如何科学地测量天体的距离?

知识点:无线光波测量法和三角测量法是测量天体距离常见的的方法。无线光波测量法是通过我们发送出的无线电波,碰到目标后会反射回来,被我们再次接收到,计算电波从发射到被目标返回所用的时间,将其除以2(往返时间变成单程时间),再乘以光速,就能知道目标天体的距离了。而三角测量法我们先设置一条“基线”,其精确长度当然是我们可以掌握的,然后在基线的两端分别测量目标的角度。这样,两条不同角度的视线就和基线共同构成了一个三角形。根据已知的基线长度和测得的两个角度,运用三角函数知识,就很容易算出目标的距离了。

宇宙天体星散分布,每颗天体都离我们很遥远,研究天体物理,知道天体之间的距离十分重要,但是如何测量天体之间的距离呢?。面对这些触不可及的天体,人类研究和探索的脚步却没有停止。

为了尽量准确地取得每个天体的“距离”这一基本数据,人类想出了很多种巧妙的办法。这些方法利用的原理各不相同,因此具有不同的适用条件,有些适合较近距离天体的测量,有些则适合中等距离和遥远距离天体的测算。下面,我们就按照适用距离的从近到远,介绍两种最常见的天体距离测量方式。

雷达技术是20世纪的重要发明之一,我们利用雷达发送出的无线电波,碰到目标后会反射回来,被我们再次接收到。而无线电波的速度等于光速,我们已经比较准确地掌握了。这样,只要测出电波从发射到被目标返回所用的时间,将其除以2(往返时间变成单程时间),再乘以光速,就能知道目标天体的距离了。这就是无线电波测量法。月球、水星、金星、火星等的距离都可以用这种方式测出,非常方便。但是这种方式的缺点也很明显,对于太阳等没有固体表面的天体,电波无法有效返回,且距离太远之后电波也减弱得厉害。因此,在测量离我们比较近的恒星的距离时,基本使用的是另一种古老而有效的方法——三角测量。

三角测量法最初是用于地面上远处目标的距离测定的。我们先设置一条“基线”,其精确长度当然是我们可以掌握的,然后在基线的两端分别测量目标的角度。这样,两条不同角度的视线就和基线共同构成了一个三角形。根据已知的基线长度和测得的两个角度,运用三角函数知识,就很容易算出目标的距离了。当然,这个方法直接用在天文测距上一般还是不够(地球太小,导致基线长度约等于零)。

因此我们需要一条尽可能长的基线,这就是地球公转轨道的直径。对于待测的恒星我们要在相隔半年的时间里先后各测一次(等于是地球分别位于自己轨道两端时各测一次),这样就能算出较近恒星的距离了。距离在几百光年之内的恒星,用这种方法测得还是相当准确的。

作者:魏晓凡

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