那千萬(wàn)光年的距離，咋測(cè)的？

很多人對(duì)天文學(xué)家的工作懷有偏見(jiàn)，認(rèn)為他們的工作有時(shí)候跟猜謎差不多，今天說(shuō)某恒星距離我們100萬(wàn)光年，過(guò)幾天可能又會(huì)說(shuō)，這顆恒星其實(shí)距離我們130萬(wàn)光年。

想想也是，連每秒30萬(wàn)千米的光都要跑幾百年，怎么這么容易就被測(cè)出來(lái)？

如果你了解了他們測(cè)量距離時(shí)所使用的精妙辦法后，也許你馬上就會(huì)放下偏見(jiàn)，并有可能對(duì)天文感興趣。

一個(gè)聾啞人

放眼望去，夜空中的星星貌似都是一樣的，其實(shí)不然，眼見(jiàn)為實(shí)這句話有時(shí)候是靠不住的，而這主要是因?yàn)槲覀兊娜庋圻€不夠強(qiáng)悍。天天對(duì)著深空觀察的天文學(xué)家告訴我們，星星們各有各的性格和脾氣，有的經(jīng)常打嗝，有的偶爾搞噴射，有的正犯更年期……反正，它們就是從來(lái)沒(méi)消停過(guò)。宇宙多姿多彩，奇妙無(wú)比，波瀾壯闊非我們所能想象。

過(guò)去的人，也許是沒(méi)有各種諸如社交網(wǎng)絡(luò)的誘惑和干擾，似乎要比我們厲害得多，這不，有一個(gè)人，21歲就得了一個(gè)頭銜——天文學(xué)家！而且，他還是一聾啞人。

這個(gè)聾啞人就是英國(guó)天文學(xué)家古德利克，他一出生就聽(tīng)不見(jiàn)任何聲音。

女妖怪美杜莎的化身

說(shuō)完古德利克，我們?cè)賮?lái)介紹一顆星——英仙座β星，中文名叫大陵五。大陵五這顆星有一個(gè)特點(diǎn)，就是亮度會(huì)變，沒(méi)幾天，亮度就變暗了，過(guò)不久，又重新變亮。古人認(rèn)為，恒星都應(yīng)該是恒定不變的，像大陵五這種變來(lái)變?nèi)サ募一锾膳铝?，所以希臘人把大陵五稱為“妖魔星”，并在神話故事里把它當(dāng)作女妖怪美杜莎的化身，美杜莎女妖怪的頭發(fā)都是一條一條的小蛇，并且誰(shuí)看了她都會(huì)變成石頭。

傳說(shuō)中的大陵五似乎很可怕，但古德利克不怕，他常常在冬夜靜寂的野外獨(dú)自觀察這顆魔星，并在他18歲時(shí)提出了一個(gè)觀點(diǎn)，他認(rèn)為：大陵五之所以會(huì)發(fā)生亮度變化，是因?yàn)榇罅晡迮c一顆暗星組成了一個(gè)雙星系統(tǒng)，兩顆星繞共同質(zhì)心運(yùn)動(dòng)，當(dāng)暗星擋住大陵五的光時(shí)，大陵五就會(huì)變暗，就這么簡(jiǎn)單?，F(xiàn)在，我們知道，古德利克是完全正確的，而他早在1782年就有了如此天才的發(fā)現(xiàn)，非常了不起。

造父變星

古德利克對(duì)這種亮度變化的星上了癮，隨后，他又發(fā)現(xiàn)了一種變星，這便是仙王座δ星，中文名“造父一”。他又一次正確地指出：造父一之所以亮度變化，不是因?yàn)殡p星掩食，而是其本身的光度在不斷變化。后來(lái)，人們把這種自身光度不斷變化的星統(tǒng)稱為造父變星。咱們熟悉的北極星就是一顆造父變星。

正當(dāng)古德利克準(zhǔn)備對(duì)變星作進(jìn)一步研究，大展宏圖之時(shí)，病魔奪去了他的生命，享年21歲。

造父變星明暗變化很有規(guī)律，拿造父一來(lái)說(shuō)，它從最暗變到最亮，再?gòu)淖盍磷兊阶畎?，這一個(gè)光變周期，耗時(shí)5天8小時(shí)47分28秒，不用懷疑，之所以精確到秒，是因?yàn)楣舛鹊淖兓苋菀诇y(cè)出來(lái)。

不同的造父變星有不同的光變周期，而對(duì)于那些長(zhǎng)周期造父變星（也叫經(jīng)典造父變星），其光變周期一般在1天至50天內(nèi)。

咱們本來(lái)要說(shuō)天文學(xué)上的測(cè)距，現(xiàn)在扯造父變星干嘛呢？因?yàn)?，造父變星后面隱藏著一個(gè)大秘密！正是對(duì)這個(gè)秘密有所窺探，才造就了哈勃后來(lái)的豐功偉績(jī)，這是個(gè)什么秘密呢？又是誰(shuí)第一個(gè)發(fā)現(xiàn)的？

又一個(gè)聾啞人

此人就是美國(guó)的天文學(xué)家亨麗愛(ài)塔·勒維特，巧得很，她也是一位聾啞人。她從1893年起就在哈佛大學(xué)天文臺(tái)工作，負(fù)責(zé)看感光照片上的那些星星，并按亮度給它們分類排序。。

