作者:石兰(抄袭必究)
随着天文爱好者的群体越来越大,天文地理不再是极少数人的话题。如果你足够细心,你一定会发现,当所描述的恒星不是地球时,通常会有一个统一的参数,那就是恒星与地球的距离。而这个距离单位也不会是大家常说的千米,而是一束光在一个地球年内所走的距离,也就是光年。
旋涡星系NGC3972,距地球6500万光年,位于大熊座。
相信没有人会认为“光年”是一个时间单位,毕竟已经2019年了!那么,大家有没有疑惑,科学家们是如何计算出那些恒星与地球的距离的呢?动辄数十亿光年,感觉距离很远。这些计算靠谱吗?
一光年有多远?
这个问题的答案可以通过光年和公里的换算方式具体感知。一光年的距离实际上约为9.7万亿公里(约合6万亿英里)。不像我们,我们很难以同样的速度在路上行驶,因为光年的精度非常高,在宇宙的任何空间都可以保持恒定的速度。
在真空环境中,光的传播速度可达每小时1079252849公里。一光年的距离其实就是这个速度乘以地球上一年的小时数。即:1079252849*8766=9.5万亿公里(5878625370000英里)。或许,一些不太了解的人看到这个数值的时候,会认为这是一个特别极端的距离。但与宇宙的巨大规模相比,它就显得苍白无力了。
为什么要用光年为单位来测量
相信大家只要了解了光年、千米、英里之间的换算方法,就可以明白:当我们在天文尺度上用它们作为单位进行测量时,是一件特别麻烦和不切实际的事情。例如,我们可以以离地球最近的猎户星云为例。它和我们之间的距离大约是1300光年。如果换算成英里的单位,那么需要用7861000000000000英里来表示。
再比如,仙女座星系是距离我们最近的旋涡星系,距离我们的地球大约有250万光年。而我们的银河系与地球之间的距离已经达到了大约27000光年。当我们进一步扩大探测目标的范围时,我们会发现距离我们数十亿光年的遥远星系还有很多。这么长的距离换算成公里或者英里,无疑会特别麻烦。
从近775,000光年外的ULASJ0744+25看,银河会显得特别小。
同时,当我们使用光年作为计量单位时,更有利于科学家确定他们目前看到的现象发生的时间。事实上,光到达我们的眼睛需要一定的时间。所以,我们现在在夜空中看到的一切都发生在以前。简单地说,当我们看到离我们一光年远的事物时,它们实际上还是一年前的样子。
迄今为止,人类观测到的距离最远的天体是宇宙微波背景辐射,因为它早在大约138亿年前就已经发生了。通常,只有当科学家使用三角测量来确定到恒星的距离时,才会使用视差而不是光年。视差是指地球在绕太阳转半圈后在天空中的视位置与恒星之间的1角秒(1/3600度)的距离。所谓一弧秒约等于3.26光年。
如何计算恒星与地球的距离
关于如何测量恒星与地球的距离,我们首先要判断被测恒星是否是太阳系内的恒星,距离较近的恒星太阳系外,或太阳系外更远的恒星。因为科学家对不同位置区间的恒星采用不同的测量方法。例如,对于太阳系中其他恒星与地球的距离,科学家们通常使用三角测量法来求出两者之间的距离。
目标星位于太阳系外不远时,可用三角视差法(距离太阳100秒差距以内的近距离恒星)、光谱视差法(5lgr=m-M+5)、Wilson-Bapp法(线性关系)、星际视差法(星际吸收线的强度)、机械视差法(年视差的倒数)、星座视差法(仅适用于毕星团)、雷达测距法、激光测距法(仅适用于毕星团)非常近的天体)、统计视差法(自行越大,视差越大)、旋转视差法(星座平均距离)。
当我们需要测量的天体距离太阳系较远时,我们需要使用RR天琴座变星(比较视星等和绝对星等值),造父变星(光度越大,发光时间越长)变化周期)、角直径(约等于线径D)、主序重叠法(纵坐标读数的差异)、新星和超新星(最大绝对星等变化不大)、亮星(河外星系)、累积星等(球状clusters),或者用谱线红移(redshiftphenomenon)的方法来测量距离值。
客观的说,真正的天文距离是很难测量的,但是我们可以通过其他的测距方法来达到更远的距离。简而言之,没有一种方法可以从最近的恒星到最远的星系与地球之间的距离,但我们可以用不同的技术引导另一种重叠技术。虽然科学家测得的距离值并不是一个完全准确的值,但可以肯定的是,这些近似值是非常可靠的答案。
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