对天体光谱进行分析，可以判断出天体的运动速度。光波和声波一样，遵循“多普勒效应”：波源接近观测者时，波被压短，也就是“蓝移”；波源远离观测者时，波被拉长，也就是“红移”。根据压缩与拉长的程度，可以定量计算出波源靠近或者远离的速度。天文学家将测出的光谱与实验室里元素发光的光谱比较，得到其红移或者蓝移的数值，进而计算出恒星与星系相对地球的运动速度。尤其重要的是，天文学家发现大多数星系在远离地球，结合这些星系的距离，推断星系的退行速度与距离成正比，这意味着宇宙在膨胀。倒退回去，宇宙起源于一个极小的点。

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