經(jīng)過(guò)多年觀察，勒維特于1908年發(fā)現(xiàn)，小麥哲倫云中的25顆造父變星呈現(xiàn)出這樣一個(gè)規(guī)律：造父變星的光變周期越長(zhǎng)，視星等就越小，恒星視星等越小，看上去就越亮。

這個(gè)規(guī)律的意思是，如果一顆星從最暗變到最亮，再?gòu)淖盍磷兂勺畎担@個(gè)時(shí)間跨度越長(zhǎng)，那么，這顆星從地球上看去就越亮。

可以說(shuō)這是一個(gè)很容易發(fā)現(xiàn)的發(fā)現(xiàn)，但卻是一個(gè)偉大的發(fā)現(xiàn)。

那么，勒維特的這個(gè)偉大發(fā)現(xiàn)到底有什么用呢？沒(méi)什么用。因?yàn)楹阈堑牧炼雀嚯x有關(guān)系，月球看上去比北極星亮多了，但月球真實(shí)的發(fā)光能力有北極星強(qiáng)嗎？所以，光知道視星等沒(méi)啥用，恒星真實(shí)的發(fā)光能力——絕對(duì)星等，才是最重要的。

但是別急，小麥哲倫星云距離我們很是遙遠(yuǎn)，大約20萬(wàn)光年，于是我們可以忽略小麥哲倫星云中眾恒星間的距離，可以看作那里的億萬(wàn)恒星與地球的距離都是一樣的。這就好比在月球上有十幾座臨近的山，雖然這十幾座山互有間距，但我們依然可以說(shuō)，月球上這十幾座山與地球的距離是一樣的，這個(gè)，你沒(méi)意見(jiàn)吧？

既然在小麥哲倫星云中的那25顆造父變星與地球的距離是一樣的，而且觀察到其光變周期越大，肉眼看上去就會(huì)越亮，這就等于是在告訴我們：光變周期越大，恒星的絕對(duì)亮度就越大，因?yàn)榫嚯x已經(jīng)恒定。

這個(gè)發(fā)現(xiàn)很重要，恒星的絕對(duì)亮度類似于電燈泡的瓦數(shù)，瓦數(shù)越大，電燈泡越亮。想象一下，甭管是距離我們1光年，還是1 000萬(wàn)光年，只要觀察恒星的光變周期，就能輕易地知道這顆恒星真實(shí)的發(fā)光能力，這太帥了！

假設(shè)3光年處，某造父變星的光變周期是3天8小時(shí)2分38秒，而500萬(wàn)光年處，觀察到某恒星的光變周期也是3天8小時(shí)2分38秒，那么，就幾乎可以認(rèn)為，這兩顆星雖然距離不一樣，但它們的絕對(duì)亮度是一樣的。

試想，夜里，已知1個(gè)燈泡與我們的距離是5米，功率是100瓦，現(xiàn)在還可以用光度計(jì)輕易地測(cè)出燈泡的視星等（就是肉眼看去，燈泡有多亮）?，F(xiàn)在，把這個(gè)燈泡移至另一個(gè)更遠(yuǎn)的未知位置，此時(shí)，我們?nèi)匀荒苤纼蓚€(gè)量，一是燈泡的功率還是100瓦（因?yàn)楣庾冎芷谝粯樱?，二是其視星等也可以輕易求出。

只要知道這兩個(gè)量，就可以利用一個(gè)數(shù)學(xué)式求出此刻的燈泡距離我們有多遠(yuǎn)了。這很容易理解，因?yàn)榫嚯x越遠(yuǎn)，亮度就越小，亮度與距離有一個(gè)數(shù)學(xué)關(guān)系式。

當(dāng)然，用造父變星去測(cè)量天體的距離，還須要做一些“瑣碎”的工作，比如“零點(diǎn)標(biāo)定”等問(wèn)題，但是，這些繁瑣的細(xì)節(jié)交給天文學(xué)家們?nèi)プ鼍秃昧?，我們只要明白：你平時(shí)看到的那些動(dòng)輒幾百萬(wàn)光年的天文距離，這些大數(shù)據(jù)的得出不是天文學(xué)家們拍腦子估計(jì)的，而是通過(guò)嚴(yán)密的數(shù)學(xué)求出的，這就夠了。

科學(xué)的美妙之處就在于，一個(gè)紅蘋(píng)果高高在上，無(wú)論怎么跳也夠不著，但是如果使用科學(xué)的方法和思維后，拐幾道彎，那個(gè)紅蘋(píng)果就被拿下了。

用造父變星來(lái)計(jì)算距離很酷，只要去測(cè)量它的光變周期就行了。測(cè)量光變周期相當(dāng)容易，而且很精確，能精確到秒。

很多河外星系離我們都很遙遠(yuǎn)，動(dòng)輒幾千萬(wàn)光年，這樣的距離用普通方法是不可能測(cè)出來(lái)的。這時(shí)，我們只要能找到星系中某顆造父變星，測(cè)出其光變周期，從而求出恒星的距離，繼而也就測(cè)出了星系與我們的距離。所以，對(duì)于天文學(xué)家們來(lái)說(shuō)，造父變星有時(shí)候就是他們的最后一根救命稻草。

正因此，天文學(xué)家們對(duì)造父變星十分垂愛(ài)，愛(ài)到想親切地稱呼它為：量天尺！endprint