學會這一招,分分鐘用手指計算出恆星與地球的距離!

2021-08-07 01:12:04 字數 1609 閱讀 8335

在公元前2 世紀,希臘天文學家依巴谷(hipparchus)將恆星按照亮度分為6 個等級(稱之為星等),最亮的恆星為一等星,肉眼可見的最暗的恆星為六等星。大約2 000 年後,在1856 年,英國天文學家波格森(n. r.pogson)對依巴谷星等的概念在數學上做了明確的定義。按照這個定義,星等差5 等相當於亮度差99 倍,即一等星的亮度為六等星的100 倍。

那些肉眼不可見的恆星則具有更高的星等。例如:比肉眼可見的極限亮度暗100 倍的恆星為十一等星(比六等星低5 個星等)。而那些比一等星更亮的恆星,它們則具有分數、零甚至負數星等。例如:織女星的視星等為0.03,天狼星的視星等則為-1.46,而金星(行星)亮度達到最大的時候它的視星等可達-4.4。

天文學家用視差原理來測量恆星的距離,下面的實驗很好地展示這個原理。將手臂伸直,閉上左眼,用一根手指指向一個遠處的物體,比如一棵樹。此時保持手指不動,在睜開左眼的同時閉上右眼,你將會發現你的手指指向相對原來那個遠處物體的方向發生了偏離。

這種現象是由於你的兩隻眼睛並不完全在同一個位置造成的,它們之間有幾釐米的距離。因此,當你用兩隻眼睛分別觀察同一個前景物體(比如手指)的時候,兩隻眼睛的視線方向會稍微有一點差別。這種位置差別我們稱之為視差。為了測量近鄰恆星的距離,天文學家們首先在地球位於太陽一側時(比如1 月份)先測量一次恆星的方位,當地球運動到相對太陽的另一側時(7 月份)再次測量恆星的方位。由於兩次測量時,地球位於相距較遠的兩點,因此測量的恆星方位將會有細微的差別。一年之中,恆星方位偏離其平均方位的最大值稱為周年視差。一旦測得恆星的視差,由於地球繞太陽公轉的軌道直徑也是已知的(3 億千米),因此只要用簡單的三角法就可以計算出恆星的距離了。

由於恆星離我們十分遙遠,所以恆星的視差其實是非常微小的。通常我們用度來表示角度,1 度分成60 角分,而1 角分又可以分為60 角秒。所以,1 角秒就等於1/60 個1/60(1/3 600)度。周年視差為一個角秒的恆星距離定義為一個秒差距,1 秒差距等於3.26 光年。恆星距離我們越遠,周年視差就越小。例如:距離我們兩秒差距的恆星,其周年視差為0.5角秒;而距離我們10 秒差距的恆星其周年視差就只有0.1 角秒了,以此類推。距離我們最近的恆星(半人馬座比鄰星)的視差為0.772角秒,相當於1.3 秒差距(4.2 光年)。

我們無法僅從某顆恆星的視亮度來判斷它到底是一顆距離我們很近但實際亮度很低的恆星,還是一顆距離我們很遠但實際亮度很高的恆星。不過,如果我們知道恆星發出的光有多少能夠到達地球(通過測量視星等),同時又知道恆星與我們之間的距離(通過三角視差法測量),我們就能夠測量恆星的絕對光度[6]。已知最亮恆星的光度比太陽高幾十萬倍,而最暗恆星的光度僅有太陽的幾十萬分之一。