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  • 1 # 好奇心與狗

    宇宙中擁有不計其數的天體,他們或遠或近。生活中我們透過尺子去測量距離,可是那些幾百光年甚至上百億光年的天體,我們哪有那麼長的尺子去測量啊?

    那要知道它們到底有多遠,有哪些方法呢?

    · 三角視差法

    三角法測量是早期用於測量一些建築物的高度、遠處帆船的距離等等,所用到的數學工具也比較簡單,有初中三角幾何知識就行。

    如圖,C是目前被測物,站在A和B位置分別測量α和β兩個角度,以及AB間的距離,透過三角函式運算,不難得出CD間的距離。

    而對於距離較近(一般銀河系內)的天體來說,在地球軌道直徑的兩側作為A、B點分別測定視角α,而AB間的距離是2個天文單位,這樣就能簡單算出天體距離太陽的距離了。

    · 造父變星法

    上一輩的人買燈泡的時候經常要說句多少燭光的。這個燭光就是一個發光強度的標準單位,後來是用坎德拉這個單位來定義的。

    我們知道恆星都是分星等的,實際上就是根據他們的亮度來區分,而他們的視星等,也就是我們看上去的亮度是和距離的平方成反比的。那麼,如果知道一個恆星的絕對星等,我們透過觀察它的視亮度,就可以推算出它的距離。

    很幸運,宇宙中有一種叫做變星的天體提供了這個機會。

    早期天文學家發現造父變星的亮度變化是有周期的,光變週期越長,視星等就越大,並且透過觀測確立了他們之間的準確關係。

    結合三角視差法,確定一顆變星的距離後,就可以把視星等轉化為絕對星等。這樣光變週期和絕對星等就建立起關係了。

    於是,只要觀測週期就可測定絕對星等,而視星等又可以直接測量,這樣就能計算出這顆變星的距離了。

    · 超新星測量法

    宇宙中還有一種特殊的天體,叫做1A型超新星。

    他其實是由一顆白矮星和一顆巨星組成。我們知道白矮星是由一顆小於1.4倍太陽質量的恆星死亡後坍縮形成的,這個1.4倍就是錢德拉塞卡極限。

    由於它有一顆巨星伴星,它就會不斷吸收物質,主要是氫元素。不斷吸收的過程中它的質量也在增加,一直到1.4倍也就是錢德拉塞卡極限時,就會產生巨大的熱核反應併產生大爆發。

    由於發生這個大爆發的質量是很定的(錢德拉塞卡極限),因此能夠計算出爆發的光度是恆定的。

    好了,那隻要找到一顆1A型超新星,就知道它的絕對星等,再觀測它的視星等,也就能計算出距離來了。

    · 紅移法

    我們現在普遍知道宇宙是在膨脹著的,那麼所有天體都在離我們遠去。

    由於光是一種電磁波,當空間被膨脹扯大的時候,光波波長也就被扯大了。那我們觀測到的光譜就會朝著紅色的方向移動一點,這就是光譜紅移。

    而如果膨脹得越快,那麼波長就會扯得越長,紅移量就越大。而膨脹的宇宙中,離我們越遠的天體膨脹造成的退行速度是越大的,那麼不難得出紅移和距離有一個正比關係。

    哈勃定律給出了這樣一個公式:Z=H*d/c。其中Z是紅移量,H是哈勃常數,c是光速。不難計算出距離d。

    所以,即使是上百億光年的天體,天文學家也是有方法測量的。隨著技術的發展,測量精度也會越來越高。

    不過,當天體足夠遠到退行速度已經超過光速後,它發出的光就永遠到不了地球了,這時候這個天體我們就無法觀測到了。

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