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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?

常驻编辑 科普中国 2022-09-10 银河系   测量   视差   变星   人类   天体   恒星   直径   宇宙   地球   距离   万光年

宇宙中的距离都是怎么测的?YGy拜客生活常识网

真的是发射一束光然后等它反射,进而计算来的吗?YGy拜客生活常识网

光在宇宙中的传播YGy拜客生活常识网

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。YGy拜客生活常识网

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。YGy拜客生活常识网

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?YGy拜客生活常识网

银河系的直径再20万光年YGy拜客生活常识网

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。YGy拜客生活常识网

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YGy拜客生活常识网

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YGy拜客生活常识网

古希腊的数学家YGy拜客生活常识网

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YGy拜客生活常识网

如何得到这个夹角,成为了计算距离的关键。YGy拜客生活常识网

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αYGy拜客生活常识网

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。YGy拜客生活常识网

三角视差测量法YGy拜客生活常识网

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。YGy拜客生活常识网

因为距离越远,测量到的视差夹角误差就会越大,这个方式知识和几百光年的范围。YGy拜客生活常识网

那如果是距离地球成千上万光年,我们又该如何测量呢?YGy拜客生活常识网

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。YGy拜客生活常识网

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YGy拜客生活常识网

造父变星的周期YGy拜客生活常识网

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。YGy拜客生活常识网

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YGy拜客生活常识网

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,以及它们距离的地球的距离YGy拜客生活常识网

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YGy拜客生活常识网

两颗造父变星YGy拜客生活常识网

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YGy拜客生活常识网

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YGy拜客生活常识网

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”YGy拜客生活常识网

而人眼看到的这颗恒星的真实亮度为m,称为

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