那千万光年的距离，天文学家咋测的？
很多人对天文学家们的工作怀有偏见，认为他们的工作有时候跟猜谜语差不多，今天说某恒星距离我们100万光年，过一久可能又会说，这颗恒星其实距离我们130万光年。
想想也是，连每秒30万千米的光都要跑几百年，怎么这么容易就被你给测出来了？
对天文学的这种偏见，如果你现在依然存在，那么现在，等你了解到他们测量距离时所使用的精妙办法后，也许你马上就会放下偏见，并有可能对天文感兴趣。
一个聋哑人
放眼望去，夜空中的星星貌似都是一样的，其实不然，眼见为实这句话有时候是靠不住的，而这主要是因为我们的肉眼还不够强悍。天天对着深空观察的天文学家告诉我们，星星们各有各的性格和脾气，有的经常打嗝，有的偶尔搞喷射，有的正犯更年期……反正，它们就是从来没消停过。宇宙多姿多彩，奇妙无比，波澜壮阔非我们所能想象。
过去的人，也许是没有了各种诸如社交网络的诱惑和干扰，似乎要比我们厉害得多，这不，有一个人，刚到21岁就混得了一个头衔——天文学家！而且，人家还是一聋哑人。
这个聋哑人，就是英国天文学家古德利克，他一出生就听不见任何声音，这便是聋了。虽然其嗓子完美无缺，可因为听不见别人说话，所以也就无从教他说话，这便是哑了。哑比聋好，因为哑不会演变成聋，但聋却会再次造成哑。
说完古德利克，我们再来介绍一颗星——英仙座β星，中文名叫大陵五。大陵五这颗星有一个特点，就是亮度会变，没几天，亮度就变暗了，过不久，又重新变亮。古人认为，恒星都应该是恒定不变的，像大陵五这种变来变去的家伙，太可怕了，所以希腊人把大陵五称为”妖魔星”，并在神话故事里，把它当作女妖怪美杜莎的化身，美杜莎女妖怪的头发都是一条一条的小蛇，并且谁看了她都会变成石头。
传说中的大陵五似乎很可怕，但古德利克不怕，他常常在冬夜静寂的野外独自观察这颗魔星，并在他18岁时提出一个观点，他认为，大陵五之所以会发生亮度变化，这是因为，大陵五与一颗暗星组成了一个双星系统，两颗星绕共同质心运动，当暗星挡住大陵五的光时，大陵五就会变暗，就这么简单。现在，我们知道，古德利克是完全正确的，而他早在1782年就做出如此天才的发现，非常了不起。
造父变星
古德利克研究这种亮度变化的星上了瘾，随后，他又发现了一种变星，这便是仙王座δ星，中文名“造父一”，他又一次正确地指出，造父一之所以亮度变化，不是因为双星掩食，而是其本身的光度在不断变化。后来，人们把这种自身光度不断变化的星统称为造父变星。而咱们熟悉的北极星也是一颗造父变星。
正当古德利克准备对变星作进一步研究，大展宏图之时，病魔夺去了他的生命，享年21岁多。
话说，造父变星这种星，其明暗变化很有规律，拿造父一来说，它从最暗变到最亮，再从最亮变到最暗，这一个光变周期，耗时5天8小时47分28秒，不用怀疑，之所以精确到秒，是因为光度的变化很容易测出来。
不同的造父变星有不同的光变周期，而对于那些长周期造父变星(也叫经典造父变星），其光变周期一般在1天至50天内。
咱们本来说天文学上的测距，现在扯造父变星干嘛呢？因为，造父变星后面隐藏着一个大秘密！正是对这个秘密有所窥探，才造就了哈勃后来的丰功伟绩，这是个什么秘密呢？又是谁第一个发现了它？
又一个聋哑人
此人就是美国的天文学家亨丽爱塔·勒维特，很奇怪，她也是一位聋哑人。从1893年起她就在哈佛大学天文台，主要工作就是看感光照片上的那些星星，并按亮度给它们分类排序。据说勒维特一开始是作为志愿者干这个枯燥的工作，但后来的工钱是每小时25美分。
