科學家怎麼知道光線是從多少光年外的星體上發出的?

卡洛琳娜


這個問題很有意思。

天體距離的測量方法有很多。

當距離很近的時候,比如月球和地球之間,我們可以用電磁波的形式,發射個電磁波過去,然後等著回收,我們知道電磁波的速度為光速,時間又知道了,地月間的距離也就出來了。

但當測量更遠的天體,電磁波雖然是光速,也顯得慢了,這時候,就要變化思路,使用三角視差法。如下圖:

當地球分別在太陽的兩端,我們要觀測的恆星跟地球會形成的一個夾角,角度為P。我們已經知道了太陽和我們的距離,三角形只到了一個邊長,一個對角角度,求另外兩個邊的長度這麼簡單的數學題,就不用再說了吧。

三角視差法反對於較近距離的天體觀測是非常好用的。但是當著天體離得我們太遠,這個方法就不能用了。

這個時候聰明的科學家們找到了另一個方法:造父變星測距法。

所謂變星,就是宇宙中明暗變化非常有規律的恆星,它們是地球人的量天尺。

為什麼這麼說呢?

它們的星等(亮度)和光變週期(亮度變化週期)之間有一種確定的關係——周光關係,即光度越大,光變週期越長。

船尾座RS,一顆典型的造父變星。哈佛大學的女天文學家勒維特最早發現了這類特殊變星的光變週期與真實亮度之間的關係。

不扯聽不懂的,簡單來說,這就像兩盞燈,一盞離你100米,亮度是1,另一盞燈你不知道它有多遠,但是你知道它的亮度是0.5,好了,這時候你就可以斷定,第二盞燈是在離自己200米的地方。(這只是一種簡單的比喻,如上,變星不都是一樣的)

變星,是人類在宇宙中尋找到的指路燈塔。

如果再遠一點,遠到我們都看不到恆星了,這時候造父變星也沒用了,怎麼辦呢?

科學家們還有辦法,那就是光的紅移。

有個哈勃效應,說的是:宇宙在膨脹,所以,離我們越遠的天體,遠離我們的速度就越快。

而光的紅移是指,天體離開我們的速度越快,那麼來自它的光的頻率就會越低,大白話理解,就是離得越快,它的光越紅。

宇宙譜線紅移觀測。

當科學家們知道來自它的光到底紅了多少,然後代入公式(哈勃常數),就能得出距離了。

不得不說,科學家們都是人類之光,實在腦袋瓜子太聰明瞭!

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科學重口味


我們經常能看到有新聞報道說天文學家又發現了一顆距離地球幾十或者幾百光年的“超級地球”


不少人對於天文學家口中的精確數字都是有些懷疑的,月球距離我們38萬公里,比鄰星距離我們4.22光年,仙女座星系距離我們254萬光年,這些數字並不是天文學家們信口胡說,而是經過科學測量的。

近距離天體的測距一般用電磁波反射方式來進行,比如我們向月球發射一束電磁波,然後等待它被月球反射回來,這樣一來一回我們就獲得了月球的精確距離,1969年阿波羅11號的宇航員們還在月球表面放置了激光反射鏡,從此地面天文臺只需要一束激光就能獲得實時地月距離,激光測距還揭示了月球在以每年3.8釐米的速度遠離我們。

對於太陽系外恆星的測距顯然不能用電磁波法,而需要用到“三角視差”,通俗來說就是利用地球觀測目標恆星時的夾角進行距離測量,但這種方法的適用距離也不長。

在我們的宇宙中存在著一批“造父變星”,它們的光變週期和光度是呈現正比例關係的,就好比一支蠟紙距離一米時亮度為1,距離兩米時亮度為0.5,那麼科學家就能利用亮度來計算出準確的距離。

測量遠距離星系的終極辦法就是哈勃紅移,因為我們的宇宙是一個不斷膨脹的宇宙,星系的退行時光譜會越來越紅,而我們又知道精確的宇宙空間膨脹的產生的哈勃常數,兩相對照下來就獲得了目標星系的距離。


宇宙探索未解之迷


因為我們有多種池子來測量不同距離的天體。

第一把尺子,雷達測距。

距離在1AU左右的範圍比如日地距離,金星,火星與地球的距離,我們可以通過雷達波的反射來計算出距離。

第二把尺子,視差法。

以地球和太陽的距離為底邊,利用三角視差可以計算出範圍在3000光年以內的天體距離。

第三把尺子,光譜視差法。

利用恆星的光譜分類與光度分類,由赫羅圖可以找出恆星的光度,更進一步,可以算出或由赫羅圖讀出恆星的絕對星等,代入距離模數公式,即可以找出恆星的距離。這個測量範圍可達2000萬光年。

第四把尺子,變星測量。

測定變星的光譜類別後,由周光圖可以直接讀出它的光度(絕對星等)。由變星的視星等和絕對星,利用距離模數公式,即可定出變星的距離。測量範圍5000萬光年。

第五把尺子,超新星測量。

以造父變星校準超新星的距離,以找出I型與Ⅱ型星分別的平均最大亮度。由超新星的光度曲線,可以決定它的歸類。對新發現的超新星,把最大視亮度與理論最大絕對亮度帶入距離模數公式,即可找出超新星的距離。測量範圍30億光年。

