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星星你好,为什么你总在跟着我跑?

图片:Yestone.com 版权图片库

兮伯青德,天体物理博士

在天文学中,如何确定我们到遥远恒星的距离呢?有种大名鼎鼎的方法叫:三角视差法

当然,类似的方法应用比较广泛。

比如炮兵在没有专业测距仪时,会利用简易手段测距,即视差测距法,具体为:平举一臂水平伸直并竖起大拇指,然后轮流用左右眼看大拇指所对准的远处目标;比如左眼看到大拇指正对远处目标,换成右眼,则大拇指必然偏离远处目标,大概估计出这个偏离值,然后乘以 10,就能估算出你到目标的距离啦!请参看下图。

图 1. 炮兵简易视差测距法

当然这种方法非常简陋,限制有很多,比如双眼间距太小,目标太远,目标附近无合适参考物用以估算相对拇指位移等等。

当然,改进方法也有,但要借助仪器;在测距雷达,激光测距等手段出现之前,茫茫大海之中,战列舰主炮如何对数公里乃至数十公里外的敌舰发动攻击呢?首先要确定距离,这就要用到光学测距仪

以合像式测距仪为例,目标图像通过两只间距很大的物镜(物镜像不像两只间距加大的眼睛?)进入目镜,然后被观察员看到,两只物镜分别只能看到图像的上半部和下半部,然而从图 1 中我们知道两只物镜看到的目标图像存在位移,也就是说,如果看远处的军舰,军舰上下不重合;好吧!我们要的就是这个效果,调整物镜,让两只物镜的视线重合,则军舰上下重合,然后测出此时视线夹角,即可得到我方到目标距离;这里是不是很像图 1 的手臂延伸到目标处的情况?

图 2. 战舰主炮光学测距仪工作图示;可根据 tanα=A/B 来测得距离。

图 2 中,我们可以看出距离 B 越远,α越小,小到一定程度我们的测量精度会变得极差,可能手一抖,测出的距离就会大变样。假如 α 有个极小值,再小我们就测不出来了,那么想测更远的距离只能增加基线 A 的长度了。

啊!不好意思,上面一不小心偏到军事上去了,请原谅!下面开始说天文!

在天文学上,即使最近的恒星到我们的距离,也比几十公里的大炮射程遥远的多,光学测距仪那几十米的基线长度就不够看了;没关系,我们有更长的基线,当然不是去造一个超大号的光学测距仪,我们所需要的是时间!没错,半年的时间!

图 3. 三角视差法

我们以地球绕太阳轨道为测距仪。比如在 1 月份(图 3 A 点)看一次目标恒星,当地球到达轨道的另一端即 7 月份(图 3 B 点)时,再看一次恒星,会发现相对遥远的背景恒星们,目标恒星位置发生了变化;如果目标恒星和背景恒星们没有动,那么实际上动的只有我们的地球,在地球上的观察者在不同位置处观察目标恒星产了视差。

目标恒星的位置变化可以用角度来表征,我们称之为周年角位移,或周年视差。视差角为周年视差的一半,A 与 B 距离的一半则是 1 AU(日地距离),那目标恒星距离=1 AU/tan(视差角)~=1AU / 视差角

由于恒星离我们很遥远,一般视差角都小于角秒量级,我们定义 1 角秒的视差角时,距离为1 秒差距,即 1 pc=3.26 光年。

这里我们可以想象一下,测一次距离都要半年时间,你出门溜达一圈的距离何其短哉!

话说,这里还是有问题的,地球不是在自转吗?这样的话相对于我们,星星还是在运动的呀!这就比半年时间短得多了~~~

图 4. 星轨

快看快看!这不是星星在运动吗?这时间够短吧,曝光半小时就能拍出不错的星轨来了!

然而,一般人谁会没事夜里遛弯的时候去记天上星星的位置呢?当然你要是耐下性子,使劲盯着看,肯定会察觉到星空的变化,甚至日复一日,年复一年的看,你会成为第谷 N 代~~~

所以,总觉得星星在跟着你跑?原因如下:

1. 没有察觉出星星在天空中的运动

2. 你跑得距离太短,不足以产生可分辨的视差来

额~~~貌似回答的有点乱,大家随意看看就好~~~

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