我們在看一些科普讀物或者某些天文視頻時，經常見到這樣一種說法，說某個星系距離我們有多少光年遠，多少光年以外又發生了什麼奇特的天文現象，宇宙正在加速膨脹等。但是大家有沒有想過，這個距離是怎麼知道的呢？難道真有尺子可以測量出來？哎，還別說，宇宙中還真有這樣的“量天尺”。且聽我慢慢道來。
仙女座星系
宇宙加速膨脹
時間回到20世紀初，美國天文學家勒維特在小麥哲倫星雲中發現了二十五顆奇怪的星星：它們的亮度呈週期性的變化，且週期越長，亮度越大。由於小麥哲倫星雲相對較小，且位於銀河系以外，距離我們十分遙遠，因此，可以認為這二十五顆變星與我們的距離是相同的。這是一個十分驚人的發現，因為這意味著這是一類在宇宙中普遍存在的亮度與週期長度存在確定關係的天體。因此，理論上講，只要找到此類星體，測得該星體亮度變化的週期長度，就可以通過該星體的觀測亮度得知其與我們的實際距離。這在天文學上是十分有用的，因此這種天體被劃歸為一類。由於中國古代天文學中的“造父一”是這樣一顆恆星，因此這類恆星被統稱為“造父變星”，也被譽為“量天尺”。
造父變星示意圖
關於造父變星的形成原因，目前最普遍為人接受的說法是在恆星演化的中後期某個時間段，恆星會由於內部輻射壓力和引力不平衡而出現失衡現象。簡言之，恆星內部核反應劇烈，會導致內部輻射壓力增加，大於恆星引力，導致其體積膨脹。膨脹之後恆星表層的密度就會減小，輻射通過性就會增加。這時內部的輻射能就可以釋放出去了。因此，表層所受的輻射壓力就會減小，引力就會佔據優勢，恆星便又開始收縮。收縮後恆星表層密度又會增加，輻射通過性又會減小，輻射壓力又佔據了優勢，恆星又開始膨脹。正是這樣週而復始的活動為我們提供了一個測量距離的天然尺子。
不過造父變星也有其侷限性。主要就是其亮度太小了，小到只在銀河系及其附近適用。如果需要測量更遠的距離，就需要另一種天體--Ia型超新星出馬了。
Ia型超新星示意圖
Ia型超新星
Ia型超新星，是一種奇特的雙星系統因為某種原因發生超新星爆發的星體。說它奇特，是因為雙星中的一顆為白矮星，另一顆為主序星或者巨星。白矮星從其伴星吸取物質增加自身重量，當總質量達到1.4倍太陽質量的時候，將再次引發核聚變。由於爆發時其質量總是太陽的1.4倍，因此其亮度也是基本一樣的。Ia型超新星的亮度大約為3000000000個太陽的亮度。不要懷疑，我沒有手抖多按了幾個0。
如圖，單顆恆星超新星爆發與數千億顆恆星組成的星系進行對比，超新星爆發時亮度有時會超過整個星系！
正是由於Ia型超新星超高的亮度和超強的準確性，使得我們可以利用它測得更遙遠的距離。科學家們正是根據這些宇宙中的“標準燭光”來逐步發現宇宙的奧秘的。
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