首先呢,让我们试着体会一下宇宙的巨大吧!请你将一枚一元钱的硬币放到手中,假设它就是太阳好了。那么呢,另一枚硬币——代表距离我们太阳最近的恒星—比邻星的一枚硬币就应该在约560千米之外了。如果你在西安,那么这枚硬币就应该在湖北省的孝感市了!是不是很意外啊!其实呢,这还只是距离太阳最近的一颗恒星而已,若你还想再往宇宙深处探索,这个距离就已经无法想象了!
为了研究如此巨大的宇宙空间,科学家们发展出一整套“天才”的工具和手段,不仅仅用于计算地球到太阳系内其他天体的距离,也能够测算恒星之间甚至星系之间的距离或整个宇宙的大小!测量这些的手段被称为“宇宙距离阶梯”,相当于人类测量宇宙空间的“量天尺”。
我们可以通过直接向近距行星表面发射无线电波并接收反射回来的信号,比如金星和火星。并测量信号往返所需时间。这样就可以给出比较精确的距离数值。但是,利用射电望远镜去给太阳系外的天体测距就有点不好了!大家都知道,电磁波以光速前进,而系外天体最少都在数光年外,想要依靠这个方法,显得就不行了。所以,我们需要使用第二把“量天尺”:“三角视差方法”
此方法与我们通过两只眼睛的观测差异进行距离判断的原理一样。不过不同点在于是使用不同的感受器不是眼睛而是天文望远镜。
第三把“量天尺”是主序拟合法。天文学研究证明,随着时间的推移,恒星的颜色会逐渐变得更红。通过对这些恒星颜色和亮度的精确测定,并将这些恒星与那些距离较近并使用第二把“量天尺”测定过这种办法距离的主序星进行对比,通过这种办法,我们获得第三把“量天尺”,利用它来测量更加遥远的恒星距离。
第三把“量天尺”的使用是有前提的。即那些质量相似年龄相仿的恒星。若它们的距离相同,那么它们的亮度也应该是一样的,还好科学家还有第四把“量天尺”——造父变星与宇宙标准烛光
也就是说,造父变星的光变周期与其光度之间存在关联,而且其光变周期越长,光度越大。因为科学家们可以相对容易地测定光变周期,这样他们就可以获得这颗恒星的真实亮度数据。于是,只要观察一颗造父变星的亮度,结合亮度与距离的关系,我们就能计算出它们实际的距离。
若我们对一个一百光年以外的类星体进行测量,第四把“量天尺”也就失效了,因为这个尺度下,我们已经不可能看见单独的恒星了,更别提测量它的亮度了。那我们还有办法吗?答案是有的,这就是我们的“大招”,第五把“量天尺”——“哈勃”红移测量。
目前,我们所了解到的任何宇宙空间,都源于我们使用的这些大小不同的“量天尺”。正是由于科学家们的天才发明和不懈探索,我们对宇宙的尺度的了解才越来越深入。
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