未登录

开通VIP,畅享免费电子书等14项超值服

开通VIP
银河系直径20万光年,光都要走20万年,人类是怎样测量出来的?

2022.09.10 广东

关注

宇宙中的距离都是怎么测的?真的是发射一束光然后等它反射,进而计算来的吗?

这显然是不可能的,宇宙中的距离动不动就是光年起步,1、2光年还能等,那银河系的20万光年,光去要花20万年,回来还要花20万年,加起来人类要等40万年。好家伙,等这个光回来,咱们人类还在不在地球都是一个问题。那么,我们看到的那些成百上千万的光年距离,科学家们都是怎样计算出来的?

丈量宇宙

宇宙很大,但是不妨碍人类丈量它的大小,在古希腊时期,欧几里得就提出,利用金字塔的影子来测量金字塔的高度,后来这个实验由泰勒斯完成。这里面涉及到的几何原理是相似三角形,无独有偶,古希腊的数学家埃拉托色尼,也是利用了三角形,计算出了地球的直径。如今,这个方式也被沿用到了天体距离的测量,那就是天文学上的三角视差测量法。

地球、太阳、待测天体,这三个点可以组成一个三角形,其中,太阳到地球的距离是已知的,我们想要得到另外两条边的长度,还需要知道已知边所对应的夹角。如何得到这个夹角,成为了计算距离的关键。这个时候以地球的一个半年为周期,测量出前后半年地球与该天体的视差夹角α。万事俱备只差计算,运用最基础的三角函数,就能求得天体和地球以及太阳之间的距离。

但是,三角视差法也有一定的局限性,如果天体距离地球太远,恐怕就没办法使用了。因为距离越远,测量到的视差夹角误差就会越大,这个方式只适合几百光年的范围。那如果是距离地球成千上万光年,我们又该如何测量呢?宇宙中有一种天体叫做造父变星,它是一种周期性恒星,也就是亮度会呈现周期性变化。找到一颗造父变星,观察它的周期变化,然后就能得到它原本的亮度是多少。

在这过程中,周期和造父变星的亮度会呈现一个周光关系,如果两颗造父变星的周光关系曲线相同,那么说明它们的原始亮度是一样的。于是,我们可以先测量出距离地球较近的造父变星,根据周光关系曲线,得到更远那颗造父变星的距离。此外,还能根据一个星云、星团里面的造父变星测量出整星团的直径,以及它们距离地球的距离。银河中存在着大量的造父变星,于是科学家们通过它们测量出银河系的直径在大约20万光年。

在测量造父变星距离的时候,科学家们又发现了一种新的测距方法——分光视差法。我们所看到的天体亮度与距离之间是有关系的,人类可以通过天文望远镜加电脑模型,得到一张恒星的光谱图。天文学家们假设,将这颗恒星放在距离地球32.6光年的距离,这个时候它的亮度为M,被称为“绝对星等”。而人眼看到的这颗恒星的真实亮度为m,称为“视星等”。

M和m之间存在视差,这也是我们的眼睛和天文望远镜对光感知的差距,用符号π来表示。之后,经过天文学家的推算,得到了一个关系式:M=m 5-5lgπ。这其中,绝对星等、视星等以及视差我们都可以得到,那么只需要代入,就能算出距离。有人对这个公式提出质疑,人和人不能一概而论,大家对光的敏感度是不一样的,怎么能保证视星等的权威性呢?其实,这个值并不是拿人测出来的,一切都是根据那张恒星的光谱图得到的,不是真的让人眼去看。

这个光谱图可不单单是可见光,它还将不可见光可视化,让天文学家能更详细分析出这颗恒星所发出的所有电磁波。在这过程中,还会发现该恒星的红移,从而计算出这颗恒星正在离我们越来越远,不仅可以计算出现在的距离,还能预估未来多少年后,这颗恒星与地球的距离。由此可以看出,人类想要丈量宇宙的距离,有三种办法:第一种是历史悠久的三角视差法,第二种是利用造父变星的测量法,最后一种是分光视差法。

