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文章出處：想知道星星離我多遠，怎麼測？

許多人都對天文學著迷，因為它每天都和壯麗的宇宙打交道，
動不動就是百億光年外的奇特現象，真是酷極了！但是有個問題你想過沒？
宇宙這麼浩瀚，除了咱們的鄰居月球，人類壓根就沒有親身探訪過別的天體，
天文學家是怎麼知道一個天體的距離的呢？

大多數人都知道的一個方法是電磁波反射法，
比如科學家們對著月球發射一束激光，兩秒多以後，就能收到從月球表面反射回來的激光。
通過計算激光往返過程所走的距離，就能推測出月球離我們有多遠。
但是大家不知道的是，這個方法只能測量離我們最近的天體，
對於稍微遠一點的天體，它就不適用了。
比如離我們太陽系最近的恆星也在四點幾光年開外，
發射一束激光來回就需要八九年，顯然利用激光反射已經不靠譜了。這個時候怎麼辦呢？

天文學家還有一個方法，叫“三角視差法”。
它的原理很簡單：比如咱們坐火車時，離我們近的風景總是呼嘯而過，
而遠方的風景移動得就特別緩慢。這個在科學上叫視差。
而地球呢，每時每刻都在繞著太陽轉，當我們看地球外的天體時，
我們的感覺也是一樣的，離得近的天體移動得快，遠的慢。
通過這個快慢的差距和距離的關係，天文學家們就能計算出一個天體相對我們的距離。


那存不存在這種可能，就是某個天體離我們太遠了，我們根本感覺不到它在動呢？
當然是有可能的，而且那些距離在一百多光年以外的恆星，連儀器也測不出來它們的移動。
這個時候，就要採取另一個方法了——通過亮度計算。
這時，天文學家們就得知道一顆星星的真實亮度，然後再比較它們實際的亮度，
通過這個差值來計算星星離我們的距離。那麼怎麼知道星星的真實亮度呢？
依靠剛才提到的視差就可以了。
通過分析離我們近的恆星的性質，
科學家們發現，
大多數恆星的顏色和亮度是有特定的關係的，而恆星的顏色是不會隨著距離改變的。
因此只要假定這樣一個亮度顏色的關係對遙遠的恆星也適用，
天文學家就能通過比較它們的顏色來推測更遙遠恆星的真實亮度了，
從而就能計算出它們的真實距離。


利用剛才的方法，還是只能測量銀河系及其附近幾個星系中天體的距離，
對於再遠一點的天體，普通亮度的恆星也看不見了，那又該怎麼辦呢？
參照上一個方法，想辦法知道它的亮度就可以了。
天文學家們發現，有一類超級亮的恆星，叫做造父變星。
它們的亮度在更遠的距離上也能觀測到，而且，它們的亮度是周期性變化的，
造父變星越亮，亮度變化的周期就越長。
這樣一來，科學家們只要測量出它亮度的變化週期，就能推斷出它的真實亮度。
知道了它的真實亮度之後，我們可能還沒法知道它所在星系所有星星離我們的距離，
但是​​至少，我們就可以通過上一個方法計算出這個星系大概離我們多遠了。


接下來你肯定要繼續問，如果一個星系遙遠得連造父變星也看不到，
那該怎麼知道它的距離呢？沒關係，我們還有更亮的天體，那就是超新星，
一顆超新星爆炸時的亮度幾乎等於整個星系，小半個宇宙都能看得到它們。
天文學家們發現，有一類超新星很可愛，
它們爆炸時最大的亮度總是恆定的，就像一個給定了功率的燈泡一樣。
因此，天文學家們只要分析光譜確認出這些特殊的超新星，
就能知道它們的最大亮度是多少，從而它們所在的星系距離我們多遠就能推斷出來了。

說到這，你可能會覺得，這是不是太麻煩了啊？就沒有直接一點的方法嗎？
當然有，那就是著名的哈勃定律。
哈勃通過分析已經確定距離的超新星之後發現，
離我們越遠的星系，它們的顏色就越紅，這就是著名的哈勃定律。
它實際上反應的是我們宇宙在膨脹這樣一件事情。
離我們越遠的星系，遠離我們的速度也越快，
它發出光的顏色也就因此而被拉長而顯得更紅。
因此，只要查看一個遙遠星系相對近一點的星系變紅了多少，就能推算出它的真實距離。
通過哈勃定律，人們幾乎已經可以探測到宇宙的邊緣了。

現在你可能覺得我在逗你，明明有簡單的哈勃定律就能探測到宇宙的邊緣，
為什麼還要跟我扯這麼多視差、亮度的方法呢？
因為即使是看似神通廣大的哈勃定律，它的原理也和我們提到的方法一樣簡單。
而且就是以視差、亮度這些簡單的方法為基礎，
再通過一代代人不斷的分析研究和補充，才總結出來的。
所以不要以為科學原理多高深，根本上都是一步一個腳印罷了。


本文源自：新浪科技（宇宙的距離階梯：我們是如何測量浩瀚宇宙的大小）
稿：李程遠 澳大利亞麥考瑞大學學者
來源:得到

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主旨：
1. 電磁波反射法
　比如科學家們對著月球發射一束激光，兩秒多以後，

　就能收到從月球表面反射回來的激光。
　但對於稍微遠一點的天體，它就不適用了。
2. 三角視差法
　離得近的天體移動得快，遠的慢。
　通過這個快慢的差距和距離的關係，天文學家們就能計算出一個天體相對我們的距離。
3. 通過亮度計算
　科學家們發現，大多數恆星的顏色和亮度是有特定的關係的，
　而恆星的顏色是不會隨著距離改變的。
　因此只要假定這樣一個亮度顏色的關係對遙遠的恆星也適用，
　天文學家就能通過比較它們的顏色來推測更遙遠恆星的真實亮度了，
　從而就能計算出它們的真實距離。
　例如：有一類超級亮的恆星，叫做造父變星。
　造父變星越亮，亮度變化的周期就越長。
　這樣一來，科學家們只要測量出它亮度的變化週期，就能推斷出它的真實亮度。
　知道了它的真實亮度之後，我們可能還沒法知道它所在星系所有星星離我們的距離，
　但是​​至少，我們就可以通過上一個方法計算出這個星系大概離我們多遠了。
4. 哈勃定律(紅移)
　哈勃通過分析已經確定距離的超新星之後發現，
　離我們越遠的星系，它們的顏色就越紅，這就是著名的哈勃定律。
　離我們越遠的星系，遠離我們的速度也越快，
　它發出光的顏色也就因此而被拉長而顯得更紅。
　因此，只要查看一個遙遠星系相對近一點的星系變紅了多少，就能推算出它的真實距離。
即使是看似神通廣大的哈勃定律，它的原理也和我們提到的方法一樣簡單。
而且就是以視差、亮度這些簡單的方法為基礎，
再通過一代代人不斷的分析研究和補充，才總結出來的。
所以不要以為科學原理多高深，根本上都是一步一個腳印罷了。