科学家是怎么计算天体离地球有多远的？动辄成千上万光年，靠谱吗

　　科学家告诉我们，虽然宇宙中的天体数量多得难以计数，但是天体在宇宙空间中的分布却非常稀疏，以至于其他天体与地球的距离动辄就是成千上万光年。相信大家在对此表示感叹之余，不免也会有点将信将疑，天体与地球的距离到底是怎么计算的？靠谱吗？
　　实际上，已知天体的距离都是通过多种科学方法得出来的结果，并非拍拍脑袋就给出来的数据，从整体上来看，这些数据都是比较靠谱的。下面我们就以从近到远的顺序来简单介绍一下，科学家是怎么计算天体离地球有多远的。
　　对于距离地球较近的天体来讲，三角视差法是科学家最常用的测距方式，为了方便理解，我们不妨来做个小实验。
　　如果你在视野较为开阔的情况下伸出大拇指，并把胳膊平举在自己的面前，然后再分别闭上左眼和右眼进行观察，那么你就会发现，你的大拇指相对于较远处的背景划过了一个角度，这个角度就被称为视差。
　　在这种情况下，你只要测量出这个视差的角度，以及你两只眼睛之间的距离，就可以通过三角函数计算出你的大拇指与你的双眼的距离了。
　　同样的道理，地球一直在围绕着太阳公转，每公转一圈就是一年，这就意味着，在不同的时间点，地球在空间中的位置是在变化的，如果我们在地球上观察同一个天体，也会存在视差。
　　比如说我们在1月的时候记录好一颗恒星在背景星空中的位置，然后在7月的时候再记录这颗恒星在背景星空中的位置，将两者进行对比之后就可以得到一个三角形。
　　如上图所示（注：实际情况没这么夸张），这个三角形的底就是地球公转轨道的直径，也就是2天文单位，它所对的角就是视差，它的角度可以通过这颗恒星在背景星空中的位移计算出来，在此之后，科学家就可以通过三角函数计算出这颗恒星与地球的距离。
　　由于距离越远视差就越小，因此三角视差法是有很大局限的，通常来讲，这种方法只适合测量100秒差距（约326光年）以内的天体距离。那对于更远距离的天体，又应该怎么办呢？
　　我们知道，对于同一个发光体来讲，它距离我们越远，在我们眼中就越暗淡，其实这个规律也适用于宇宙中的那些发光的天体，比如说恒星。
　　在天文学中用绝对星等来描述恒星的真实发光本领，用视星等来描述我们所看到的恒星亮度，这两者的关系可用公式Mm5xlog10（d0d）来进行描述（注：公式中的M表示绝对星等，m表示视星等、d0为10秒差距（约32。6光年）、d为观测者与目标恒星的距离）。
　　也就是说，科学家只需要知道一颗恒星的视星等以及它的绝对星等，就可以根据上述公式计算出它与地球的距离，其中视星等是可以直接测量的，而绝对星等则可以通过观测恒星谱线的强度或宽度差异，再结合赫罗图进行估算。
　　值得注意的是，宇宙中有一些特殊天体的绝对星等是非常有规律的，其中最具代表性的就是造父变星和Ia型超新星。
　　顾名思义，造父变星就是一种亮度会发生变化的恒星，根据科学家的观测，这种恒星的亮度会发生周期性的变化，并且其发光总量与光变周期存在着严格的线性关系。也就是说，我们只需要测量出一颗造父变星的光变周期与它的绝对星等的关系，就可以将这个规律推广到和它同类型的所有造父变星。
　　幸运的是，造父变星在宇宙中普遍存在，即使在地球100秒差距之内，也存在着这样的恒星，所以我们就可以先测量出距离地球较近的造父变星的视星等，然后通过三角视差法计算出它们与地球的距离，再通过前面提到的公式，就可以计算出它们的绝对星等了，接下来，我们只需要持续观测，就可以得到它的光变周期与它们的绝对星等的关系。
　　在此之后，我们就可以通过观测分布在宇宙中的那些遥远的造父变星的光变周期，再结合它们的视星等，就可以计算出它们与地球的距离，然后再以这些造父变星与地球的距离为标尺，就可以得知在它们附近的其他天体与地球的距离了，正因为如此，造父变星也被科学家称为量天尺。
　　Ia型超新星则是一种特殊的超新星，它们通常出现在宇宙中的那些双星系统。
　　如果宇宙中某个双星系统中的一颗恒星演化成了巨星，另一颗恒星演化成了白矮星，并且两颗恒星的距离足够近，那么致密的白矮星就会不断地吸收松散的巨星的物质，随着这个过程的持续，当白矮星的质量达到1。44倍太阳质量的时候，其自身的重力就会引发失控的热核反应，进而发生超新星爆发。
　　Ia型超新星非常明亮，其亮度可与整个星系媲美，即使距离非常遥远，我们在地球上也可以观测到它们。
　　由于Ia型超新星总是发生在白矮星的质量达到太阳质量的1。44倍的时候，因此宇宙中所有Ia型超新星的绝对星等都是固定的，并且是可以计算的，所以科学家也将它们称为标准烛光，我们只需要测量出它们的视星等，就可以根据前面提到的公式计算出它们与地球的距离。
　　从理论上来讲，通过对上述方法的综合使用，可以测量100亿光年之内天体距离，如果距离超过了100亿光年，就需要通过测量天体的宇宙学红移来进行计算了。
　　观测数据表明，宇宙一直处于一个膨胀的状态，这会造成宇宙中的天体都会因此而具备一个互相远离的速度，这也被称为退行速度，对于宇宙中的两个点来讲，距离每增加1百万秒差距（约326万光年），退行速度就会增加67。8（0。77）公里秒。
　　正因为如此，那些非常遥远的天体都在以极快的退行速度远离地球，在这个过程中，它们向地球方向发出的光的波长就会变长，同时其频率也会相应地降低，这在光谱上表现为谱线向着红端移动了一段距离，这种现象就是所谓的宇宙学红移。
　　由于天体与地球的距离越远，退行速度就越快，其红移值也就越明显，因此我们只需要测量出某个遥远天体的红移量，就可以计算出它与地球的距离。结语
　　总而言之，所谓的天体与地球的距离动辄成千上万光年，其实是科学家通过大量的实际观测数据，再结合相关的理论计算出的结果，虽然由于观测水平的限制，这可能会存在着一定的误差，但从整体上来讲，科学家给出的数据还是相当靠谱的。
　　好了，今天我们就先讲到这里，欢迎大家关注我们，我们下次再见。