第六把尺子,哈勃定律。

也就是紅移,利用光譜的紅移可以計算出遙遠天體的距離,這個範圍可達已知宇宙的邊緣。

有了上述的尺子,我們就可以知道宇宙中天體的距離了,當然,還有其他一些方法,適合測量不同的天體。


寒蕭99


需要用光年為單位表示的距離,都是很遠的距離了,這種情況下紅移測距法,應該是比較常用的。

經過觀察發現宇宙中的天體存在普遍紅移的現象,普遍紅移推導出來宇宙是一直在膨脹的,這就是宇宙膨脹理論。

宇宙在膨脹,而且宇宙每個地方的膨脹速度都一樣。

距離地球越遠的地方,遠離我們的速度越快,紅移也越快。

由於膨脹速度到處一樣,所以天體遠離地球的速度和與地球的距離,就有一定的關係。

因為上面的原因,天體遠離地球的速度跟與地球地球之間的距離,可以最終畫出來一條距離和紅移度的曲線。

然後測量天體在一個時間內的紅移度,就可以直接計算出來距離。


指尖科技說


天文學上測量星星之間距離的方法很多,這裡簡單介紹比較常見的幾種方法。

1,三角視差法,這個方法是以地球、太陽和要測量的星星為三個頂點的三角形,一般的以半年的週期測量,因為這時的視角差最大,有時也用週年視差測定距離,這裡涉及到的公式術語就不介紹了。


2,由於有的恆星極其遙遠,視差非常小,這時就不能用三角視差法了,只能根據測量星星的光譜去確定那顆星星的光度,光度可以對應絕對星等,然後通過觀察到的視星等比較得到星星的距離,這叫分光視差法。

3,對於遙遠的移動星團,也可以根據它們的移動速度來確定距離,這裡有一個侷限性,那就是移動星團必須假定為同向、等速等限制,可以想象真正符合標準的星團一定是少之又少的。

以上三種方法雖然一個比一個測量的距離更遠,但無論再遠也必須在銀河系內,出了銀河系,都不管用了。

4,在物理學中,光度、亮度和距離存在著關係,光度指的是星星發光的本領,亮度是星星的視星等,這裡引進就造父變星,造父變星指星星有的有光變週期,因為光變週期和光度的關係,就能求出距離來。

不過以上介紹的幾種方法的中間星星的距離,就要用統計方法和間接方法來解決了。

5,其實最有效的方法就是根據天體發射光的紅移來計算,因為都在運動,那麼距離就會變化,變化就產生了光的譜線紅移,譜線紅移和距離存在著比例關係。

當然還有其它方法來測量,今後還會找到或者發現更多更好的測量方法,這裡就不一一介紹了,歡迎評論區留言評論。


詩人的眼睛83314


這個問題的實質就是人類如何測量宇宙天體距離地球的距離。目前人類對於測量地球到宇宙其他天體的距離並沒有很精確地結果,受限於觀測技術和天體距離太過遙遠的影響,其測得的結果也有很大的誤差。

天文測距的方法對應不同距離的天體有不同的方法,銀河系內的恆星的測距一般使用三角視差法,類似於打仗時拿大拇指測量距離,通過張角大小,最終可以得出恆星的距離。這種方法一般適用較近距離的天體。

再遠的天體就用分光視差法,也叫比較亮度法。每顆恆星有它本身的亮度,這個亮度是恆星真實的發光能力。但我們從地球上看到的不是恆星的真實亮度,而是視亮度。一顆星星的視亮度既與它的真實亮度有關,也與它同觀測者的距離有關。因此,在距離、視亮度和真實亮度之間,知道了其中的兩個,就可以求出第三個的數值。

對於十分遙遠的恆星或星雲,當我們無法得出視亮度,簡單說就是我們肉眼看不見,天文學家又找到了造父變星作為標準。由於造父變星的周光關係很有規律,造父變星的光變週期與它們的真實亮度有聯繫:光變週期越長,亮度就越大。由於造父變星的光度都很大,它們好像是宇宙中特殊的指路燈塔,因此光變週期成為了計算變星距離的理想手段。

現在普遍採用美國天文學家埃德溫•哈勃建立的光譜紅移法進行天體距離測量。當光源遠離觀測者時,接受到的光波頻率比其固有頻率低,即向紅端偏移,這種現象稱為“紅移”。星系距我們越遠,紅移就越大。結合哈勃常數就可以測量宇宙中遙遠天體的距離。

總之人們還在不斷研究新的觀測方法,但都有一個基礎就是利用天體的亮度進行測量,這些亮度都依賴於光亮等級,所以光年自然就成為了天文學距離單位。


路前的燈


必需由科學家解釋這個問題,科家家大都在外國,外國小孩都知道,想知逼上外國留學。我們這有專家,有祖傳密方,有很多傳統技術,比如諸葛亮的木牛流馬,孔明燈等技術!中華傳統文化。


開心果52105317


用一個不完善的理論做基礎推論,經過測量計算來的。但是理論基礎不完善造成結果不一定正確。


焰火549


通過光譜紅移對比出來的。


光量子宇宙



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