天文距离的测算近期看见一则新闻,说发现了一个新生的某某恒星,距离地球多少多少光年,关于这个距离我很奇怪是怎么算出来的.一般情况下算距离无非就是速度成一时间光速是已知的,但是

Question

天文距离的测算
近期看见一则新闻,说发现了一个新生的某某恒星,距离地球多少多少光年,关于这个距离我很奇怪是怎么算出来的. 一般情况下算距离无非就是速度成一时间 光速是已知的,但是时间呢? 我认为电子作为最基本的粒子是不能衰变的,只能由反粒子来湮灭.也就是说无法得知这个电子存在了多少时间. 那么如何得知该可见光或不可见光在到达地球经历了多少时间? 求解

Answer 1

人们常常用“天文数字”来形容数字的巨大,事实也确实如此：日－地距离是149 597 870千米,仙女座星系距离我们236万光年,整 个宇宙的尺度大约是15 000 000 000光年(大约合9 460 800 000 000 000米）.这些硕大无朋的数字是什么得出的?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,要测量旗杆的高度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不可及的天体.那么,天文 学家是如何测量距离的呢?从地球出发 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.在工程上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 被完全确定.天体的测量也可以用三角视差法.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,这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变化——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 关系可以得出：r=a/sinθ 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 的观测条件的限制.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 用三角视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 望洋兴叹了.向红端移动 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.造成这种现象的原因是：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 光的频率会变低.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.回到地球 不过还是有一个问题,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,其他的测量就都成了空中楼阁.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.