人們仰望星空時，也許會異常平靜，這種體驗感很清晰（也可能毫無意義）。然而，對於那些有著無限的好奇心的人來說，凝視星空會帶來無盡的疑問與謎團。在視界線的另一端會是什麼呢？暗物質又是什麼，它是做什麼的呢？宇宙究竟有多大？
最後一個問題（至少在這三個問題中）是我們能夠回答的，儘管答案並不那麼容易理解。，讓我們不去涉及太多天體物理相關的話題，儘可能簡單地回答這個問題：科學家們怎樣知道宇宙有多大？
簡短回答：藉助具有不同觀測距離的測量工具（三角視差、宇宙標準燭光、超新星亮度、星系紅移、宇宙微波背景），可以創造一個宇宙距離階梯，能夠準確測量遙遠的星系，以及宇宙的大小。
太空中的距離是怎樣測量的？
在我們瞭解到宇宙最大距離以十億光年為單位之前，我們首先要從宇宙距離階梯的第一級開始。
從近距離開始-我們是可以用高中課堂上學過（且很快忘記）的基本三角函數嘗試測量較近的宇宙距離，例如在太陽系內，或者銀河系內與我們臨近（不超過100光年）的宇宙。基本上只要你在一年中的某一刻測量一顆恆星在天空中一點的位置，然後在六個月後再次測量它的位置，就能夠得到附近物體相對於天空中更遙遠的恆星的位置。
假使你知道地球軌道的長度，然後根據這兩次測量得出的角度，就有可能計算出實際距離（感謝勾股定理！）。但是，如果一顆恆星離地球越遠，它的位移就越小，角度的測量就由易變難，因此就需要用到宇宙距離階梯的第二級。
宇宙標準燭光----一旦超出了三角視差法的有效測量範圍，天文學家們就會使用稱作造父變星的恆星來測量，它們很常見且很明亮。這類特殊的恆星於1794年首次為人們發現，它們具有周期脈動的趨勢，有規律地越變越亮或者越變越暗。更有意思的是，造父變星的脈動時間越長時，它就越亮；脈動時間越短，它就越暗。
用視差法（見上文）來測量附近的造父變星，然後比較它們與更遙遠的造父變星的脈動週期時間，就可以確定它們的真實亮度，從而計算出它們的距離。造父變星遍佈我們的銀河系，它們的存在甚至超出銀河系外（8000萬光年遠），稱為宇宙標準燭光，能夠作為標準的距離標識，形成了宇宙距離階梯的關鍵一級。，
圖解：船尾座RS是銀河系中最亮的造父變星之一，由哈勃空間望遠鏡拍攝
超新星亮度----儘管8000萬光年好像是一個驚人的距離，但是宇宙是它的1000倍以上，這也意味著宇宙距離階梯需要運用別的層級。超新星的作用也就在這裡顯現了，不過主要是特定的雙星系統中的超新星。在這些雙星系統中，一顆恆星暴死成為了白矮星，而它的伴星存活下來，接著白矮星吸積伴星的物質，不斷變大，直到質量超過太陽質量的1.4倍（也就是錢德拉塞卡極限）。
在那時，又會發生一次巨大的爆炸，巨大到在半個可觀測宇宙中都能看到，所釋放的能量超出整個星系，也就形成了1A型超新星。已知爆炸質量的大小，天文學家們就能夠計算出爆炸的絕對亮度，然後計算出遙遠星系大概的宇宙距離。
星系紅移----在更遙遠的距離----數百億光年外----哈勃常數就起作用了。這是宇宙膨脹的測量單位，以埃德溫哈勃命名。接下來的對話可能會有一些混亂。也許很難理解，但是除了宇宙在以不斷增長的速度同時向各個方向膨脹外；宇宙中不同物體之間的空間也在膨脹。這種物體間的膨脹(和加速)與暗能量有關，超出了本文的討論範圍，但足以說明，所有物體都在遠離其他物體，並且越來越快。
目前的宇宙膨脹速度約為每秒72-74千米每秒，每百萬秒差距(326萬光年)。因此，你看得越遠，星系遠離我們的速度也越快。要確定非常遙遠的星系的距離，你必須測量星系紅移來確定星系遠離我們的速度有多快。
當哈勃通過稜鏡觀察來自遙遠星系的光時，他發現了一種“紅移”，偏離了已知的顏色。簡要解釋一下，看到一個遠離你的物體發出的光時，光會顯得更紅，因為它拉長了電磁頻譜。而另一方面，當一個物體的光向你移動時，它會壓縮磁場頻譜，併產生“藍移”。對於哈勃觀測到的絕大多數星系都有這種紅移，這意味著它們正在遠離我們。通過在圖上繪製不同的紅移和已知距離，就有辦法以相對較高的精度確定極遠星系的距離。
宇宙微波背景----這是最終的測量工具，也可以說是宇宙距離的基準線。宇宙微波背景輻射(CMB)是大爆炸後最早期的殘餘輻射(最早是一個相對詞，大約是大爆炸後40萬年)。這種輻射是迄今為止在恆星之間的“空”空間中探測到的最古老和最遠的輻射。通過這個基準線可以推斷宇宙的年齡約為137億年。
這也就意味著我們能看到的最遠的時間是137億年，因為光(以光速運動)到達我們需要137億年。因此，“可觀測宇宙”的半徑為137億光年，直徑約為275億光年。
但是，“已知宇宙”的半徑並非137億光年。再回想一下哈勃常數和它對宇宙膨脹的測量。來自宇宙微波背景輻射的光如今到達我們的眼睛已經走過137億年了，但同時宇宙也在不斷膨脹，把已知宇宙的邊緣擴張到更遠，雖然嚴格來說，我們並不能看到那麼遠。但是通過運用哈勃常數，我們可以計算出現在這些光子的起源，答案是驚人的——460億光年遠!這意味著“已知宇宙”的直徑有920億光年!
顯然，計算這麼大的距離會使大腦宕機，超出人類的理解範圍。幸運的是，有許多天文學家對這類測量方法的精通和宇宙距離階梯的存在，這樣我們能夠時刻關注宇宙是如何運動的——以及我們在其中的位置!
參考資料
1.WJ百科全書
2.天文學名詞
3. sciabc
宇宙有多大？-物理學網
斯普林格數據庫
宇宙距離階梯-物理學院
宇宙微波背景-普朗克（卡迪夫大學）
如有相關內容侵權，請於三十日以內聯繫作者刪除
轉載還請取得授權，並注意保持完整性和註明出處