我们怎么知道星星有多远？

　　编译：王雨阳

　　校对：五车二三三三

　　美编：苏奕月

　　后台：库特莉亚夫卡 李子琦

　　原文链接：https://www.nao.ac.jp/faq/a0601.html（有微小改动）

　　星星离我们有多远？首先让我们看一看测量方法的大致分类：

　　针对银河系内较近的恒星，我们可以使用三角测量原理来计算距离。

　　根据恒星的颜色，我们能够推出其实际有多亮。我们能够通过比较恒星实际的亮度和看上去的亮度来推定距离。

　　对于较近的星系，除了其中恒星颜色与亮度的关系，我们还要用到星系中的脉动变星来推测距离。

　　遥远的星系可以利用出现在其中的超新星为基准亮度来推测距离。

　　极其遥远的星系离我们的距离可以由其远离我们的速度来推测。

　　那让我们来看一看这些方法具体都是什么吧！

　　01

　　针对银河系内较近的恒星，我们可以使用三角测量原理来计算距离。

　　什么是“三角测量”？举例来说，假设有一条难以渡过的大河，三角测量的方法可以让我们在河的这一边测定出到对岸建筑A的距离。在河岸这边找两个不同点B和C，分别测量建筑A在哪个方向，如此我们可以得到角CBA和BCA的大小。已知BC之间的距离，测量点B、C加上建筑A可以画出一个三角形。利用正确的比例尺即可由画出来的三角形求出AB之间实际的距离。

　　三角测量原理可以用于测定距太阳系相对较近（最远约100光年左右）的恒星距离。“河这边的两点B、C”在这里就变成了夏天和冬天地球的位置。地球公转轨道半径约1亿5千万公里，如果在夏天和冬天分别测量，最大可以从相距3亿公里的两个地方测量恒星的方位。实际测出的角度称为“周年视差”，可以由此计算出恒星到我们的距离。周年视差小的恒星离我们越远。

　　图片来源：原文示意图

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　　银河系内更远的恒星距离可以通过恒星实际的亮度与颜色之间的关系来推定。例如，与太阳颜色类似的恒星会由于距离遥远而看上去更暗。相同颜色的恒星实际亮度相同，因此我们知道实际上这颗恒星和太阳应该一样亮。也就是说，我们可以通过这颗恒星看上去有多亮来得到它有多远。

　　更具体地说，天文学家用于推定距离的是“赫罗图”。赫罗图的横轴表示恒星表面温度（即颜色），纵轴表示绝对星等。绝对星等是当恒星距离我们32.6光年时的星等大小（注1）。假设恒星是主序星（注2），已知表面温度即可从赫罗图上推出绝对星等。而恒星的视星等可以从观测得到。比如太阳的视星等为负27等，但由于亮度和距离的平方反比关系，在32.6光年外太阳的绝对星等只有5等，放在夜空里只是颗黯淡无光、不起眼的星星。

　　注1：32.6光年即32.6年内光走的距离，1光年约为9万亿千米。星等是天文学中表示天体有多亮的一种方法。

　　注2：主序星——恒星从星际气体诞生后，一生大部分时间都在主序星阶段度过。宇宙中所有恒星的9成以上都是主序星。主序星的表面温度（即颜色）和其亮度之间有确定的关系。表示该关系的图即被称为赫罗图（Hertzsprung-Russell diagram）。

　　简单来说，我们可以利用以下两个关系来推定距离：

　　亮度和距离成平方反比

　　亮度和星等的关系式（波格森星等标）

　　03

　　用来推定银河系外其他星系距离的，是被称为“脉动变星”的恒星。脉动变星有规律地收缩、膨胀，其亮度也随之变化。亮度变化周期越长的脉动变星越亮，反之周期越短越暗。我们通过观测亮度变化的周期，很容易便可以得到该脉动变星的绝对星等。于是即可根据上文所述，比较绝对星等与地球上看到的视星等来推定距离。只要观测球状星团或星系中的脉动变星，就可以得到脉动变星所处的星团或星系的距离。

　　04

　　有一种恒星会在行将就木之时发生大爆炸。这种现象看起来像是一颗非常明亮的恒星突然出现，因此被称为“超新星”。超新星可以和一整个星系一样明亮，可以用来推定遥远星系的距离。

　　超新星有许多特征，观测发现Ia型超新星在最亮时的绝对星等基本相同，而它们在逐渐变暗的过程中光度的变化也可计算。由此，我们可以观测Ia型超新星爆发时的视星等与光度变化，再与绝对星等比较得到距离。简单地说就是看起来越暗的Ia型超新星越远，其所在星系也越远。

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　　想要知道距离我们更加遥远的、几十亿光年以上的天体有多远，比如宇宙深处的星系，就要用到它们远离我们的速度。从地球上观测，宇宙膨胀导致越远的星系远离我们的速度越大。于是我们可以根据星系远离我们的速度来推测距离。远离我们的物体发出的光波长会变长，我们可以利用这一性质，通过观测星系的光谱线波长偏移的程度来得知星系远离我们的速度。波长偏移得越多，星系远离我们的速度就越快，星系就越遥远。

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