那些“XX光年”的天文数字是怎么测出来的?

那些“XX光年”的天文数字是怎么测出来的?


常听说诸如“银河系直径10万光年”之类的天文数字,一直很奇怪光都要走10万年的距离,到底是怎么测出来的,更何况还看到有距离上亿光年的恒星!
那岂不是说我们现在看到的光是它上亿年前发出来的,是它上亿年前的样子?!(心里有种失落感……)
最后就是有听到“红移量”之类的名词,哪位高人能给点具体些的解释啊?
不同的天体距离要有不同的方法,摘抄如下:
天体测量方法
2.2.2光谱在天文研究中的应用
人类一直想了解天体的物理、化学性状。这种愿望只有在光谱分析应用于天文后才成为可能并由此而导致了天体物理学的诞生和发展。通过光谱分析可以:(1)确定天体的化学组成;(2)确定恒星的温度;(3)确定恒星的压力;(4)测定恒星的磁场;(5)确定天体的视向速度和自转等等。
2.3天体距离的测定
人们总希望知道天体离我们有多远,天体距离的测量也一直是天文学家们的任务。不同远近的天体可以采不同的测量方法。随着科学技术的发展,测定天体距离的手段也越来越先进。由于天空的广袤无垠,所使用测量距离单位也特别。天文距离单位通常有天文单位(AU)、光年(ly)和秒差距(pc)三种。
2.3.1月球与地球的距离
月球是距离我们最近的天体,天文学家们想了很多的办法测量它的远近,但都没有得到满意的结果。科学的测量直到18世纪(1715年至1753年)才由法国天文学家拉卡伊(N.L.Lacaille)和他的学生拉朗德(Larand)用三角视差法得以实现。他们的结果是月球与地球之间的平均距离大约为地球半径的60倍,这与现代测定的数值(384401千米)很接近。
雷达技术诞生后,人们又用雷达测定月球距离。激光技术问世后,人们利用激光的方向性好,光束集中,单色性强等特点来测量月球的距离。测量精度可以达到厘米量级。
2.3.2太阳和行星的距离
地球绕太阳公转的轨道是椭圆,地球到太阳的距离是随时间不断变化的。通常所说的日地距离,是指地球轨道的半长轴,即为日地平均距离。天文学中把这个距离叫做一个“天文单位”(1AU)。1976年国际天文学联合会把一个天文单位的数值定为1.49597870×1011米,近似1.496亿千米。
太阳是一个炽热的气体球,测定太阳的距离不能像测定月球距离那样直接用三角视差法。早期测定太阳的距离是借助于离地球较近的火星或小行星。先用三角视差法测定火星或小行星的距离,再根据开普勒第三定律求太阳距离。1673年法国天文学家卡西尼(Dominique Cassini)首次利用火星大冲的机会测出了太阳的距离。
许多行星的距离也是由开普勒第三定律求得的,若以1AU为日地距离,“恒星年”为单位作为地球公转周期,便有:T2=a3。若一个行星的公转周期被测出,就可以算出行星到太阳的距离。如水星的公转周期为0.241恒星年,则水星到太阳的距离为0.387天文单位(AU)。
2.2.3恒星的距离
由于恒星距离我们非常遥远,它们的距离测定非常困难。对不同远近的恒星,要用不同的方法测定。目前,已有很多种测定恒星距离的方法:
(1)三角视差法
河内天体的距离又称为视差,恒星对日地平均距离(a)的张角叫做恒星的三角视差(p),则较近的恒星的距离D可表示为:
sinπ=a/D
若π很小,π以角秒表示,且单位取秒差距(pc),则有:D=1/π
用周年视差法测定恒星距离,有一定的局限性,因为恒星离我们愈远,π就愈小,实际观测中很难测定。三角视差是一切天体距离测量的基础,至今用这种方法测量了约10,000多颗恒星。
天文学上的距离单位除天文单位(AU)、秒差距(pc)外,还有光年(ly),即光在真空中一年所走过的距离,相当94605亿千米。三种距离单位的关系是:
1秒差距(pc)=206265天文单位(AU)=3.26光年=3.09×1013千米
1光年(1y)=0.307秒差距(pc)=63240天文单位(Au)=0.95×1013千米。
(2)分光视差法
对于距离更遥远的恒星,比如距离超过110pc的恒星,由于周年视差非常小,无法用三角视差法测出。于是,又发展了另外一种比较方便的方法--分光视差法。该方法的核心是根据恒星的谱线强度去确定恒星的光度,知道了光度(绝对星等M),由观测得到的视星等(m)就可以得到距离。
