科学有道理:科学家如何测太阳系外恒星的距离?

科学有道理:科学家如何测太阳系外恒星的距离?

大家好,“科学有道理”系列,我们已经介绍了很多,不知道大家是否还记得。我们介绍了测量地球质量的方法、测量地球直径、日地距离以及太阳系其他行星距离的方法。其中,我们用到最多的,就是三角函数。

在测量地球直径和日地距离的过程中,科学家们无一例外都利用了三角函数,通过构建三角形,通过巧妙的方法测出其中某些角度和边长,最终求出了这些看起来“根本无法测量”的数据。

今天,我们依然要利用三角函数,测出比太阳系更远天体——系外恒星的距离。

你可能还记得,科学家当初测量日地距离的方法,是金星凌日的方法。不过,这个方法显然不适用于其他恒星的距离测量,因为它们太遥远了,那时候人类根本不知道它们还能有行星,更不用说观测凌日了(当然,即使能观测,这也不是测量系外恒星距离的办法)。

网络上有一句话说得好:千万不要走得太远,忘了为什么出发。换在这里就是:千万别只顾着用方法,忘了当初为何要用这个方法。

我们为何要用金星凌日的方法来计算日地距离呢?首先是因为太阳过于遥远,即使在地球的两端观测来形成夹角,都只能得到一个极小的角度,任何微小的偏差都会导致巨大的计算错误,而且太阳随时在移动,两个人的观测时间有一点点差别就会导致很大的误差。所以,科学家不得不利用金星来构建三角函数,间接计算日地距离。

同样的,系外的恒星距离更加遥远,我们无法站在地球的两端观测形成夹角来计算距离。想要增大三角形的某个角度,最好的办法,就是增加其对边的长度,也就是我们测量地点的距离尽量拉大。

问题在于,对于当时的人来说,就算跑得再远,不是还在地球上吗?

话说的没错,可是别忘了,地球也在“跑”啊!

只要我们等到地球在公转轨道上“跑”得足够远,那就可以把对角拉得足够大,如此就能计算天体距离了。

显然,地球在公转轨道上跑得最远的两个位置,就是连线穿过太阳的位置。换句话说,也就是隔上半年观测一次,就可以了。只要科学家观测某颗恒星在夜空中的位置,半年后同一个时间再观测一次,就会得到一个夹角。接下来,再找到一个边,通过简单的三角函数计算,就很容易了。

那个边,也不难找,所用到的,正是上一期我们介绍的日地距离。因为时隔半年,地球的位置变化就是在太阳的两端,也就是两倍的日地距离,大概是3亿公里。

就这样,科学家们计算出了很多天体的距离。这个方法,叫做三角视差法

(可能还有些萌萌的朋友会纳闷:为什么测量太阳的距离不用这个办法。如果你这么问,显然你已经蒙圈了,因为这个方法要求日地距离是已知条件,显然不能用“自己”来计算“自己”的数值)

同时,他们利用这个方法,又发明了一个比光年还长的长度单位:秒差距。以日地距离为基础观测夜空,形成1秒的角度的位置,到我们的距离就是一个秒差距。计算下来,1秒差距大约等于3.26光年。

不过,三角视差法虽然巧妙,却有一个局限,那就是只能测相对比较近的恒星的距离。一般来说,100光年就是这个方法适用范围的极限了。而我们的宇宙,直径至少有940亿光年。

就像我们刚才说的,即便是为了测这些相对比较近的恒星的距离,就已经不得不利用地球在太阳两端的位置构建三角形。所以,如果想用三角视差法测量更远天体的距离,我们就要飞出地球,甚至飞到太阳系以外去测量了。

显然,这是不现实的。

如果我们想要测量更远天体的距离,难道就没有办法了吗?

也不是,只是我们已经不能局限于三角函数了。

那么,科学家找到了什么新的办法来测量呢?我们下一期再介绍。