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科学家如何测量天体间遥远的距离?基本原理就在你我身边!

发布时间:2019-07-11 10:24:33  作者:宇宙探索  来源:宇宙探索  阅读:156

    科学家如何测量天体间遥远的距离?基本原理就在你我身边!
      科学界发布宇宙天体距离我们多少多少光年,这个距离靠谱吗?这个问题既然是网友质疑的一个热门问题,就再来讨论一下。
      古代人们对大自然的认识还是懵懵懂懂的,以为是神仙在云彩里主导着人间万物,神人鬼三界分享着这个世界。那个时候的人们连地球是圆的都不知道,当然不会知道出了地球还有那么大的天地,更不会想到去测量它们。
      但有的先哲是很聪明的,早在公元前两个世纪,古希腊地理学家埃拉托色尼就通过夏至日,测量太阳照射方尖塔的阴影,用泰勒斯数学定律计算出了地球周长为39360公里。太厉害了,我们的祖先不知道那个时候在干嘛。
      但地球到底有多大呢,是不是个球状呢?一直到17世纪都还没有最后定论。
      17世纪,是现代科学的催生时期,那个时代出现了许多的科学大师,伽利略、牛顿、哈雷、开普勒、笛卡尔、费马、莱布尼兹等,这些璀璨的科学明星照亮了黑暗的世界。望远镜、微积分、万有引力相继出世,天文台开始建立,光行差现象、地动现象、恒星视差的测定等逐渐被人们认识,天体测量学成为一门科学开始确立,并被运用到了历书编算、大地测量、航海指南等方面。
    科学家如何测量天体间遥远的距离?基本原理就在你我身边!
      从简到繁,自近而远,人们在进行天体测量时遵循的就是这种循序渐进的方法。万事开头难,就先从地球开始。
      但这个时候地球是个啥样子还争论不休,牛顿从理论上推测地球是一个两极较扁赤道部分突出的接近圆形的球,而发过学者反对,巴黎天文台测量认为地球是个西瓜形,一争就从17世纪末争到了18世纪。
      直到1735年法国派遣远征队到秘鲁和北极圈实地测量,才证明了牛顿的正确,以牛顿胜出结束了这个世纪之争。后来卡文迪许用他那小小的扭秤,“称”出了地球的重量(根据万有引力原理测得出地球质量)。1798年,他公布地球质量为5.977x10^24千克,约为60万亿亿吨。这个数据与今天精确测量的数据5.965x10^24千克是多么的接近,有哪一位大神有如此功力?
    科学家如何测量天体间遥远的距离?基本原理就在你我身边!
      人们知道了地球是圆的,知道了地球的半径和周长,就开始用地球半径对天体的张角,来计算从地球到太阳的距离,这种方法叫地心视差法。
      这种方法是利用地球自转或天体的周日视运动,地面上某个观测点到天体方向和从地心看到的方向之间差别,叫做周日视差或者地形视差,一般用于对太阳系天体距离测量。
      在此基础上还发展出地平视差法,就是在地球的两端通过地心拉一直线,通过地球对应两个点观测天体,从而通过视差角度得出距离。
      随着开普勒定律的发现,人们对于行星轨道有了新的认识,能够精确的计算出地球轨道以及太阳系各个行星的运行轨道,从而可以利用地球在轨道的不同位置,采用三角视差法对更远的恒星开始测量。
    科学家如何测量天体间遥远的距离?基本原理就在你我身边!
      地心视差法、地平视差法实际上就是或类似三角视差法,都是运用三角形规律来测算距离的。
      早在公元前三百多年,伟大的古典数学家欧几里得就发明了平面几何,就知道了三角形的基本规律。三角视差法就是利用三角形的规律,对一个远方的物体,分别在两个点上进行观测,就会与远方物体形成一个等腰三角形,知道了这个三角形的底边长和两个角的度数,就知道了顶角的度数,也就知道了这个三角形的高,这个高就是远方物体的距离。
      我们在纸上画的一个小三角形与在宇宙天区虚化的一个巨大三角形规律是一样的,这就是认识规律利用规律的力量。
      三角视差法用在恒星观察上叫恒星视差法,就是把地球公转轨道半长轴(平均距离)通过太阳拉一根直线,当地球隔六个月运行到半长轴两个轨道交点时,纪录被观测恒星的角度视差,这样就得到了这颗恒星的距离参数。
      三角视差法测量有一定的距离限制。在地球上由于受到大气视宁度的限制,有效观测距离约在300光年(100个秒差距),出了地球大气层用哈勃望远镜等太空观测装置测量,范围可达3000光年(约1000个秒差距)。
    科学家如何测量天体间遥远的距离?基本原理就在你我身边!
      随着天体力学的不断发展,人类航天技术的提升,各种观测方式也越来越多,越来越精确。
      现在对于天体的观测方法有很多种,由远及近呈金字塔形,比较常见的有雷达回波测距(短距离)、光谱视差法、造父变星法、周光变星法、超新星亮度法、哈勃红移法等等。
      这些方法现在科学界都有一整套观测和计算规程,事实上,现在的智能天文望远镜在观测到天体的时候,就能够通过计算机自动计算出天体的距离,在这些程序里,可以设置多种方式综合运用,因此测得的天体距离一般都比较精准。
    科学家如何测量天体间遥远的距离?基本原理就在你我身边!
      当然在宇宙大尺度范围,太遥远的星系并不要求也无法做到十分精确,但比较近的就很精确了。
      比如通过普朗克空间望远镜测得的哈伯常数为67.80±0.77(km/s)/Mpc,意思就是在距离我们326万光年(Mpc为百万秒差距,1个秒差距约3.26光年)的地方,星系远离我们的速度为每秒67.8公里,正负误差为0.77公里。在这样远的一个距离,能够精确到公里,是个什么概念,各位自己可以计算一下。
      所以,现代天体距离的测量是很靠谱的。这些测算方法都比较复杂,就不一一列举了,如果大家有兴趣,可以上网一搜就出来了。