于不能构成光线而成像，则该范围之外的星系将无法观测，该范围似乎又构成了和宇宙年龄无关的视界。视界之外的星系(假设其空间分布和视界之内一致且在宇观上均匀)的星光将以各向同性的背景辐射的方式到达地球（除我们测得的微波背景辐射外，似乎还应有其他波段或间断或连续的背景辐射）[1]。

一、星系光谱红移构成

（一）星系红移成因和构成

本人《关于光行差普遍性和光线构成的思考》文章已论述，星系红移并非由多普勒效应所致，而是星系光线阵截取不同而致。因而星系谱线红移不是其退行表现，并且其红移关系要比多普勒红移复杂。在宇宙尺度上星系本动对谱线移动影响基本相当，星系红移（或者谱线移动）主要影响因素是星系的光度、大小、自身对地球的视角、星地距离、星际消光、星系和地球绝对运动方向的夹角等。概括而言就是光源、光线阵光（子）束横向密度和地球拾取光（子）束的横向切角，即光源、传播和接收三大影响因素。

就光源而言，星系光度越大、体量越大（其面光源越大）、星系面和观测方向越正交则其光线阵的横向密度越大；就传播而言，星地距离越大、星际消光越强则其光线阵的横向密度衰减越大；就接收而言，由于地球的绝对运动，沿其运动方向不同的观测方位光线的拾取密度不同，沿地球绝对运动垂直方向光线拾取密度正切而稀疏影响最小、随斜切角不断增大或者和地球绝对运动方向不断靠近光线拾取密度不断稀疏、在地球的绝对运动方向上要么无光（子）束拾取，要么拾取同一族光（子）束。

总之，星系红移和光源特性成反比、和传播特性成正比、和接收特性的光（子）束拾取切角正弦成反比。

式1中z为星系红移、c为光速、α光（子）束拾取切角、H0为哈勃常数（为对比和分析保留，其意义和哈勃退行无关）、k为保留哈勃常数并考虑星系本身特性的比例系数、D为星地距离、S为星际消光系数、L为星系光度、A星系余弦面光源大小、β为星系面光源和视线法向夹角。

（二）空间和比例关系

“式1”前半部分和星系光线阵特性以及光（子）束拾取特性有关；后半部分和光源有关。前者反映了空间特性对谱线移动的影响，即全宇宙空间就空间分布而言相同距离和类型的星系因方位不同表现出不同的红移量（哈勃常数沿不同方位取值不同），和地球绝对运动方向垂直的星系红移最小，夹角越小则红移越大并和其正弦成反比；后者反映了星系本身特性对谱线移动的影响，并表现出比例关系，即越小越暗的星系在相同距离和方位的情况下有越大的红移，反之则红移越小。距离模数反映的正是这种比例关系。

哈勃定律由实测归纳出红移和距离的线性关系并按多普勒效应推出宇宙膨胀结论，该定律呈现了宇宙空间均匀膨胀的一般结论。本文从光行差和光线构成分析入手，按地球绝对运动对星系光线阵光（子）束截取（或拾取）原理给出“式1”星系红移和光源、传播和接收关系结论，该结论直接否定了星系退行和当下广泛接受的宇宙膨胀理论有本质冲突，必然不被主流顾盼和审视。只有通过严酷的论证和验证方可博业界稍加留意。

二、观测和实验验证

（一）造父变星光变和光谱移动论证

对于多普勒红移，哈勃宇宙红移反映了空间均匀膨胀特性且这种红移和星系本身特性无关（按本文论述这种膨胀似乎不成立，尽管这种处理方便）。认识并接受了本文星系谱线移动分析结果，则“式1”后半部分表明星系谱线移动不仅和星系本身特性线性关联，而且该谱线红移和上述宇宙膨胀框架是完全分离的。当宇宙空间条件相同，不同星系对应不同红移。

造父一在仙王座δ位置处赤纬约58.5°，其方位靠近和地球绝对运动方向60°范围内，光线截取效应适中。当距离等空间特性不变时，该星光度变化为论证“式1”提供了直接证据，即该星光度改变成反比地影响其谱线红移。由于光速在宇宙背景辐射参照系不变，光度变化反映了光线阵密度的变化。光线阵波面线密度和光度变化成正比，故造父变星光度增加则地球上光线的光（子）束拾取密度成正比增加；反之按正比减小。

造父变星的光谱移动和其光变情况完全一致，谱线随其亮度增加而成正比增加蓝移值直至最亮时达到极大值；之后谱线随该星亮度变暗而成正比增加红移值直至最暗时达到极大值。这正是光（子）束拾取和其拾取方向线密度变化的直接证据，也是“式1”揭示的星系自身光度等特性对其谱线移动影响。

在本人《关于光线的思考》和《关于光行差和光线构成的思考》发表前，我们习惯于把光谱移动和多普勒效应直接挂钩，即星系的视向运动。事实上，造父变星光度最大和最小时其半径均接近最小半径的1.25倍。按多普勒效应分析，其谱线移动正好和观测相反，和其脉动变化没有关系，因此造父变星的光谱移动是其光线阵密度变化的结果。因为地球的绝对运动对光线或无缝光谱光束的拾取反映了星系光线阵的空间特性，我们得到的光谱必然和光线阵空间密度线性相关[2]。