认识宇宙

丈量宇宙的距离是认识宇宙的开始,人类从仰望星空开始,就一直想要知道,这个“天”到底有没有界限。咱们看到的天有两层含义,第一层是地球的大气,另一层则是宇宙。地球的大气那肯定是范围有限的,但是宇宙就不一定了,人类至今都无法肯定宇宙的真正边界在哪里。起初,人类的目光非常“短浅”,认为宇宙就是太阳、月亮、地球、星星构成。

随着伽利略自己制作了第一台天文望远镜,观看到了人类从未看到过的景象,原来宇宙不单单是上面说的那几种,还有其他行星和它们的卫星。也正是从这个时候开始,一个新的体系逐渐被建立起来,那就是太阳系,这个时候的科学家们认为,太阳系就是整个宇宙。随着天文望远镜的倍数越来越高,人们能看到的宇宙景象也越来越多,天文学家们逐渐意识到,没有星星这个天体。

我们看到的星星其实是其他恒星,太阳不是宇宙中唯一能发光的物体,在太阳系之外还有其他的类似体系。夜空中的银河,其实只是我们所在银河的一部分,我们位于本银河的一根旋臂上。这个时候的天文学家认为,银河系就是宇宙的全部了,直到上个世纪20年代,一位叫哈勃的科学家提出,银河系不是宇宙的全部。确切地来说,银河系也只是宇宙的极小一部分,银河系外还有银河系,就像太阳系外还有“太阳系”是一样的。

事实证明这位天文学家没有说错,河外有河,银河系不是宇宙最高的体系等级。为了纪念哈勃的贡献,人类第一台深空天文望远镜以他命名。也正是哈勃天文望远镜,帮助人类第一次丈量了全宇宙,得到了宇宙的直径,大约930亿光年.从此,哈勃的名字在天文学上具有了重要的意义,既是伟大的天文学家,又是伟大的天文望远镜。

寻找新“地球”

丈量这些距离,也能够让人类知道,在距离我们多远的地方,存在着类似的“地球”。天文学家们通过观测,发现了上千颗“超级地球”,这个“超级”不是说它们比地球厉害很多,而是它们比地球大。超级地球们与我们的距离有大有小,近的可以只有10光年,远的可以达到4722.65光年,远到无法使用三角视差法测量距离。

人类想要到达这些超级地球,就必须克服光年带来的阻碍。飞跃光年之外的距离,光是依靠飞行器来办是不可能的,飞行器无法突破速度与时间的限制。相对论已经说明,人类不能达到光速,只能无限逼近光速,即便是这样的速度,对于宇宙来说也还是太慢了。

1光年的距离,人类也无法取得突破,只能看着这些超级地球空有一声叹息。但是,距离能让人类明白,地球有多么宝贵,想要寻找下一个地球,需要跨越这么长的幅度,可想而知,人类不可能离开地球,至少现在不能。有这样一颗美好的星球,为什么要花费大力气搬去光年之外的新“地球”呢?

更何况,我们根本就搬不了这个家,“超级地球”再好对于我们都是徒劳,珍惜与我们0距离的地球吧!

本站仅提供存储服务,所有内容均由用户发布,如发现有害或侵权内容,请点击举报
打开APP阅读全文并永久保存 更多类似文章
猜你喜欢
类似文章
银河系的直径20万光年,光都要走20万年,人类又是如何测出的?
北京天文馆 天文学词典
宇宙中的星球、星系距离我们那么远,科学家是如何测量距离的?
如何测量天体与地球之间的距离? | 问答 | 问答 | 果壳 科技有意思
天文学家是怎样估测天体离地球的距离?
地球在宇宙中有多大?!
更多类似文章 >>
生活服务
绑定账号成功
后续可登录账号畅享VIP特权!
如果VIP功能使用有故障,
可点击这里联系客服!