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太阳和星星距离怎么测量?
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太阳和星星距离怎么测量?

2020-07-10 13:04 主页 来源:未知
太阳和星星距离怎么测量?



测距这是一个由来已久的话题,从古代的记里鼓车道现代的激光测距,时代在进步,它的本质并没有变,一个记录轮子滚过的距离,另一个则记录光跨越距离的时间,计算出与目标之间的距离,但有一个问题,如何测出星星的距离?
 
 
 
日地距离测量?
日地距离测量似乎是一件很简单的事情?你想得没错,太阳天天见,我们只要在地球上找两个距离相隔最远、能同时看到太阳地方,然后确定两点间距离,同时测量太阳的视角,根据三角函数即可计算出太阳的距离,事实上这个方法可行,但由于底边太小导致测量出来的角度几近误差,导致整个距离非常不准(大约在公元前一世纪的《周髀算经》就介绍了这个方法)。
 
近代对于日地距离的测量五花八门,但精度不一而足,最精确的测量方法是1726年哈雷就提出的:不同地点观测金星凌日来测量日地距离的方法。
 
 
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这里借用火星菌的图说明下(请火星菌原谅),当然这需要精确的观测资料,1769 年5月23日,在欧洲天文学家与在塔希提岛的库克船长合作观测下,得到了精确的观测资料,1771年,法国天文学家拉朗德(Lalande)根据这次精确的观测资料,计算出日地距离约为 1.52~1.54亿千米,跟现代测量的平均距离149597870千米非常接近,误差不到3%。
 
 
 
现代天文测量日地距离则是在东西大距时用雷达测得与金星的准确距离,再通过三角函数计算出日地距离(太阳表面都是等离子体,而且都是全频带干扰,因此无法用雷达测距)。
 
太阳系行星距离测量
距离不远的行星都可参考现代测距方式,雷达,这个很简单,计算发射与回波距离即可,根据多普勒频移修正一下,基本可以做到非常精确。
 
 
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距离比较远的外行星,因为有了日地距离的准确数值,那么可以观测行星的公转,再通过据开普勒定律:任意两个天体与太阳距离之比的立方等于公转周期之比的平方,地球的距离已知,地球的公转轨道直径已知,那么天体与太阳的距离也能被计算出来。
 
太阳系外的恒星距离测量
知道了日地之间的距离,那么可以用它来做很多事情,至少不那么遥远的天体都可以通过这个方式测量出来,其实也很简单,就是计算三角函数,看图便可知:
 
 
 
不过当天体超过300光年后,误差会越来越大,因为这个夹角几近平行,因此更遥远的天体就没法用这个方式了。
 
主序恒星光谱测量法
这个适合在主序阶段恒星光谱测量,主序星是燃烧氢元素为主阶段的恒星,它的光度与质量以及距离有着严格的对应关系,因此只要测量目标恒星的光谱即可根这个关系得出它的绝对星等,继而计算出它的视星等,根据视星等与绝对星等之间的距离关系也就知道了它的距离。
 
 
 
当然这个测距需要我们对恒星大量研究后得出的赫罗图,也需要绝对星等和视星等之间转换的公式,都是建立在前人栽树的基础上的。
 
 
 
造父变星距离测量与Ia超新星距离测量
造父变星的的光变周期与它的光度成正比,因此可以用来测量恒星或者星系之间的距离。造父变星这个名字的来历是仙王座δ星,1784年时被约翰·古德利克确定是一颗变星,而中文名造父一则成了这一类恒星的名词。当然造父变星类型有很多,应用时也必须适合变星的类型。
 
 
 
船尾座RS是银河系中最亮的造父变星之一,照片由哈勃空间望远镜拍摄。
 
另外Ia型超新星也是常用距离测量方法,大多Ia型超新星是白白矮星吞噬了伴星的物质超过钱德拉塞卡极限时出现简并核失控核聚变,短时间内释放月10^44J的能量,远超白矮星的引力结合能,因此在爆发后白矮星消失,彻底成为弥漫星云。
 
 
 
它这个爆发时光度非常标准这个特性被用来测距,只要遥远的某个星系Ia型超新星爆发,那么它的距离就确定了
 
 
 
比较值得一提的是1998年,两个团队就通过遥远星系的Ia型超新星爆发,得出了宇宙正在加速膨胀的结论,因为根据现代宇宙膨胀的哈勃常数,感测得到的似乎要比计算值遥远10%-15%,两个团队一起获得了2011年的诺贝尔物理奖。
 
通过红移值推算遥远星系的距离
这个是建立在准确测得哈勃常数的基础上,比如普朗克卫星测量得到的哈勃常数约为67.15千米/秒/百万秒差距,那么宇宙将在145.6亿光年外超过光速,而从地球到146.5亿光年的位置上膨胀速度都不一样,因此可以根据这些速度产生的红移推算出星系所在的距离,只能大致确定,并不是特别精确,可能误差达上千万光年甚至更多。