我們是怎麼知道一個天體離我們有多遠的?

鍾銘聊科學


1,三角視差法

在不同視點對同一顆恆星進行觀測,兩點可以構成一個等腰三角形,根據頂角大小可以得到該三角形的高,不同視點就是地球最大的變動距離,即公轉6個月的位置,這時恆星視差稱為恆星的“週年視差”,此時地球至太陽的距離已知,再測量視差就可以用簡單的三角函數計算出恆星至地球的距離。但是銀河系中大部分恆星都距離我們數幾千光年甚至上萬光年,然而三角視差發只適用於短距離測量。太遠的恆星,因地球位置變化而導致的視差會影響測量的準度,所以天文學家只能另想辦法。

2,標準燭光

標準燭光,從字面講比如我們面前有好多蠟燭一次排列從遠到進,因為燭光本身的光度都是一致,所以蠟燭越遠燈光越暗,就可根據蠟燭的本身光度(對應絕對星等),觀察的光度(視星等)算出蠟燭距離我們多遠。同樣的道理,對於本身一樣亮的兩顆恆星來說,暗的恆星離我們要比亮的恆星更遠,但有個問題在於,恆星自身的亮度是千差萬別的,不像燭光那樣一致,我們無法知道一顆恆星看起來明亮,是因為它們離我們較近,還是因為它們本身就更明亮,所以天文學家通過一些觀測數據確定一大質量的恆星,當演化到晚期時,會呈現出不穩定的脈動現象,形成脈動變星,在這些脈動變星中,有一類脈動週期非常規則,週期越大,亮度越大,這就是造父變星,可以通過造父變星的光變週期求得絕對星等,進而求出距離模數(物體的絕對星等和視星等之間的差稱為距離模數,)最終求得造父變星的距離。這一方法廣泛應用於測量星團、近距離的星系距離,不過,“標準燭光”的問題在於,天體離我們越遠,它們的光就越有可能受到消光的影響,因此,在測量大尺度距離時,“標準燭光”的可靠性不太好,那麼就是下個方法

3,紅移測量

我們平常也可感受到當汽車鳴笛接近我們時聲音尖銳,遠離我們時聲音低沉,那是因為接近時波被壓縮每秒進入耳朵聲波多,遠離時波被拉伸進入耳朵聲波少。那麼由於宇宙在膨脹,星系都在遠離我們,並且距離我們越遙遠的星系遠離的速度越快,光是一種電磁波,對於它而言,波長變長意味著向波譜中的紅光波段靠近, 星系遠離我們的速度越快,其波長的拉昇程度越明顯,在光譜中的表現便偏向紅端,被稱作紅移。那麼基於哈勃定律,可以發現,星系距離我們越遠,它們光譜中表 現出的紅移量也會越大,哈勃指出天體紅移與距離有關:Z = H*d /c,式中Z為紅移量;c為光速;d為距離;H為哈勃常數。根據這個定律,只要測出河外星系譜線的紅移量Z,便可算出星系的距離D。用譜線紅移法可以測定遠達百億光年計的距離,今天在太空軌道運行的哈勃望遠鏡已可以測出相當遙遠天體的紅移值(從而算出退行速度),只要知道哈勃定律中的距離與退行速度之比(哈勃常數),就可定出距離


騰寶暢宇宙


對於不同距離的天體,我們有不同的測量距離的方法。

對於距離我們在100秒差距以內的天體,我們通常使用三角測量法來測量。這種方法是最常用,也是最簡單的,其原理在中學就已經學到了。這種方法對於越近距離的天體測量越準確,一般超過50秒差距就不那麼準確了,但是仍然可以使用。

除了這種方法,其餘還有分光視差法,威爾遜-巴普法,星際視差法,力學視差法,雷達測距法,激光測距法等等,這些都是較近距離的測量方法。我們可以使用多種方法測量同一個天體,這樣得出的結論也更為有效。

對於遠一些的天體,我們最常用的是變星測量。這是利用天體的變光規律和周光關係來計算得出距離的,最典型的就是利用造父變星,因為其具有準確的變光規律,可以作為一種測量標尺。很多情況下都可以利用造父變星作為遙遠天體的座標,甚至銀河系以外的河外星系,也可以利用其中的造父變星,來計算該星系的距離。

其餘還有利用天琴座RR型變星,主星序重疊法,利用累積星等,利用新星和超新星等方法測量較遠距離天體。

對於更為遙遠的天體,我們就是利用譜線紅移的方法來測量了。由於宇宙空間的膨脹,遙遠處天體的速度在外面看起來是非常快的,這樣就產生了類似多普勒效應的譜線紅移。通過獲得遙遠天體的光譜,就可以得到其譜線和紅移程度,這樣就可以計算出距離了。

因此,不管是近距離天體,還是遙遠的天體,我們都可以通過觀測和計算得出他們的距離,因為我們掌握了很多的科學手段。


寒蕭99


主流方法有2種

1.三角測差法,適用於銀河系內較近天體

2.宇宙學紅移,適用於河外星系等極為遙遠的天體

還有一種標準燭光法,也挺準的,但是可遇而不可求

la型超新星爆炸,因為一般來說白矮星吸積物質到一定程度就會爆炸,所以光度一般是一樣的,很簡單的道理,到達地球的光子流量和距離的二次方反比(2011年諾貝爾物理學獎測量宇宙加速膨脹使用此法)

造父變星其亮度和光變週期有關,根據光變週期可以推知其光度。進而知道距離(哈勃據此發現河外星系,注意哈勃是美國天文學家愛德溫·哈勃而不是以他命名的哈勃太空望遠鏡)

當然不止是這些標準燭光源,理論上任何已知光度的天體都可以當成標準燭光,進而得到天體所在位置的遠近。

至於引力波……不太瞭解。我想測量精讀夠好應該是沒有問題的,好像ligo確實給出了15年那次雙黑洞合併的大致距離。


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