那千萬光年的距離，天文學家咋測的？

很多人對天文學家們的工作懷有偏見，認為他們的工作有時候跟猜謎語差不多，今天說某恒星距離我們100萬光年，過一久可能又會說，這顆恒星其實距離我們130萬光年。

想想也是，連每秒30萬千米的光都要跑幾百年，怎么這么容易就被你給測出來了？

對天文學的這種偏見，如果你現在依然存在，那么現在，等你了解到他們測量距離時所使用的精妙辦法后，也許你馬上就會放下偏見，并有可能對天文感興趣。

一個聾啞人

放眼望去，夜空中的星星貌似都是一樣的，其實不然，眼見為實這句話有時候是靠不住的，而這主要是因為我們的肉眼還不夠強悍。天天對著深空觀察的天文學家告訴我們，星星們各有各的性格和脾氣，有的經常打嗝，有的偶爾搞噴射，有的正犯更年期……反正，它們就是從來沒消停過。宇宙多姿多彩，奇妙無比，波瀾壯闊非我們所能想象。

過去的人，也許是沒有了各種諸如社交網絡的誘惑和干擾，似乎要比我們厲害得多，這不，有一個人，剛到21歲就混得了一個頭銜——天文學家！而且，人家還是一聾啞人。

這個聾啞人，就是英國天文學家古德利克，他一出生就聽不見任何聲音，這便是聾了。雖然其嗓子完美無缺，可因為聽不見別人說話，所以也就無從教他說話，這便是啞了。啞比聾好，因為啞不會演變成聾，但聾卻會再次造成啞。

說完古德利克，我們再來介紹一顆星——英仙座β星，中文名叫大陵五。大陵五這顆星有一個特點，就是亮度會變，沒幾天，亮度就變暗了，過不久，又重新變亮。古人認為，恒星都應該是恒定不變的，像大陵五這種變來變去的家伙，太可怕了，所以希臘人把大陵五稱為”妖魔星”，并在神話故事里，把它當作女妖怪美杜莎的化身，美杜莎女妖怪的頭發都是一條一條的小蛇，并且誰看了她都會變成石頭。

傳說中的大陵五似乎很可怕，但古德利克不怕，他常常在冬夜靜寂的野外獨自觀察這顆魔星，并在他18歲時提出一個觀點，他認為，大陵五之所以會發生亮度變化，這是因為，大陵五與一顆暗星組成了一個雙星系統，兩顆星繞共同質心運動，當暗星擋住大陵五的光時，大陵五就會變暗，就這么簡單。現在，我們知道，古德利克是完全正確的，而他早在1782年就做出如此天才的發現，非常了不起。

造父變星

古德利克研究這種亮度變化的星上了癮，隨后，他又發現了一種變星，這便是仙王座δ星，中文名“造父一”，他又一次正確地指出，造父一之所以亮度變化，不是因為雙星掩食，而是其本身的光度在不斷變化。后來，人們把這種自身光度不斷變化的星統稱為造父變星。而咱們熟悉的北極星也是一顆造父變星。

正當古德利克準備對變星作進一步研究，大展宏圖之時，病魔奪去了他的生命，享年21歲多。

話說，造父變星這種星，其明暗變化很有規律，拿造父一來說，它從最暗變到最亮，再從最亮變到最暗，這一個光變周期，耗時5天8小時47分28秒，不用懷疑，之所以精確到秒，是因為光度的變化很容易測出來。

不同的造父變星有不同的光變周期，而對于那些長周期造父變星(也叫經典造父變星），其光變周期一般在1天至50天內。

咱們本來說天文學上的測距，現在扯造父變星干嘛呢？因為，造父變星后面隱藏著一個大秘密！正是對這個秘密有所窺探，才造就了哈勃后來的豐功偉績，這是個什么秘密呢？又是誰第一個發現了它？

又一個聾啞人

此人就是美國的天文學家亨麗愛塔·勒維特，很奇怪，她也是一位聾啞人。從1893年起她就在哈佛大學天文臺，主要工作就是看感光照片上的那些星星，并按亮度給它們分類排序。據說勒維特一開始是作為志愿者干這個枯燥的工作，但后來的工錢是每小時25美分。

