Изображения объектов, наблюдаемых с помощью наземных телескопов, выглядят расплывчатыми из-за атмосферной рефракции, а также из-за дифракции в зеркале объектива. Телескоп "Хаббл" позволяет вести более детальные наблюдения. Помимо других преимуществ, он не подвержен воздействию абсорбции света в земной атмосфере, поэтому воспринимает больше света, чем такой же телескоп на Земле. Большим сюрпризом для астрономов, использующих телескоп "Хаббл", было открытие скоплений галактик в направлениях, которые ранее считались пустым космическим пространством.
С помощью космического телескопа "Хаббл" астрономы смогли более точно измерить расстояния до звезд и галактик, уточнив связь между средней абсолютной величиной цефеид и периодом изменения их блеска. Эта связь затем использовалась для более точного определения расстояний до других галактик через наблюдение отдельных цефеид в этих галактиках.
Одним из первых экспериментов с космическим телескопом "Хаббл" было наблюдение отдельных цефеид в спиральной галактике М100, имевшей известную величину красного смещения, в соответствии с которой ее скорость удаления составляла 1400 км/с. Было определено, что расстояние до М100 составляет 55 млн. световых лет, что давало значение постоянной Хаббла в 25 км/с на миллионов световых лет, с точностью до 20 %. Согласно этому наблюдению, возраст видимой Вселенной составил примерно 8 млрд. лет. Последующие наблюдения дали величину постоянной Хаббла в 20 км/с на миллион световых лет, что соответствует возрасту 12 млрд. лет.
Микроволновое излучение — это электромагнитное излучение с длиной волны от 1 до 100 мм. Микроволновое фоновое излучение, приходящее к нам из космоса со всех сторон, было обнаружено американскими учеными Арно Пензиасом и Робертом Уилсоном в 1965 году во время испытаний воздушной системы, предназначенной для приема радиосигналов с длиной волны 74 мм со спутника. В ходе дальнейших исследований было установлено, что это фоновое излучение обладает таким же распределением энергии, как излучение от объекта с фоновой температурой 2,7К, то есть его спектр близок к спектру абсолютно черного тела.
Микроволновое фоновое излучение испускалось веществом на ранних стадиях образования Вселенной после Большого Взрыва.[14]
До открытия фонового излучения теория Большого Взрыва была не более чем одним из возможных объяснений расширения Вселенной. Другая теория, известная как теория стабильного состояния, рассматривала Вселенную как нечто вечное и не имеющее границ. Согласно этой теории, вещество создавалось в гигантских космических провалах между галактиками, расталкивая их в стороны и заставляя Вселенную расширяться по мере образования новых галактик. Существование микроволнового фонового излучения можно объяснить с помощью теории Большого Взрыва, но не теории стабильного состояния.
Микроволновое фоновое излучение состоит из фотонов, высвобожденных после Большого Взрыва, когда Вселенная начала расширяться и остывать. До этого времени фотоны постоянно поглощались и снова испускались атомами, составлявшими недавно возникшую Вселенную. По мере расширения и остывания Вселенной была достигнута критическая фаза, когда фотоны и атомы "отделились" друг от друга. Считается, что это произошло, когда возраст Вселенной не превышал 100 000 лет, а ее размер составлял не более 0,001 от нынешнего размера. Фотоны, высвобожденные на этом этапе, увеличивали свою длину волны в результате расширения Вселенной за время полета через космическое пространство, поэтому теперь они находятся на микроволновом отрезке спектра электромагнитного изучения.
Оптический спектр звезды или галактики представляет собой непрерывную полосу, пересеченную темными вертикальными линиями, соответствующими длинам волн, характерным для элементов во внешних слоях звезды. Линии спектра смещаются из — за движения звезды, если она приближается к нам или удаляется от нас. Это пример доплеровского эффекта, который заключается в изменении наблюдаемой длины волны, излучаемой источником, находящимся в движении по отношению к наблюдателю. Спектральные линии смещаются в область более длинных волн (то есть обнаруживают красное смещение), если источник света отдаляется, или в область коротких волн, если источник света приближается (так называемое голубое смещение).
