宇宙很大,但到底有多大呢?
可观测宇宙的直径达到930亿光年,拥有数以万亿计的天体。我们很难直观地感受到930亿光年到底有多大。
光的飞行速度是光速,每秒飞行30万公里,在描述宇宙间的距离时,我们通常也会用光年这种距离单位。光年是光在真空中飞行一年的距离,大约9.46亿公里。
一光年到底有多远?
光从地球飞行到月球仅需要一秒多的时间,而距离太阳最近的恒星比邻星,距离地球大约4.3光年。银河系的直径至少达到20万光年。银河系的邻居,仙女座星系距离地球达到250万光年。
如何浩瀚的天体距离,科学家们到底是如何测量的呢?
其实原理很简单,就隐藏在我们日常生活中,只不过很多人视而不见罢了。
下面跟我做一个简单的动作。
把一只手伸出来,然后伸出大拇指,闭上右眼,之后睁开右眼闭上左眼,你会有什么发现呢?
你会发现大拇指的位置好像移动了(事实上并没有动,只是看的角度变化了),而遥远的物体(比如远处的楼房)的位置并没有动。
利用大拇指移动的多少,还有大拇指与你眼睛的距离,就可以计算远处物体与你的距离。
同样的道理,利用“大拇指原理”也能计算遥远天体之间的距离,当然由于遥远天体距离我们实在太远了,我们不可能直接用大拇指的位置变化去测量,甚至把大拇指换成地球也不现实,因为即便是地球也显得很小。
如何解决这个问题呢?
我们都知道,地球一直在绕太阳公转,这样就可以利用地球公转过程位置的变化来测量遥远天体的距离。每六个月观察地球公转轨道的位置,因为六个月时间正好是地球公转轨道半周的时间。
比如说,我们可以在冬天时测量地球的位置,然后夏天再进行测量,这就像刚才“大拇指原理”中两个不同的眼睛观察一样。而冬天与夏天地球所处两个位置之前的距离是最远的,等于地球公转轨道的直径。
这种情况下进行观察,我们会感觉距离较近的天体的位置好像移动了(就好像我们的大拇指移动了一样),而距离我们很远的天体位置会保持不动。
不过,上述方法的适用范围仍然十分有限,通常只适用距离我们几千光年以内的天体,因为即便是地球公转半径相对于浩瀚宇宙距离也显得十分渺小,更遥远的天体造成的视差非常小,即便是非常精密的仪器也很难测量出来。
这时候就需要另一种方法了,叫作“标准烛光”。
举个通俗的例子。家里的电灯泡的亮度通常是固定的,我们知道了灯泡的亮度,然后让朋友拿着灯泡远离你,你会看到灯泡亮度变弱了,变弱的规律是这样的:与灯泡的距离平方成反比,这样就可以计算灯泡距离你有多远。
用同样的方法,我们可以先计算出某颗恒星的原始亮度,然后观测恒星的实际亮度,就可以计算出恒星与地球的距离。
不过整个方法仍旧有局限性,适用范围通常不能超过千万光年,因为距离更远的话,天体的亮度会变得非常模糊。
不过,科学家发现了“Ia型超新星”这种几乎完美的标准烛光。
我们都知道,超新星爆发是宇宙中极其猛烈的宇宙大事件,甚至被认为是仅次于宇宙大爆炸的猛烈爆发,亮度甚至可以点亮整个星系。
利用“Ia型超新星”这种近乎完美的标准烛光,科学家甚至能测量出数十亿光年外的天体距离。
这就是科学的力量。其实很多时候科学原理并不复杂,甚至就隐藏在我们的日常生活中,就看你有没有一双善于发现的眼睛,所谓“处处皆学问”也是这个道理!