m - M= -5 + 5logD.
(3)造父周光关系测距法
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。在这些脉动变星中,有一类脉动周期非常规则,中文名叫造父。造父是中国古代的星官名称。仙王座δ星中有一颗名为造父一,它是一颗亮度会发生变化的“变星”。变星的光变原因很多。造父一属于脉动变星一类。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,凡跟造父一有相同变化的变星,统称“造父变星”。
作者: haj520520  2005-5-21 18:44   回复此发言
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2  天体测量方法
1912年美国一位女天文学家勒维特(Leavitt 1868--1921)研究小麦哲伦星系内的造父变星的星等与光变周期时发现:光变周期越长的恒星,其亮度就越大。这就是对后来测定恒星距离很有用的“周光关系”。目前在银河系内共发现了700多颗造父变星。许多河外星系的距离都是靠这个量天尺测量的。
(4)谱线红移测距法
20世纪初,光谱研究发现几乎所有星系的都有红移现象。所谓红移是指观测到的谱线的波长(l)比相应的实验室测知的谱线的波长(l0)要长,而在光谱中红光的波长较长,因而把谱线向波长较长的方向的移动叫做光谱的红移,z=(l-l0)/ l0。1929年哈勃用2.5米大型望远镜观测到更多的河外星系,又发现星系距我们越远,其谱线红移量越大。
谱线红移的流行解释是大爆炸宇宙学说。哈勃指出天体红移与距离有关:Z = H*d /c,这就是著名的哈勃定律,式中Z为红移量;c为光速;d为距离;H为哈勃常数,其值为50~80千米/(秒·兆秒差距)。根据这个定律,只要测出河外星系谱线的红移量Z,便可算出星系的距离D。用谱线红移法可以测定远达百亿光年计的距离。
物体离开你的运动叫红移?根据光的传播速度大体估算的距离 
当物体在远离我们的时候,它所发出的光就回比原先所发出的波长更长,也就是光更加偏红
物体之所以在迅速离开我们,是因为整个宇宙在迅速的膨胀,所以其中的各种形体之间会以高速度相互远离。这种远离的速度和物体之间的距离相关,因而红移量能够测算星体距离我们的距离 
星体远离我们(或我们远离星体),由多普勒知我们接收到的光波波长(或频率)会变长(或变小),即向红端偏离.如果情况相反就是紫移了. 
光年,长度单位,指光在一年时间中行走的距离,即约九万四千六百亿公里(或五万八千八百亿英里)。更正式的定义为:在一儒略年的时间中(即365.25日,而每日相等于86400秒),在自由空间以及距离任何引力场或磁场无限远的地方,一光子所行走的距离。因为真空中的光速是每秒299,792,458米(准确),所以一光年就等于 9,460,730,472,580,800米(准确),或大约相等于米 = 9.46 拍米。
光年一般是用来量度很大的距离,如太阳系跟另一恒星的距离。光年不是时间的单位。在天文学,秒差距是一个很常用的单位,一秒差距相等于3.26光年。
一光年也等于63,240天文单位。
用4舍5入法:一光年的距离是9万4千6百零8亿公里(光在真空中的速度是恒定不变的约30万公里/秒)
计算等式:一光年=365x24x60x60x30w
相关:
光由太阳到达地球需时约八分钟(即地球跟太阳的距离为八“光分”)。
已知距离太阳系最近的恒星为半人马座比邻星,它相距4.22光年。
我们所处的星系——银河系的直径约有十万光年。
假设有一近光速的宇宙船从银河系的一端到另一端,它将需要多于十万年的时间。但这只是对于(相对于银河系)静止的观测者而言,船上的人员感受到的旅程实际只有数分钟。这是由于狭义相对论中的移动时钟的时间膨涨现象。
可见宇宙的直径约有150亿光年。 


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