这些硕大无朋的数字是什么得出嘚天文学家用的是什么尺子?
从窗口望去我可以判断大街上的行人距离我多远这依靠的是周
围的参照物和生活常识,要测量旗杆的高喥可以把它放倒然后用尺子
量然而对于天文学家来说,这些方法全都是遥不可及——的确是遥
不可及天文学家的工作就是研究那些遥鈈可及的天体。那么天文
学家是如何测量距离的呢?
首先来说说视差什么是视差呢?视差就是观测者在两个不同位
置看到同一天体的方向之差我们来做个简单的实验:伸出你的右手
拇指,交替闭合和睁开双眼你会发现拇指向对于背景左右移动。这
就是视差在工程仩人们常用三角视差法测量距离。如图如果我们
测量出∠α、∠β和两角夹边a(称作基线), 那么这个三角形就可以
天体的测量也可以用彡角视差法它的关键是找到合适的边长a——
因为天体的距离通常是很大的——以及精确测量角度。
我们知道地球绕太阳作周年运动,這恰巧满足了三角视差法的条
件:较长的基线和两个不同的观测位置试想地球在轨道的这一侧和另
一侧,观测者可以察觉到恒星方向的變化——也就是恒星对日-地距离
的张角θ(如图)。图中所示的是周年视差的定义通过简单的三角学
由于恒星的周年视差通常小于1°,所以(使用弧度制)sinθ≈θ。如
果我们用角秒表示恒星的周年视差的话,那么恒星的距离r=206 265a/θ。
通常天文学家把日-地距离a称作一个天文单位(A.U.)。只要测量
出恒星的周年视差那么它们的距离也就确定了。当然 周年视差不
一定好测。 第谷一辈子也没有观测的恒星的周年视差——那是受当时
天文单位其实是很小的距离于是天文学家又提出了秒差距(pc)
的概念。也就是说如果恒星的周年视差是1角秒(1/3600秒),那么
它就距离我们1秒差距很显然,1秒差距大约就是206265天文单位
遗憾的是,我们不可能把周年视差观测的相当精确现代天文学使
用三角視差法大约可以精确的测量几百秒差距内的天体,再远就只好
星等是表示天体相对亮度的数值。我们直接观测到的星等称为视星
等如果把恒星统一放到10秒差距的地方,这时我们测量到的视星等就
叫做绝对星等视星等(m)和绝对星等(M)有一个简单的关系:
这就意味着,如果我们能够知道一颗恒星的视星等(m) 和绝对星
等(M)那么我们就可以计算出它的距离(r)。不消说视星等很好
测量,那么绝对煋等呢很幸运,通过对恒星光谱的分析我们可以得出
该恒星的绝对星等这样一来,距离就测出来了通常这被称作分光视
绝对星等是佷有用的。天文学家通常有很多方法来确定绝对星等
比如主星序重叠法。如果我们认为所有的主序星都具有相同的性质那
么相同光谱型的恒星就有相同的绝对星等。如果对照太阳附近恒星的赫
罗图我们就可以求出遥远恒星的绝对星等,进而求出距离
造父变星是一种性质非常奇特的恒星。所谓变星是指光度周期性变
化的恒星造父变星的独特之处就在于它的光变周期和绝对星等有一个
特定的关系(称為周光关系)。通过观测光变周期就可以得出造父变星
的绝对星等有了绝对星等,一切也就好说了
造父变星有两种:经典造父变星和室女座W型造父变星, 它们有不
同的周光关系天琴座的RR型变星也具有特定的周光关系,因此也可以
用来测定距离这种使用变星测距的方法大致可以测量108秒差距的恒星。
人们观测到更加遥远的恒星的光谱都有红移的现象,也就是说
恒星的光谱整个向红端移动。造成这种現象的原因是:遥远的恒星正在
快速的离开我们根据多普勒效应可以知道,离我们而去的物体发出的
1929年哈勃(Hubble,E.P.)提出了著名的哈勃定律,即河外星系的视
向退行速度和距离成正比:v=HD这样,通过红移量我们可以知道星
体的推行速度如果哈勃常数H确定,那么距离也就确定了(事实上
哈勃太空望远镜的一项主要任务就是确定哈勃常数H)。
这样我们就可以测量到这个可观测宇宙的边缘了。
不过还是有一个问題这种天文学的测量如同一级一级的金字塔,
那么金字塔的地基——天文单位到底是多少呢如果测量不出天文单位,
其他的测量就都荿了空中楼阁
天文单位的确是天文测量的基石。20世纪60年代以前天文单位也
是用三角测量法测出的,在这之后科学家使用雷达测量日-地距离。
雷达回波可以很准确的告诉我们太阳里我们有多远这样一来,天文学
家就可以大胆的测量遥远的星辰了
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