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天文学史话:地球与恒星距离的惊人差异

时间:2023-10-15 理论教育 版权反馈
【摘要】:已知日地间距约为1.5亿千米,那么轨道上最遥远的两端之间应该相距3亿千米。这个问题在天文观测中同样限制着人们对一些恒星的观察。希帕克斯曾经在公元前2世纪计算过日地距离,他得出的结果是地球半径的1200倍。那时,天文学家埃拉托斯特尼已经计算出了地球周长的精确数值,姑且认为希帕克斯估算出的日地距离为700万千米,这个数字与1.5亿千米相去甚远。一些资料显示,贝塞尔计算出的恒星天鹅座61与地球相距10.4光年。

天文学史话:地球与恒星距离的惊人差异

前文中提到,人们之所以能够在天空中辨识出天王星,是因为它相比于其他星体与地球的距离要近得多。因此,当我们在地表两个不同的位置观察同一颗行星时,会发现根据其周边所围绕的星体的变化,有些东西是在移动的。

另外,自从推算出了精确的日地距离,人们仅凭三角学中的理论公式就能够知道某个物体与地球之间的距离。

有一个简单的方式可以模拟这种测量方法。大家可以举起胳膊并伸出大拇指,每次只睁开一只眼睛看着手指,当改变左右眼睛时,会发现似乎拇指的位置相对于背景中的物品来说改变了位置。若已知双目之间的距离和目光末端处拇指的两个相对位置,我们就可以绘制出从两只眼睛到两个相对位置之间的两条直线,而交叉点即为背景中物体的位置。再通过简单的三角学公式推算,就可以得出我们与该物体的距离。

当然了,在日常生活中我们的大脑会自己进行估算,并不需要走到哪里都举着大拇指。然而,这一类推法是有道理的:日地距离的数据确实让人们仅仅凭借三角学中的理论就能推算出地球与其他星体间的距离。

天文学家们只需要在地球绕太阳运行轨道的两端去观测某一颗星体的位置即可。在任何一端所做的观察都相当于上文简单实验中闭上一只眼睛观察物体的做法。已知日地间距约为1.5亿千米,那么轨道上最遥远的两端之间应该相距3亿千米。利用这一数据,以及在两个位置上观测到的星体的角度偏离值,就可以通过三角学中的理论计算出地球与该星体间的距离。

当然,完成这项工作需要一个巨大的望远镜来观测在轨道两端所看到的星体相对位置的变化。如果没有相应的设备,这段位置变化很难被记录下来。

由此,只要市场上出现了更加先进的望远镜,就可以使用它来测定地球与其他恒星间的距离。第一次利用恒星视差来进行测算的是弗里德里希·贝塞尔。他于1838年计算出恒星天鹅座61与地球之间相距11.41光年[1],即66万个天文单位,980亿千米。

之前我们讲过的拇指测距法(跳眼法)是有局限的:那就是双目之间的距离。如果在面对一座遥远的山峰时,您希望可以用这种方法来测量距离,首先会被旁边的人当成傻瓜;其次,您会发现左右眼在单独观测时看不出任何位置的变化。(www.xing528.com)

这个问题在天文观测中同样限制着人们对一些恒星的观察。(跳眼法中)每一只眼睛都相当于(恒星视差法中)地球在运行轨道两端的坐标。因此,就像我们双目之间的距离有局限一样,尽管轨道两端相隔3亿千米,也有其限度。使用这种天文观测方法,是无法测算那些326光年以外的恒星与地球的距离的。一旦超越这个限度,人们就无法分辨物体的远近,即使测量周期间隔6个月,也无法察觉任何位置变化。

不过,这样的错误确实没什么意义。重要的是,一颗与地球相距960亿千米的恒星,这是前所未有的距离概念。为了能够让大家更客观地看待这一数字,我们就来看看随着时间的推移人们对于宇宙大小的认识有何变化。

希帕克斯曾经在公元前2世纪计算过日地距离,他得出的结果是地球半径的1200倍。那时,天文学家埃拉托斯特尼已经计算出了地球周长的精确数值,姑且认为希帕克斯估算出的日地距离为700万千米,这个数字与1.5亿千米相去甚远。后来,托勒密将这一数值又增加了一些,他得出的计算结果是地球半径的1500倍,即900多万千米,同样是错误的。

至于地球与其他恒星之间的距离,远古时代的人们甚至无法想象如何去测量它。阿里斯塔克曾经假设过,其他的恒星也如太阳一般,位于很遥远的地方。他对于地球围绕太阳旋转这件事深信不疑,阿里斯塔克这样的思想基于一个事实:如果其他星体距离地球也比较近的话,我们应该能够观察到它们在运行轨道上的移动。不过,正如我们所看到的那样,当时没人把他说的话当回事儿。

2000年后,伽利略在书中写下了几乎一样的理论,并且在其中大肆嘲笑信奉地心说理论的人。他可能比阿里斯塔克博得了更多的关注。

在探索周围世界的旅途中,人们终于在测算地球与其他恒星之间距离的方向上有了突破。而得到的庞大数字也是出乎所有人的意料。不过,我们稍后将会看到,这只是一系列发现的开端,而这些新发现会让人们越发意识到自己相对于整个宇宙的渺小。

[1]  11.41光年,原文如此。一些资料显示,贝塞尔计算出的恒星天鹅座61与地球相距10.4光年。——编者注

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