我们设想造父变星增大其和地球的距离，则其光线阵线密度将和其距离增加而成反比减小，其光谱也按比例红移。但这种红移仅表示星系距离变远，而非其退行。再进一步设想，当该星远离地球达到一定范围后，其视星等不断增大直至无法通过光学仪器观测，而此时其拾取光（子）束已稀疏到不能构成光线，该星就不在我们的视界了（视觉暂留时间决定人眼观测光线的光（子）束最大间距，通过照相延长曝光时间可突破此限制，因此可获得更多人眼观测不到的星系），同理宇宙空间存在大量的埋藏星系也就不出所料了。推而广之，不同星系有不同的视界，宇宙的视界由最大、最亮、垂直地球绝对运动方向且面光源正交、受星际消光影响最小的星系决定。

（二）类星体大红移论证

伴随20世纪60年代类星体的伟大发现，类星体之谜一直困惑着天文和物理学界。按照哈勃宇宙红移理论，红移z最大达到6.28的SDSS100+0524类星体，其退行速度达到光速的96.3%，对质量达到星系核量级的天体有如此高速的运动着实令人费解；巨大的退行速度意味着极其遥远的距离，对于百亿光年的星地距离我们依然可以探知其光芒，说明其光度大得惊人，据估算，一个具有星系质量十分之一的类星体的光度要超过银河系光度的100倍，其产能率超过普通恒星1000倍，这种产能机制是已知物理过程无法实现的。本文尝试破解上述谜团。

上述类星体之谜正是哈勃退行的理论困局，按本文论述，红移和退行无关，上述光速96.3%的运动不存在；哈勃红移为宇宙特定区域或方位线膨胀率，和星系本身特性无关，整个宇宙只有一把标尺，故距离推算和星系实际距离不符，按“式1”所述星系红移由其光度、方位等因素决定。如SDSS J1030+0524类星体位于赤经10h30m和赤纬约5°，和地球绝对运动方向夹角0.262弧度，sinα=0.259（地球在宇宙中的绝对速度为369±1km/s，其方向为赤经11.3±0.1h、赤纬4°±2°。该速度比地球绕日公转速度高出一个数量级、比其自转地表线速度高出三个数量级，地球绝对运动决定光（子）束拾取）；红移值6.28；光度按sb、sc星系平均质光比推算至多为一般星系的10倍；类星体按sb、sc星系核尺度推算，其面光源尺度最多不超过普通星系的1/600；按最大面光源视角，cosβ=1。对比“式1”推算：

即类星体红移被其本身特性和光（子）束拾取方式增加到231.7倍。按“式1”推算其对应距离为121.5mpc/kS(k为保留哈勃常数的比例系数，折算为哈勃常数推定过程观测方位的距离;S星际消光系数）为千万光年量级和百亿光年量级相去甚远，产能率上面已按普通星系设定。因此，类星体之谜不复存在，可视同一般星系中独特的一种。

（三）哈勃常数对比验证

本文以3C273类星体距离、方位和星体自身资料对比验证哈勃常数。该星系赤经12h30m、赤纬约2°sinα=0.257；z=0.158;喷流视大小23角秒，估计其星体视大小至多5角秒，按类星体较大直径10光年推算，该星系距离为3mpc，对应“式1”D=3mpc/kS；光度仍然按sb、sc星系平均质光比推算至多为一般星系的10倍；类星体按sb、sc星系核尺度推算，其面光源尺度至多不超过普通星系是六百分之一；按最大面光源视角，cosβ=1。

通过“式1”可推出和哈勃定律表述对应的H0，注意，这里为对比保留前半部分，但意义绝非退行。

对应哈勃定律中H0=100h(km/s*mpc)，h∈[0.65，0.7]，上述哈勃常数推导符合得很好。

“式1”的物理意义和哈勃定律的宇宙均匀膨胀不同，就理论逻辑而言，前者源于光行差和光线结构由几何、解析和物理推定并指向静态宇宙；后者源于多普勒效应受光线表象误导（当然不反映宇宙事实）并指向均匀膨胀的动态宇宙。

不同星系因其和地球绝对运动方向不同和自身面光源和结构形式不同有不同的红移距离比，同一类星系红移距离比因观测视角和面光源张角不同也有差异。同样星系在垂直地球绝对运动方向红移最小，而接近平行的方向趋向无穷或取定值。在测定星系红移后，要根据其方位、面光源张角、星系类型等因素按“式1”进行距离修正。红移和星际消光系数S成正比，而消光系数和距离关系非线性，在不太大的范围可粗略为线性，故哈勃常数对应该范围不变[3]。

（四）实验验证

上述宇宙观测事实论证表明本文红移理论可以解释星系红移成因，而这种成因是可以通过实验观测验证的。实验和红移一般结论另文论述,大致思路是扩散太阳光束观测其谱线移动并定量确定太阳照度变化和红移变化的函数，藉此确定红移和星系光度、体量、距离、星际消光等因素的观测关系并研究动系辐射解析方程，给出星系红移的一般结论。