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天体距离的测定

作者|吴霞辉

审核|黄坚

编辑|贺柏翔

 

 

迢迢牵牛星,皎皎河汉女。

纤纤擢素手,札札弄机杼。

终日不成章,泣涕零如雨;

河汉清且浅,相去复几许!

盈盈一水间,脉脉不得语。

 

之前小星为大家讲解了《迢迢牵牛星》这首诗中所蕴涵的夏季大三角以及“日”的知识,今天我们再来聊一聊“河汉清且浅,想去复几许”,在地球上,我们仰望星空,看到的银河并不是很宽,那么银河中这些天体的实际距离又是多少呢?也和我们看到的一样吗?答案是否定的。我们在生活中可以用刻度尺,还有一些工具来测定距离,那么遥不可及的天体,它们之间的距离又该怎么判断呢?

 

    月球距离我们相对近些,我们可以用激光照射月球,通过接收它反射回来的光,来计算地月之间的距离。这样,记录下发射激光与接收反射光之间的时间,将它乘以光速,再除以2,就得到了月球到地球的距离。

 

但对于更远的天体,我们该怎么测定距离呢?下面小星介绍几个在天文观测中常用的方法:

 

三角视差法

最早用三角视差法测量出恒星距离的是德国天文学家贝塞尔,他通过对天鹅座61的仔细观测,于1838年公布其观测结果:天鹅座61的三角视差为0.3136角秒,并以此估算出它的距离为10.4光年(今值11.4光年)。

 

在天文学上,观察者在地球上,以较远的星空为背景,观察一颗较近的恒星。由于地球位置的变动,地球上的观察者所见的较近的恒星相对于较远的星空的位置就有了偏移,这就形成了“视差”。

 

天体距离的测定

三角视差法(图片来源于网络)

 

三角视差法是把被测的那个天体置于一个特大三角形的顶点,地球绕太阳公转的轨道直径的两端是这个三角形的另外二个顶点,通过测量地球到那个天体的视角,再用到已知的地球绕太阳公转轨道的直径,依靠三角公式就能推算出那个天体到我们的距离了。

 

天体距离的测定

恒星三角视差法测量距离原理图(图片来源ESA/ATG medialab)

 

光谱视差法

当天体距离更为遥远时,三角视差法不再适用,这就要靠光谱视差法来量天体间的距离。在天文学上恒星的亮度一般用星等来表示,直接测量到的天体亮度被称为视星等,而把天体置于10秒差距的距离处所得到的视星等称为绝对星等,它能反映天体的发光本领。如果我们观测到了恒星的光谱,可以知道一些类型恒星的绝对星等,就可以利用光谱视差法来获得这些恒星的距离。

 

星群视差法

移动星团中的恒星都具有相同的空间速度。由于透视作用,它们自行会聚于天球上一点或从某点向外发散,该点称为“辐射点”。知道辐射点的位置,并观察测得n个星的自行速度u和视向速度v,则可以求出该星团的平均周年视差。

 

主星序重叠法

该方法基于恒星的赫罗图,认为所有主序星都具有相同的性质,同一光谱型的主序星都具有相同的绝对星等。把待测星团的赫罗图同太阳附近恒星的赫罗图相比较,使两个图的主星序相重叠。根据纵坐标读数之差即星团的主序星的视星等与绝对星等之差,便可求出星团的距离.也可将待测星团的主星序与已知距离的比较星团的主星序加以比较,得出两者相对距离。

 

天体距离的测定

赫罗图(图片来源于网络)

 

变星测距法

利用天琴座RR变星测定距离.这类星的特点是光变周期长短不同,而它们的光度相同,绝对星等为+0.6左右.因此,先通过观测定出它们的视星等m,将m与绝对星等M 比较,便可确定含有这类变星的星团距离。这类变星光度大,是相当理想的“距离指示器”。

 

天体距离的测定

周光关系(图片来源于网络)

 

造父变星的光变周期长,它们的光度和光变周期之间有一种确定的关系——周光关系,即光度越大,光变周期越长。

 

谱线红移和哈勃定律

观察表明,河外星系的谱线都有红移现象,而且红移量z与距离成正比,存在哈勃关系。因此只要测出红移量,便可求出河外星系的距离。

 

天体距离的测定

谱线红移现象(图片来源于网络)

 

参考资料:

1.天体间的距离如何测量,微信,https://mp.weixin.qq.com/s?src=11&timestamp=1589708277&ver=2344&signature=p0kH9NpdtGCiHLCTNUodXjnrYle2ywbu-5-Pc6RDKOsGKv90YbTGxHMVB29-JlP*TZRjNbTf7ecF3w-84GbvKxfxpBBbpzoaZ*3eJ1Jkt3UpGnPrfEPL1JOc5PBXJRYb&new=1

2. 天体距离的测量,知乎,https://www.zhihu.com/tardis/sogou/art/33445584

 

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原文始发于微信公众号(星明天文台):天体距离的测定

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