天體距離的測定 :
人們總希望知道天體離我們有多遠,天體距離的測量也一直是天文學家們的任務。不同遠近的天體可以採不同的測量方法。隨著科學技術的發展,測定天體距離的手段也越來越先進。由於天空的廣袤無垠,所使用測量距離單位也特別。天文距離單位通常有天文單位(AU)、光年(ly)和秒差距(pc)三種.
月球與地球的距離:
月球是距離我們最近的天體,天文學家們想了很多的辦法測量它的遠近,但都沒有得到滿意的結果。科學的測量直到18世紀(1715年至1753年)才由法國天文學家拉卡伊(N.L.Lacaille)和他的學生拉朗德(Larand)用三角視差法得以實現。他們的結果是月球與地球之間的平均距離大約為地球半徑的60倍,這與現代測定的數值(384401千米)很接近。
雷達技術誕生後,人們又用雷達測定月球距離。鐳射技術問世後,人們利用鐳射的方向性好,光束集中,單色性強等特點來測量月球的距離。測量精度可以達到釐米量級。
太陽和行星的距離:
地球繞太陽公轉的軌道是橢圓,地球到太陽的距離是隨時間不斷變化的。通常所說的日地距離,是指地球軌道的半長軸,即為日地平均距離。天文學中把這個距離叫做一個“天文單位”(1AU)。1976年國際天文學聯合會把一個天文單位的數值定為1.49597870×1011米,近似1.496億千米。
太陽是一個熾熱的氣體球,測定太陽的距離不能像測定月球距離那樣直接用三角視差法。早期測定太陽的距離是藉助於離地球較近的火星或小行星。先用三角視差法測定火星或小行星的距離,再根據開普勒第三定律求太陽距離。1673年法國天文學家卡西尼(Dominique Cassini)首次利用火星大沖的機會測出了太陽的距離。
許多行星的距離也是由開普勒第三定律求得的,若以1AU為日地距離,“恆星年”為單位作為地球公轉週期,便有:T2=a3。若一個行星的公轉週期被測出,就可以算出行星到太陽的距離。如水星的公轉週期為0.241恆星年,則水星到太陽的距離為0.387天文單位(AU)。
恆星的距離:
由於恆星距離我們非常遙遠,它們的距離測定非常困難。對不同遠近的恆星,要用不同的方法測定。目前,已有很多種測定恆星距離的方法:
(1)三角視差法
河內天體的距離又稱為視差,恆星對日地平均距離(a)的張角叫做恆星的三角視差(p),則較近的恆星的距離D可表示為:
sinπ=a/D
若π很小,π以角秒錶示,且單位取秒差距(pc),則有:D=1/π
用週年視差法測定恆星距離,有一定的侷限性,因為恆星離我們愈遠,π就愈小,實際觀測中很難測定。三角視差是一切天體距離測量的基礎,至今用這種方法測量了約10,000多顆恆星。
天文學上的距離單位除天文單位(AU)、秒差距(pc)外,還有光年(ly),即光在真空中一年所走過的距離,相當9454254955488千米。三種距離單位的關係是:
1秒差距=206265天文單位=3.26光年=3.09×1013千米
1光年=0.307秒差距=63240天文單位=0.95×1013千米。
(2)分光視差法
對於距離更遙遠的恆星,比如距離超過110pc的恆星,由於週年視差非常小,無法用三角視差法測出。於是,又發展了另外一種比較方便的方法--分光視差法。該方法的核心是根據恆星的譜線強度去確定恆星的光度,知道了光度(絕對星等M),由觀測得到的視星等(m)就可以得到距離。
m - M= -5 + 5logD.
(3)造父周光關係測距法
大質量的恆星,當演化到晚期時,會呈現出不穩定的脈動現象,形成脈動變星。在這些脈動變星中,有一類脈動週期非常規則,中文名叫造父。造父是中國古代的星官名稱。仙王座δ星中有一顆名為造父一,它是一顆亮度會發生變化的“變星”。變星的光變原因很多。造父一屬於脈動變星一類。當它的星體膨脹時就顯得亮些,體積縮小時就顯得暗些。造父一的這種亮度變化很有規律,它的變化週期是5天8小時46分38秒鐘,稱為“光變週期”。在恆星世界裡,凡跟造父一有相同變化的變星,統稱“造父變星”。
1912 年美國一位女天文學家勒維特(Leavitt 1868--1921)研究小麥哲倫星系內的造父變星的星等與光變週期時發現:光變週期越長的恆星,其亮度就越大。這就是對後來測定恆星距離很有用的“周光關係”。目前在銀河系內共發現了700多顆造父變星。許多河外星系的距離都是靠這個量天尺測量的。
(4)譜線紅移測距法
20 世紀初,光譜研究發現幾乎所有星系的都有紅移現象。所謂紅移是指觀測到的譜線的波長(l)比相應的實驗室測知的譜線的波長(l0)要長,而在光譜中紅光的波長較長,因而把譜線向波長較長的方向的移動叫做光譜的紅移,z=(l-l0)/ l0。1929年哈勃用2.5米大型望遠鏡觀測到更多的河外星系,又發現星系距我們越遠,其譜線紅移量越大。
譜線紅移的流行解釋是大爆炸宇宙學說。哈勃指出天體紅移與距離有關:Z = H*d /c,這就是著名的哈勃定律,式中Z為紅移量;c為光速;d為距離;H為哈勃常數,其值為50~80千米/(秒·兆秒差距)。根據這個定律,只要測出河外星系譜線的紅移量Z,便可算出星系的距離D。用譜線紅移法可以測定遠達百億光年計的距離。
天體距離的測定 :
人們總希望知道天體離我們有多遠,天體距離的測量也一直是天文學家們的任務。不同遠近的天體可以採不同的測量方法。隨著科學技術的發展,測定天體距離的手段也越來越先進。由於天空的廣袤無垠,所使用測量距離單位也特別。天文距離單位通常有天文單位(AU)、光年(ly)和秒差距(pc)三種.
