科學家是如何在沒有真正穿梭宇宙的情況下測量宇宙中距離的?

Mrs_Ma


我們中許多人都知道,太陽大約在1.5億公里之外,這一距離被稱為“天文單位”(AU)。海王星是最遙遠的行星,距離太陽30 AU,約448億公里。旅行者2號太空船於1977年發射升空,兩年後才到達木星,但直到1989年才到達海王星。

最接近的恆星Alpha Centauri AB和Proxima Centauri大約相距相距約4.3光年(一光年是儒略年365.25天的行進距離,即9.461萬億公里)。銀河系由大約100,000光年寬的螺旋狀聚集成約3000億顆恆星組成。

在許多家用望遠鏡中都可以看到的仙女座星系距離我們有254萬光年。在可觀測的宇宙中有數千億個星系。截至目前,最遙遠的星系距離我們約有132億光年,因此它是在137.5億年前(正負0.011億)大爆炸之後不久形成的。

澳大利亞天體物理學家格林·劉易斯(Geraint Lewis)給出的一個例子也許可以最好地說明宇宙的範圍。他指出,如果整個銀河系由一個小硬幣(約一釐米寬)代表,那麼仙女座星系將是另一個小硬幣,距離約25釐米。然後,可觀察的宇宙將向各個方向延伸5公里(3英里),涵蓋約3000億個星系。

那麼天文學家如何弄清楚有多遠呢?他們怎麼知道行星,恆星,星系甚至可觀察到的宇宙的邊緣有多遠?都是騙人的嗎?

視差法

首先,有必要記住,通常不需要複雜的數學和技術即可至少獲得對天文距離的粗略估計。 Eratosthenes(276-196BC)通過比較當天中午在Syene(阿斯旺)和亞歷山大港的太陽角高度,測量出的地球的周長值與現代值僅差80公里。隨後,通過比較地球陰影的曲率半徑與月食期間的月球半徑,希帕基斯(Hipparchus,公元前160-125年)將距月球的距離確定為我們現代值的1%以內。從觀測到的比率可以推斷出月亮的大小,因為地球的大小已經從Eratosthenes的工作中得知,然後得出了它的距離。

現代使用的一種技術稱為視差,這是德國天文學家弗里德里希·威廉·貝塞爾(Friedrich Wilhelm Bessel)於1838年首次使用。視差並不複雜-實際上,您的眼睛會使用視差來產生對3D視覺的感知。如果您遮住一隻眼睛並注意附近物體的位置,與距離較遠的對象相比,當用另一隻眼睛觀看時,附近物體會“移動”,這是就是視差。天文學使用相同的原理。當地球繞其軌道繞著太陽行進時,相對較遠的“固定”恆星,相對較近的恆星會略微移動。在大多數情況下,這種運動非常微小,只有幾分之一秒的弧度,但是仍然可以對距離約1000光年的恆星進行相當精確的距離測量。

在我們的太陽系周圍以及在銀河系附近,天文學家使用三角學來獲得與物體的距離。他們在一年中的某一點測量天空中恆星的位置,然後在六個月後當地球位於太陽系的另一側時再次測量。恆星將在天空中移動很小的量,即視差。因為我們知道從地球軌道的一側到另一側的距離,所以我們可以計算角度,並計算到恆星的距離。

標準“蠟燭”法

我敢肯定,您會發現缺陷,如果距離太遠,恆星似乎根本不會移動,那麼這種方法就會不適用。 幸運的是,天文學家轉而採用了另一種方法,即觀察稱為造父變星的標準蠟燭。 這些造父變星是特殊的恆星,它們以已知的模式變暗和變亮。 如果您可以測量造父變星發出脈衝的速度,則可以計算出它的真實光度,從而計算出它的距離。

據信使用該方案確定的距離對於更近的星系來說精確到大約7%之內,對於最遠的星系來說準確到15%到20%。

超新星法

造父變星可以讓您測量到附近星系的距離。超過幾十兆秒,您需要另一個工具:超新星。在非常特殊的雙星系統中,一顆恆星死亡併成為白矮星,而另一顆恆星繼續生存。白矮星開始從伴侶恆星中獲取物質,直到它達到太陽質量的1.4倍。此時,它會爆炸為1A型超新星,產生爆炸,可以在整個宇宙的一半看到。由於這些恆星總是以完全相同的量爆炸,因此我們可以檢測到它們的距離,從而可以確定它們的絕對亮度。

哈勃常數法

在大尺度上,天文學家使用哈勃常數。這是埃德溫·哈勃(Edwin Hubble)發現的宇宙正在向四面八方膨脹。您看得越遠,離我們越快的星系越快。通過測量來自銀河系的光的紅移,您可以知道它離開我們的速度有多快,從而知道了它的近似距離。這個尺度的最末端是宇宙微波背景輻射,可觀察到的宇宙的邊緣,以及我們能看到多遠的極限。

宇宙距離階梯法

天文學家一直在尋找新型標準蠟燭,並發現了各種巧妙的距離測量方法。 他們測量了星系的聚集,來自恆星的微波輻射束以及紅色巨型恆星的表面,所有這些都是為了驗證宇宙距離階梯。 使用多個距離測量方案的一個優點是,從附近到非常遠的一段距離上都重疊,這是天文學家可以用多種方法校準和證實其測量結果。 因此,此類校準和確證為這些方案提供了額外的可靠性度量。

測量距離一直是天文學家破解的最棘手的問題之一,他們的解決方案絕對是巧妙的。 現在我們知道宇宙是由數十億個星系組成,其中大多數星系距離我們數百萬甚至數十億光年。


科技領航人


這個難度挺大的,學問挺嚴謹考究精密的。1.宇宙穹蒼星球體系有經度,緯度,高密等體系與格局,相互之間皆有聯繫,舉例子說明,如精密的機械鐘錶與精密齒輪系統,有恆星有科學定義上的行星,有參星格局,有昴星格局。有根據星球質量,公轉週期,計算推算一部分星球聯繫,距離,影響力等。但是有一點都有自己的運行移動星球軌道,星系軌道半徑,星宮層密高低等參差不一,精密有致,絕大多數精密影響合一,星球系統磁作用力等秩序井然有序。

2.感興趣上百度等學習一下,彆氣餒,多學一點、一條,總比 望天而生畏,茫茫浩瀚蒼穹星海,人生幾何,當高歌頌讚,謙虛殷勤心求索,終必有所收穫頗豐。

“一個仰望星空的民族是大有希望的”,名門名人名言。

這話包涵的內容有:高瞻遠矚,立足當前,腳踏實地,謙虛謹慎認真求索,勇往直前,永不停息,上行如登天,永攀高峰,低調低調謙虛駕駛人生,因為 天 外 有天,天看人做!!!等思想啟迪與覺悟。

同時,也使我們知道,星星不拖,月亮不拖,太陽踴躍奔馳,地球春播秋實,晝夜週而復始,一年又過了多半,珍惜時間,珍愛每一個過而不返的今生之大好今天!

謝謝您抬舉,有機會思想答君題非所問


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