宇宙“小偷”可用来测距？人类目前所掌握的太空量天尺有哪些呢

大家好，我是西昆仑Bruce。

今天我们来聊一聊关于宇宙中的测距方法。

我们知道，地月之间相距38万公里；地球和太阳之间相距1.496亿公里；银河系半径5万光年左右；目前可观测宇宙半径大约465亿光年、直径930亿光年。

那么很多人就有些好奇，这些距离，科学家们都是如何计算出来的呢？

今天一起来了解一下宇宙中的量天尺。

茫茫宇宙，要测量它的距离，真的不是一件容易的事情。我们现在所掌握的一切办法，都是以测量地球到恒星的距离，然后进行推导或者用以辅助来完成其他距离推算，原因就是恒星一般来说，都是位置相对固定的，方便作为参照物。

当然了，最初的测量，都是利用激光束或者雷达来进行，已知它们真空中传播的速度，只要知道反馈回来的时间就可以知道距离。比如测算地月间距等，就可以完美适用。不过这类办法只能用于短距离，而要测量地球和太阳的距离等等，就比较困难了，所以需要一把更大的尺子。

第一种：三角视差法。

那么如何测算出地球到太阳之间的距离呢？

由于太阳距离较远，不便于直接测算，所以利用的是金星凌日法。大家都知道地球和金星间隔很近，只有大约4050万千米左右，所以可以很好地作为中继测量点，类似于日全食一样，金星运行到太阳和地球中间的时候，在地球上就可通过测算来知道地球和太阳的距离。

三角视差法，就是人类所掌握的第一把比较可靠的远距离尺子。

从字面意思应该就能知道，利用人的视角差来进行测距。

上面知道了地球围绕太阳公转的半径之后，那么我们要想知道距离其他恒星的距离，只需要每半年观测一次该恒星，假设1月和7月观测，就可以得出一个由1月地球、7月地球和该恒星组成的一个等腰三角形，连接1月和7月、太阳和该恒星，就可以得到两个直角三角形，通过两次观测的仰角，利用三角函数直接可以求出地球到该恒星的距离。

所以回过头来看，测量地球到太阳之间的距离，其实本质上也是一种视差办法。

三角视差法测算非常准确，一直以来应用也是十分广泛，对于300光年之内的恒星，都可以运用此法。

不过随着人类对于宇宙观测欲望越来越大，望远镜也是越来越先进，观测距离越来越远，三角视差法逐渐不适用了，人们迫切需要找到一把更长的尺子。

第二种：造父变星。

当年哈勃需要观测我们银河系距离附近的仙女座大星系的距离时，运用的，就是一把比三角视差更大的尺子，叫做造父变星。

它的原理就是：由于距离越远，我们看到的光亮就会越微弱，如果我们知道天体本身的亮度，再结合观测到的亮度进行对比，亮度差就可以计算出距离。

在宇宙中，大质量的恒星，当演化到晚期时，会呈现出不稳定的脉动现象，形成脉动变星。

造父变星，指的就是宇宙中有一类高光度周期性脉动变星，也就是其亮度是周期性变化的。最早是1784年由约翰-古德利发现。

其实在可见光波段，根据其性质造父变星分为好几类，最初发现的一颗具有此规律的称为造父一，当它的星体膨胀时就显得亮些，体积缩小时就显得暗些。造父一的这种亮度变化很有规律，它的变化周期是5天8小时46分38秒钟，称为"光变周期"。在恒星世界里，凡是跟造父一有相同变化的变星，统称"造父变星"。

科学家们发现，造父变星的光变周期和光度（所谓光度，指的是发光强度，和我们熟知的物理量亮度是两回事。）之间有着密切关系，称为周光关系。

而这个周光关系具有确定性，因此，在测量星系团等的距离时，只要观测到其中的造父变星，就可以利用周光关系来确定它们的距离。

造父变星的出现，极大的解决了20世纪人们对于宇宙的观测难题，我们现在所熟知的北极星，就是一颗造父变星。

1929年哈勃，就是利用了这一工具，才发现很多遥远星系都在远离我们的事实，从而为人类发现宇宙是加速膨胀的结论提供了证据。

第三种：标准烛光。

上一期文章讲解暗能量的时候我们知道，20世纪的时候，人们一直在探索宇宙加速膨胀的原因，所以不断在观测更远的星系和我们的距离是不是在变大。

因此对于观测的范围更大了，对于银河系周边的星系团可以利用造父变星来观测，可是再远一点的星系，由于距离过远，通过望远镜观测到的照片来看，连星系都仅仅只是一个亮点，根本无法区分出造父变星来，于是造父变星也变得无能为力了。

好在于此同时，天文学家们还在观测恒星的变化。宇宙中恒星数不胜数，大部分是类似于太阳这种稳定燃烧的普通恒星，最终的结果就是能量耗尽之后变成红巨星，然后变成白矮星，最后冷却变成不发光的黑矮星。

还有一类特殊恒星，它们是成双成对的出现，一个是红巨星，一个是白矮星，构成双星系统。

由于白矮星质量较大，而且非常贪婪，它在自己油尽灯枯的时候，开始疯狂吸收红巨星的物质（主要是氢）来壮大自己，吸收越多质量越大，当它的质量达到了太阳质量的1.44倍时，就会发生爆炸。

这个爆炸的阶段，称为超新星爆发；1.44倍太阳质量，就是发生超新星爆发的临界点；这类吸食邻居能量的恒星，被称为1a型超新星。

我们都知道1.44倍太阳质量是一个什么概念，相当于地球质量的48万倍，当它发生爆炸的时候，极其明亮，基本上可以照亮所在的整个星系，有时候甚至可以持续好几个月才衰减。美国航天局就曾经发现一颗距离我们100亿光年的1a型超新星爆发。

由于这远远高于造父变星的亮度，因此1a型超新星完全可以作为"标准烛光"来进行宇宙测量。

因为在1.44倍太阳质量这个临界点才爆炸，所以它爆发的能量、光度、绝对星等全部都是恒定的，因此只要我们能看到1a型超新星爆发，就能知道它距离我们有多远。

当然了，由于光的传播会经过气体云等等，所以亮度会有误差，需要通过比对光谱中蓝光（气体云和尘埃等主要吸收蓝光）等等损失的比例来进行校准。经过几十年的科学努力，现如今的标准烛光测距，已经非常准确了。

标准烛光最出名的一次应用，就是上一篇文章讲到的，1998年，美国的超新星宇宙学计划和高红移超新星搜索队两个团队为了证实宇宙在加速膨胀，几乎同时进行的宇宙观测。

通过1a型超新星测距，人们确定了宇宙处于加速膨胀之中，从而推论出暗能量的存在。

以上就是一些比较主流的测距办法，随着科技发展，相信肯定之后还有更厉害的测量尺子出现。

宇宙之于人类来说，无穷无尽，浩渺无边，上面的这些测距方法，也只是一个工具而已，我们的目的，还是探求宇宙中的未知。可越是努力观测，得到的结果，越是不可思议。

那么宇宙的真相，到底是什么呢？我们会知道吗？或者说，我们，有资格知道吗？