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＂M = m + 5 x log10（d0/d）＂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。