經過多年觀察，勒維特于1908年發現，小麥哲倫云中的25顆造父變星呈現出這樣一個規律：造父變星的光變周期越長，視星等就越小，恒星視星等越小，看上去就越亮。

這個規律的意思是，如果一顆星，它從最暗變到最亮，再從最亮變成最暗，這個時間跨度越長，那么，這顆星從地球上看去就越亮。

可以說，這是一個很容易發現的發現，但卻是一個偉大的發現。

那么，勒維特的這個偉大發現到底有什么用呢？沒什么用，因為恒星的亮度跟距離有關系，月球看上去比北極星亮多了，但月球真實的發光能力有北極星強嗎？所以，光知道視星等沒啥用，恒星真實的發光能力——絕對星等，才是最重要的。

但是別急，小麥哲倫星云距離我們很是遙遠，大約20萬光年，于是我們可以忽略小麥哲倫星云中眾恒星間的距離，可以看作，那里的億萬恒星與地球的距離都是一樣一樣的。這就好比，在月球上有十幾座臨近的山，雖然這十幾座山互有間距，但我們依然可以說，月球上這十幾座山與地球的距離是一樣的，這個，你沒意見吧？

既然，在小麥哲倫星云中的那25顆造父變星與地球的距離是一樣的，而且觀察到其光變周期越大，肉眼看上去就會越亮，那這等于是在告訴我們：光變周期越大，恒星的絕對亮度就越大，因為距離已經恒定。

這個發現很重要，恒星的絕對亮度類似于電燈泡的瓦數，瓦數越大，電燈泡越亮。想象一下，甭管是距離我們1光年，還是1000萬光年，只要觀察恒星的光變周期，就能輕易地知道這顆恒星真實的發光能力，這太帥了。

假設3光年處，某造父變星的光變周期是3天8小時2分38秒，而500萬光年處，觀察到某恒星的光變周期也是3天8小時2分38秒，那么，就幾乎可以認為，這兩顆星雖然距離不一樣，但它們的絕對亮度是一樣的。

試想，夜里，已知1個燈泡與我們的距離是5米，功率是100瓦，現在還可以用光度計輕易地測出燈泡的視星等（就是肉眼看去，燈泡有多亮）。現在，把這個燈泡移至另一個更遠的未知位置，此時，我們仍然能知道兩個量，一是燈泡的功率還是100瓦（因為光變周期一樣），二是其視星等也可以輕易求出。

只要知道這兩個量，就可以利用一個數學式求出此刻的燈泡距離我們有多遠了。這很容易理解，因為距離越遠，亮度就越小，亮度與距離有一個數學關系式。

當然，用造父變星去測量天體的距離，還需要做一些“瑣碎”的工作，比如“零點標定”等問題，但是，這些繁瑣的細節交給天文學家們去做就好了，我們只要明白：你平時看到的哪些動輒幾百萬光年的天文距離，這些大數據的得出不是天文學家們拍腦子估計的，而是通過嚴密的數學求出的，這就夠了。

科學的美妙之處就在于，一個紅蘋果高高在上，無論怎么跳也夠不著，但是如果使用科學的方法和思維后，拐幾道彎，那個紅蘋果就被拿下了。

用造父變星來計算距離很酷，只要去測量它的光變周期就行了，而測量光變周期那是相當的容易，而且很精確，能精確到秒。

很多河外星系離我們都很遙遠，動輒幾千萬光年，這樣的距離，用普通方法是不可能測出來的。這時，我們只要能找到星系中某顆造父變星，測出其光變周期，從而求出恒星的距離，繼而也就測出了星系與我們的距離。所以，對于天文學家們來說，造父變星有時候就是他們的最后一根救命稻草。

正因此，天文學家們對造父變星十分垂愛，愛到想親切地稱呼它為：量天尺！

發表于 2014-10-28 00:00
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