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人類連太陽系都走不出去,天體與地球的距離,又是如何測量的?
2023/09/15

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當我們抬頭仰望星空時,最直觀的感受肯定是感嘆星空的璀璨,但那些被我們肉眼看見的光亮, 可能來自幾百甚至上千光年之外

光年并不是時間,而是一個長度單位。光是宇宙中運動速度最快的物質,而 光年指的是使用速度上限運動一年所達到的距離,這個距離十分遙遠,1光年大約有9.46兆公里

只有在測量非常遙遠、長度很長的距離時,人們才會使用這個單位,而宇宙就是如此浩瀚的存在,同時, 它還在加速膨脹中,地球會與其他天體離得越來越遠

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但是我們大部分人連地球都沒有走出去,就連上個世紀科學家造出來的探測器,到現在也沒有任何一個成功飛出太陽系,我們到底是如何計算天體與天體之間的距離,甚至丈量整個宇宙的呢?

用數學觀測星系

這就不得不提到被天文學界尊稱為 星系天文學之父愛德溫·鮑威爾·哈勃(Edwin Powell Hubble),或許你對愛德溫這個名字或這個人并不了解,但你肯定聽說過 哈勃太空望遠鏡。這架為人類帶來大量宇宙信息的望遠鏡,正是以他的名字命名。

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愛德溫不僅是 星系天文學的創始人,也是 觀測宇宙學的開拓者,他研究發現的 哈勃–勒梅特定律被認為是宇宙膨脹的強有力證據,也為天文學家計算星體的遠離速度提供計算公式

這個定律被認為是宇宙膨脹理論的基礎,可以根據以下公式,計算出星系的遠離速率,而 公式中的D正是星系與觀測者之間的距離

說來說去,D的數值還是一個未知數,到底要怎麼測量二者之間的距離呢?

用簡單原理測量距離

答案其實非常簡單,現在,請你伸直手并豎起大拇指,接下來請先捂住你的左眼觀察自己的大拇指,然后再換成捂住右眼,用左眼再看大拇指,

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這個時候大拇指在你看來好像移動了位置,但其實你知道,你并沒有移動自己的手,這就是三角視差

當你理解了這個原理之后,就能輕松弄懂 三角視差法—— 一種測量天體間距離最常見的方法是怎麼一回事了。

從專業的角度解釋, 三角視差法就是在利用不同視點對同一物體的視差來測定距離

當觀測者分別從兩個視點觀測同一個物體時,兩條視線與兩個點之間的連線可以形成一個等腰三角形,根據這個三角形頂角的大小,就可以知道這個三角形的高,也就是物體距觀察者的距離。

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對于地球上的觀測者來說,要想從兩個視點觀察同一個天體,靠的可不是自己在地球上走來走去,而是 觀察6個月內星體移動的位置

6個月的時間, 地球正好繞太陽軌道旋轉半周,這樣, 兩個視點之間的距離將會達到地球軌道的直徑,就能夠運用三角視差法求得星體的距離了。

要是距離太遠可怎麼辦?

不過,這種方法通常是用在測算銀河系內的天體距離,那些在銀河系之外的天體,就算地球移動了6個月, 這點距離對于它們來說也太微不足道了,銀河系外的天體該怎麼測量?

三角視差法不管用了,天文學家還有 標注燭光法,這個方法使用的前提是知道 天體的亮度,只要在宇宙中有一個「標準燭光」,天文學家就能通過亮度的對比計算出距離的遠近。

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比如 Ia型超新星,它就是天文學家測算距離時經常使用的一個「標準燭光」。

現在,天文學家利用這些公式以及先進儀器觀測得到的數據,可以輕松測算出天體之間的距離以及它們遠離的速度,就算天文學家沒有坐上飛行器,站在地球上就可以算出天體之間的距離了。

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