月球與地球的距離:
月球是距離我們最近的天體,天文學家們想了很多的辦法測量它的遠近,但都沒有得到滿意的結果。科學的測量直到18世紀(1715年至1753年)才由法國天文學家拉卡伊(N.L.Lacaille)和他的學生拉朗德(Larand)用三角視差法得以實現。他們的結果是月球與地球之間的平均距離大約為地球半徑的60倍,這與現代測定的數值(384401千米)很接近。
雷達技術誕生後,人們又用雷達測定月球距離。鐳射技術問世後,人們利用鐳射的方向性好,光束集中,單色性強等特點來測量月球的距離。測量精度可以達到釐米量級。
太陽和行星的距離:
地球繞太陽公轉的軌道是橢圓,地球到太陽的距離是隨時間不斷變化的。通常所說的日地距離,是指地球軌道的半長軸,即為日地平均距離。天文學中把這個距離叫做一個“天文單位”(1AU)。1976年國際天文學聯合會把一個天文單位的數值定為1.49597870×1011米,近似1.496億千米。
太陽是一個熾熱的氣體球,測定太陽的距離不能像測定月球距離那樣直接用三角視差法。早期測定太陽的距離是藉助於離地球較近的火星或小行星。先用三角視差法測定火星或小行星的距離,再根據開普勒第三定律求太陽距離。1673年法國天文學家卡西尼(Dominique Cassini)首次利用火星大沖的機會測出了太陽的距離。
許多行星的距離也是由開普勒第三定律求得的,若以1AU為日地距離,“恆星年”為單位作為地球公轉週期,便有:T2=a3。若一個行星的公轉週期被測出,就可以算出行星到太陽的距離。如水星的公轉週期為0.241恆星年,則水星到太陽的距離為0.387天文單位(AU)。
恆星的距離:
由於恆星距離我們非常遙遠,它們的距離測定非常困難。對不同遠近的恆星,要用不同的方法測定。目前,已有很多種測定恆星距離的方法:
(1)三角視差法
河內天體的距離又稱為視差,恆星對日地平均距離(a)的張角叫做恆星的三角視差(p),則較近的恆星的距離D可表示為:
sinπ=a/D
若π很小,π以角秒錶示,且單位取秒差距(pc),則有:D=1/π
用週年視差法測定恆星距離,有一定的侷限性,因為恆星離我們愈遠,π就愈小,實際觀測中很難測定。三角視差是一切天體距離測量的基礎,至今用這種方法測量了約10,000多顆恆星。
天文學上的距離單位除天文單位(AU)、秒差距(pc)外,還有光年(ly),即光在真空中一年所走過的距離,相當9454254955488千米。三種距離單位的關係是:
1秒差距=206265天文單位=3.26光年=3.09×1013千米
1光年=0.307秒差距=63240天文單位=0.95×1013千米。
(2)分光視差法
對於距離更遙遠的恆星,比如距離超過110pc的恆星,由於週年視差非常小,無法用三角視差法測出。於是,又發展了另外一種比較方便的方法--分光視差法。該方法的核心是根據恆星的譜線強度去確定恆星的光度,知道了光度(絕對星等M),由觀測得到的視星等(m)就可以得到距離。
m - M= -5 + 5logD.
(3)造父周光關係測距法
大質量的恆星,當演化到晚期時,會呈現出不穩定的脈動現象,形成脈動變星。在這些脈動變星中,有一類脈動週期非常規則,中文名叫造父。造父是中國古代的星官名稱。仙王座δ星中有一顆名為造父一,它是一顆亮度會發生變化的“變星”。變星的光變原因很多。造父一屬於脈動變星一類。當它的星體膨脹時就顯得亮些,體積縮小時就顯得暗些。造父一的這種亮度變化很有規律,它的變化週期是5天8小時46分38秒鐘,稱為“光變週期”。在恆星世界裡,凡跟造父一有相同變化的變星,統稱“造父變星”。
1912 年美國一位女天文學家勒維特(Leavitt 1868--1921)研究小麥哲倫星系內的造父變星的星等與光變週期時發現:光變週期越長的恆星,其亮度就越大。這就是對後來測定恆星距離很有用的“周光關係”。目前在銀河系內共發現了700多顆造父變星。許多河外星系的距離都是靠這個量天尺測量的。
(4)譜線紅移測距法
20 世紀初,光譜研究發現幾乎所有星系的都有紅移現象。所謂紅移是指觀測到的譜線的波長(l)比相應的實驗室測知的譜線的波長(l0)要長,而在光譜中紅光的波長較長,因而把譜線向波長較長的方向的移動叫做光譜的紅移,z=(l-l0)/ l0。1929年哈勃用2.5米大型望遠鏡觀測到更多的河外星系,又發現星系距我們越遠,其譜線紅移量越大。
譜線紅移的流行解釋是大爆炸宇宙學說。哈勃指出天體紅移與距離有關:Z = H*d /c,這就是著名的哈勃定律,式中Z為紅移量;c為光速;d為距離;H為哈勃常數,其值為50~80千米/(秒·兆秒差距)。根據這個定律,只要測出河外星系譜線的紅移量Z,便可算出星系的距離D。用譜線紅移法可以測定遠達百億光年計的距離。