经过多年观察，勒维特于1908年发现，小麦哲伦云中的25颗造父变星呈现出这样一个规律：造父变星的光变周期越长，视星等就越小，恒星视星等越小，看上去就越亮。
这个规律的意思是，如果一颗星，它从最暗变到最亮，再从最亮变成最暗，这个时间跨度越长，那么，这颗星从地球上看去就越亮。
可以说，这是一个很容易发现的发现，但却是一个伟大的发现。
那么，勒维特的这个伟大发现到底有什么用呢？没什么用，因为恒星的亮度跟距离有关系，月球看上去比北极星亮多了，但月球真实的发光能力有北极星强吗？所以，光知道视星等没啥用，恒星真实的发光能力——绝对星等，才是最重要的。
但是别急，小麦哲伦星云距离我们很是遥远，大约20万光年，于是我们可以忽略小麦哲伦星云中众恒星间的距离，可以看作，那里的亿万恒星与地球的距离都是一样一样的。这就好比，在月球上有十几座临近的山，虽然这十几座山互有间距，但我们依然可以说，月球上这十几座山与地球的距离是一样的，这个，你没意见吧？
既然，在小麦哲伦星云中的那25颗造父变星与地球的距离是一样的，而且观察到其光变周期越大，肉眼看上去就会越亮，那这等于是在告诉我们：光变周期越大，恒星的绝对亮度就越大，因为距离已经恒定。
这个发现很重要，恒星的绝对亮度类似于电灯泡的瓦数，瓦数越大，电灯泡越亮。想象一下，甭管是距离我们1光年，还是1000万光年，只要观察恒星的光变周期，就能轻易地知道这颗恒星真实的发光能力，这太帅了。
假设3光年处，某造父变星的光变周期是3天8小时2分38秒，而500万光年处，观察到某恒星的光变周期也是3天8小时2分38秒，那么，就几乎可以认为，这两颗星虽然距离不一样，但它们的绝对亮度是一样的。
试想，夜里，已知1个灯泡与我们的距离是5米，功率是100瓦，现在还可以用光度计轻易地测出灯泡的视星等（就是肉眼看去，灯泡有多亮）。现在，把这个灯泡移至另一个更远的未知位置，此时，我们仍然能知道两个量，一是灯泡的功率还是100瓦（因为光变周期一样），二是其视星等也可以轻易求出。
只要知道这两个量，就可以利用一个数学式求出此刻的灯泡距离我们有多远了。这很容易理解，因为距离越远，亮度就越小，亮度与距离有一个数学关系式。
当然，用造父变星去测量天体的距离，还需要做一些“琐碎”的工作，比如“零点标定”等问题，但是，这些繁琐的细节交给天文学家们去做就好了，我们只要明白：你平时看到的哪些动辄几百万光年的天文距离，这些大数据的得出不是天文学家们拍脑子估计的，而是通过严密的数学求出的，这就够了。
科学的美妙之处就在于，一个红苹果高高在上，无论怎么跳也够不着，但是如果使用科学的方法和思维后，拐几道弯，那个红苹果就被拿下了。
用造父变星来计算距离很酷，只要去测量它的光变周期就行了，而测量光变周期那是相当的容易，而且很精确，能精确到秒。
很多河外星系离我们都很遥远，动辄几千万光年，这样的距离，用普通方法是不可能测出来的。这时，我们只要能找到星系中某颗造父变星，测出其光变周期，从而求出恒星的距离，继而也就测出了星系与我们的距离。所以，对于天文学家们来说，造父变星有时候就是他们的最后一根救命稻草。
正因此，天文学家们对造父变星十分垂爱，爱到想亲切地称呼它为：量天尺！
- 发表于 2014-10-28 00:00
- 阅读 ( 568 )
- 分类：其他类型
