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宇宙中天體距離地球動輒上億光年,科學家到底是如何測量的?
2023/07/28

在地球上我們一般都用米或者千米來衡量距離的長短,當進入到廣袤的宇宙之后,米或者千米便已經無法衡量,因為宇宙太大了。而我們要衡量天體與天體之間的距離時,就需要另一種長度單位-光年。

所謂光年就是光在真空中傳播一年的距離,我們知道光的傳播速度大約是每秒30萬千米,通過計算可得,一光年就相當于9.46萬億千米。比如距離我們最近的比鄰星大約是4.22光年,距離地球最近的星云獵戶座星云,大約是1350光年,距離最近的大星系仙女座星系大約是254萬光年。

那麼說到這里可能很多人會問,天體距離我們如此之長,都需要光年這麼大的長度單位來衡量。那麼天文學家是如何測出之間距離的呢?

其實這些天體雖然距離我們太過遙遠,即便利用最快的飛行器用盡一生也無法到達,但我們仍可以通過很多方法得出他們之間的距離,今天我們就來了解一下,目前天文學界常用的幾種測定遙遠天體距離方法。

三角視差法

第一種是三角視差法,三角視差法一般是測量距離地球稍近的天體,距離在上百光年之內。天文學家在測定這些恒星距離時,會用地球公轉軌道來作為基線。

我們知道地球圍繞太陽公轉會形成一個圓形軌道,當地球移動到不同的軌道位置時,便會與遙遠的天體形成一個等腰三角形,比如我們在1月份和7月份同時記錄一顆恒星的位置,那麼我們便可根據兩側恒星的視差得出三角形的頂角,然后就能夠知道三角形的高,而這個三角形的高就是這顆恒星到地球的距離。

不過這種方法只能測量近距離天體,如果當一個天體距離我們十分遙遠,那麼三角視差法便無法使用了,而這時候就需要用到造父變星。

造父變星

造父變星是宇宙中一種相對奇特的恒星,亮度也會隨時間呈現出周期性變化,他會在一定的時間內變亮—變暗—變亮,這一個周期我們稱之為光變周期。并且它的光變周期越長,其光度就越大,而天文學家通過光變周期來估算出造父變星的絕對星等和視星等,然后就可以計算出距離。因此造父變星也被稱為是宇宙的量天尺

在上世紀20年代之前,天文學界一直在爭論仙女座星系到底是星云還是星系,直到愛德溫-哈勃在觀測到仙女座星系內有一顆造父變星時,通過周光關系才最終算出距離,‬由此確認‬仙女座星系原來是河外星系。

哈勃紅移法

而如果是更遙遠的距離,就無法用造父變星來計算距離,比如上百億光年的星系,由于如此遙遠我們從中已經無法觀測到造父變星,那麼則需要另一種方法,哈勃紅移法。

在1929年,埃德溫哈勃在觀測遙遠的天體時,發現大部分星系的光譜線都存在紅移現象,而且離我們越遠的星系紅移量越大。我們知道光也具有多普勒效應,當一個天體在遠離我們時,光波被拉長,光譜的顏色會向紅色端移動,如果靠近我們光波變短就會向藍色端移動,由此知道了星系都在互相遠離。

并且哈勃還發現離我們越遠的星系遠離的速度則越快,由此提出了哈勃定律,即星系的退行速度與距離成正比。所以我們只要測出星系的紅移值再得出退行速度,就可以知道該星系距離我們有多遠!

因此當天文學家告訴我們,那些天體與地球的距離動輒」上百萬光年,乃至上億光年,并非是瞎猜,而是通過計算得出!雖然會存在著一定的誤差,但從整體上來說并不會相差巨大

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