科学有道理：科学家如何测太阳系外恒星的距离 - 水科学与工程技术杂志社投稿

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科学有道理：科学家如何测太阳系外恒星的距离

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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。

文章来源：《水科学与工程技术》网址: http://www.skxygcjs.cn/zonghexinwen/2021/1022/1292.html