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如何测量连个天体之间的距离?

中科院物理所  · 公众号  · 物理  · 2017-03-23 10:04

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在地球上的望远镜会受大气影响,那在天上呢?

很多人一下子就想到了哈勃太空望远镜,其实在哈勃望远镜之前,已经有一颗人造卫星上天,专门用于测量遥远星星的视差,从而计算距离,它就是1988年由欧洲航天局设计和发射的 依巴谷卫星 (High Precision Parallax Collecting Satellite,高精视差测量卫星),缩写为Hipparcos。

依巴谷卫

依巴谷卫星位于近地点507公里、远地点35888公里的狭长椭圆轨道,工作了6年,它专门设计用来测量最亮的10万颗恒星的视差,由于没有大气的干扰,它的精度比地面望远镜高出10-100倍。

它的观测对肉眼可见的每颗恒星到地球的距离进行了大幅更新,距离在40光年以内的恒星距离通常可以精确到1光年,在40-400光年范围的可以精确到10光年,之后精度会迅速下降,在1000光年左右的距离上测量与原先合理的推测相差不大。

1997年,欧洲航天局出版了基于依巴谷卫星探测制成的“依巴谷星表”和“第谷星表”(指的是卫星测量实验的两个阶段,第谷这个名字也是来自丹麦天文学家第谷),并制成“千禧年星图”,包含了全天区上百万颗最暗达到11等的恒星,以及一万余个非恒星天体。

但是,1000光年还是不够远,单是我们所处的银河系,它的直径就超过了10万光年,其中大部分的恒星都无法进行视差测量,更不用说那些更遥远的星系了。

这些无法用视差进行测距的恒星以及星系是上面提到的视差测量的背景,被看做是“不会移动”的,那么,像它们距离地球这么 遥远的距离要如何测量呢?

测量宇宙的方法之 光谱法

天文学家们想到了另一种估计距离的方法。

首先,他们假定如果恒星有相同的温度和光谱——这可以通过分析星光的谱线强度进行了解——它们本身的亮度应该是相同的,称为本征亮度,对应“绝对星等”,也就是把恒星放在10秒差距(32.6光年)远的时候看到的亮度,这样得到的图是下图所示的 “赫罗图”

赫罗图:识别恒星的绝对星

星等是古代人就开始使用的描述星星亮度的标准,星等数越小,说明星越亮,1等星的亮度是6等星的100倍(更亮的为 0等以至负的星等),而肉眼能够看到的最暗的星设定是 6 等星(6m 星)。

根据光学知识,同样的本征亮度,可视亮度和距离的平方成反比。

那么,因为我们计算过1000光年内的恒星的距离,可以推测可视亮度和距离的公式,所以一颗与它有相同绝对星等(也就是真实的亮度)、但是看上去较暗的恒星,应该离我们更远,并且可以通过测量其亮度来计算距离。

科学家们为恒星亮度与距离制作了对照表,只要用望远镜的测光表测量它的亮度,再根据它的本征亮度,就能在表中对应得到距离,这种测量经常用到直径5米以上的望远镜,而当距离大于10万秒差距(32.6万光年)的时候,星星的光线实在太弱了,就很难得到光谱了。

还要测到更远?

既然远处的恒星不够亮,那怎么测量它们跟地球之间的距离呢?科学家们想到了借助其所在星系更亮的恒星的办法。







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