宇宙中的距離都是怎麼測的？

真的是發射一束光然後等它反射，進而計算來的嗎？

光在宇宙中的傳播

這顯然是不可能的，宇宙中的距離動不動就是光年起步，1、2光年還能等，那銀河系的20萬光年，光去要花20萬年，回來還要花20萬年，加起來人類要等40萬年。

好家夥，等這個光回來，咱們人類還在不在地球都是一個問題。

那麼，我們看到的那些成百上千萬的光年距離，科學家們都是怎樣計算出來的？

銀河系的直徑再20萬光年

宇宙很大，但是不妨礙人類丈量它的大小，在古希臘時期，歐幾裡得就提出，利用金字塔的影子來測量金字塔的高度，後來這個實驗由泰勒斯完成。

這裡面涉及到的幾何原理是相似三角形，無獨有偶，古希臘的數學家埃拉托色尼，也是利用了三角形，計算出了地球的直徑。

如今，這個方式也被沿用到了天體距離的測量，那就是天文學上的三角視差測量法。

古希臘的數學家

地球、太陽、待測天體，這三個點可以組成一個三角形，其中，太陽到地球的距離是已知的，我們想要得到另外兩條邊的長度，還需要知道已知邊所對應的夾角。

如何得到這個夾角，成為了計算距離的關鍵。

這個時候以地球的一個半年為周期，測量出前後半年地球與該天體的視差夾角α。

萬事俱備隻差計算，運用最基礎的三角函數，就能求得天體和地球以及太陽之間的距離。

三角視差測量法

但是，三角視差法也有一定的局限性，如果天體距離地球太遠，恐怕就沒辦法使用了。

因為距離越遠，測量到的視差夾角誤差就會越大，這個方式知識和幾百光年的範圍。

那如果是距離地球成千上萬光年，我們又該如何測量呢？

宇宙中有一種天體叫做造父變星，它是一種周期性恒星，也就是亮度會呈現周期性變化。

找到一顆造父變星，觀察它的周期變化，然後就能得到它原本的亮度是多少。

造父變星的周期

在這過程中，周期和造父變星的亮度會呈現一個周光關系，如果兩顆造父變星的周光關系曲線相同，那麼說明它們的原始亮度是一樣的。

于是，我們可以先測量出距離地球較近的造父變星，根據周光關系曲線，得到更遠那顆造父變星的距離。

此外，還能根據一個星雲、星團裡面的造父變星測量出整星團的直徑，以及它們距離的地球的距離。

銀河中存在着大量的造父變星，于是科學家們通過它們測量出銀河系的直徑在大約20萬光年。

兩顆造父變星

在測量造父變星距離的時候，科學家們又發現了一種新的測距方法——分光視差法。

我們所看到的天體亮度與距離之間是有關系的，人類可以通過天文望遠鏡加電腦模型，得到一張恒星的光譜圖。

天文學家們假設，将這顆恒星放在距離地球32.6光年的距離，這個時候它的亮度為M，被稱為“絕對星等”。

而人眼看到的這顆恒星的真實亮度為m，稱為“視星等”。

不同類型的恒星的光譜圖

M和m之間存在視差，這也是我們的眼睛和天文望遠鏡對光感知的差距，用符号π來表示。

之後，經過天文學家的推算，得到了一個關系式：M=m 5-5lgπ。

這其中，絕對星等、視星等以及視差我們都可以得到，那麼隻需要代入，就能算出距離。

有人對這個公式提出質疑，人和人不能一概而論，大家對光的敏感度是不一樣的，怎麼能保證視星等的權威性呢？

其實，這個值并不是拿人測出來的，一切都是根據那張恒星的光譜圖得到的，不是真的讓人眼去看。

恒星的類型河它們的亮度

這個光譜圖可不單單是可見光，它還将不可見光可視化，讓天文學家能更詳細分析出這顆恒星所發出的所有電磁波。

在這過程中，還會發現該恒星的紅移，從而計算出這顆恒星正在離我們越來越遠，不僅可以計算出現在的距離，還能預估未來多少年後，這顆恒星與地球的距離。

由此可以看出，人類想要丈量宇宙的距離，有三種辦法：第一種是曆史悠久的三角視差法，第二種是利用造父變星的測量法，最後一種是分光視差法。

宇宙中的恒星

丈量宇宙的距離是認識宇宙的開始，人類從仰望星空開始，就一直想要知道，這個“天”到底有沒有界限。

咱們看到的天有兩層含義，第一層是地球的大氣，另一層則是宇宙。

地球的大氣那肯定是範圍有限的，但是宇宙就不一定了，人類至今都無法肯定宇宙的真正邊界在哪裡。

起初，人類的目光非常“短淺”，認為宇宙就是太陽、月亮、地球、星星構成。

仰望星空

随着伽利略自己制作了第一台天文望遠鏡，觀看到了人類從未看到過的景象，原來宇宙不單單是上面說的那幾種，還有其他行星和它們的衛星。

也正是從這個時候開始，一個新的體系逐漸被建立起來，那就是太陽系，這個時候的科學家們認為，太陽系就是整個宇宙。

随着天文望遠鏡的倍數越來越高，人們能看到的宇宙景象也越來越多，天文學家們逐漸意識到，沒有星星這個天體。

太陽系八大行星

我們看到的星星其實是其他恒星，太陽不是宇宙中唯一能發光的物體，在太陽系之外還有其他的類似體系。

夜空中的銀河，其實隻是我們所在銀河的一部分，我們位于本銀河的一根旋臂上。

這個時候的天文學家認為，銀河系就是宇宙的全部了，直到上個世紀20年代，一位叫哈勃的科學家提出，銀河系不是宇宙的全部。

确切地來說，銀河系也隻是宇宙的極小一部分，銀河系外還有銀河系，就像太陽系外還有“太陽系”是一樣的。

銀河系不是宇宙的全部

事實證明這位天文學家沒有說錯，河外有河，銀河系不是宇宙最高的體系等級。

為了紀念哈勃的貢獻，人類第一台深空天文望遠鏡以他命名。

也正是哈勃天文望遠鏡，幫助人類第一次丈量了全宇宙，得到了宇宙的直徑，大約930億光年.

從此，哈勃的名字在天文學上具有了重要的意義，既是偉大的天文學家，又是偉大的天文望遠鏡。

哈勃望遠鏡

丈量這些距離，也能夠讓人類知道，在距離我們多遠的地方，存在着類似的“地球”。

天文學家們通過觀測，發現了上千顆“超級地球”，這個“超級”不是說它們比地球厲害很多，而是它們比地球大。

超級地球們與我們的距離有大有小，近的可以隻有10光年，遠的可以達到4722.65光年，遠到無法使用三角視差法測量距離。

地球和超級地球

人類想要到達這些超級地球，就必須克服光年帶來的阻礙。

飛躍光年之外的距離，光是依靠飛行器來辦是不可能的，飛行器無法突破速度與時間的限制。

相對論已經說明，人類不能達到光速，隻能無限逼近光速，即便是這樣的速度，對于宇宙來說也還是太慢了。

人類無法突破光速

1光年的距離，人類也無法取得突破，隻能看着這些超級地球空有一聲歎息。

但是，距離能讓人類明白，地球有多麼寶貴，想要尋找下一顆地球，需要跨越這麼長的幅度，可想而知，人類不可能離開地球，至少現在不能。

有這樣一顆美好的星球，為什麼要花費大力氣搬去光年之外的新“地球”呢？

我們和地球零距離

更何況，我們根本酒搬不了這個家，“超級地球”再好對于我們都是徒勞，珍惜與我們0距離的地球吧！

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