当我们抬头仰望星空时,最直观的感受肯定是感叹星空的璀璨,但那些被我们肉眼看见的光亮,可能来自几百甚至上千光年之外。
光年并不是时间,而是一个长度单位。光是宇宙中运动速度最快的物质,而光年指的是使用速度上限运动一年所达到的距离,这个距离十分遥远,1光年大约有9.46兆公里。
只有在测量非常遥远、长度很长的距离时,人们才会使用这个单位,而宇宙就是如此浩瀚的存在,同时,它还在加速膨胀中,地球会与其他天体离得越来越远。
但是我们大部分人连地球都没有走出去,就连上个世纪科学家造出来的探测器,到现在也没有任何一个成功飞出太阳系,我们到底是如何计算天体与天体之间的距离,甚至丈量整个宇宙的呢?
用数学观测星系
这就不得不提到被天文学界尊称为星系天文学之父的爱德温·鲍威尔·哈勃(Edwin Powell Hubble),或许你对爱德温这个名字或这个人并不了解,但你肯定听说过哈勃太空望远镜。这架为人类带来大量宇宙信息的望远镜,正是以他的名字命名。
爱德温不仅是星系天文学的创始人,也是观测宇宙学的开拓者,他研究发现的哈勃–勒梅特定律,被认为是宇宙膨胀的强有力证据,也为天文学家计算星体的远离速度提供计算公式。
这个定律被认为是宇宙膨胀理论的基础,可以根据以下公式,计算出星系的远离速率,而公式中的D正是星系与观测者之间的距离。
说来说去,D的数值还是一个未知数,到底要怎么测量二者之间的距离呢?
用简单原理测量距离
答案其实非常简单,现在,请你伸直手并竖起大拇指,接下来请先捂住你的左眼观察自己的大拇指,然后再换成捂住右眼,用左眼再看大拇指,这个时候大拇指在你看来好像移动了位置,但其实你知道,你并没有移动自己的手,这就是三角视差。
当你理解了这个原理之后,就能轻松弄懂三角视差法——一种测量天体间距离最常见的方法是怎么一回事了。
从专业的角度解释,三角视差法就是在利用不同视点对同一物体的视差来测定距离。
当观测者分别从两个视点观测同一个物体时,两条视线与两个点之间的连线可以形成一个等腰三角形,根据这个三角形顶角的大小,就可以知道这个三角形的高,也就是物体距观察者的距离。
对于地球上的观测者来说,要想从两个视点观察同一个天体,靠的可不是自己在地球上走来走去,而是观察6个月内星体移动的位置。
6个月的时间,地球正好绕太阳轨道旋转半周,这样,两个视点之间的距离将会达到地球轨道的直径,就能够运用三角视差法求得星体的距离了。
要是距离太远可怎么办?
不过,这种方法通常是用在测算银河系内的天体距离,那些在银河系之外的天体,就算地球移动了6个月,这点距离对于它们来说也太微不足道了,银河系外的天体该怎么测量?
三角视差法不管用了,天文学家还有标注烛光法,这个方法使用的前提是知道天体的亮度,只要在宇宙中有一个“标准烛光”,天文学家就能通过亮度的对比计算出距离的远近。
比如Ia型超新星,它就是天文学家测算距离时经常使用的一个“标准烛光”。
现在,天文学家利用这些公式以及先进仪器观测得到的数据,可以轻松测算出天体之间的距离以及它们远离的速度,就算天文学家没有坐上飞行器,站在地球上就可以算出天体之间的距离了。