2013年11月2日 星期六

天文測距

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不知道你有沒有想過,許多科學專文提到某某星球距離地球有多遠,對這些人類可能無法到達的地方,天文學家是如何計算出來的呢?

基本上,天文測距可分兩大類:

一是太陽系內的星體,另一為太陽系外的星星

太陽系內星體,因為距離地球較近,我知道有三種方式測量 (雖然還有其它方法,但超乎我的理解範圍):
一、可用雷達或雷射光測距,利用雷達波或雷射光反射原理,測量信號發射到接收的時間,即可推算距離,距離 = 信號發射到接收時間 x 光速 / 2,月球、金星適合採用此法。

二、於地球兩地同時觀測一星,知道兩地距離及視角差 (參考六分儀一文),以三角函數及等腰三角形特性即可推算距離,sin(θ/2) = d/(2L)。

三、利用日蝕、月蝕,估算地球、月球、太陽之間距離,但是此法還需知道地球、月球、太陽半徑大小,參考師範大學物理系網頁說明。

太陽系外的恆星,距離地球太遙遠無法再利用雷達及日月蝕等方法,因此基本假設恆星位置不動,另外利用地球兩地同時觀測方法也不適用,由於星星太遙遠,幾乎沒有視角差,推算將產生較大誤差。 因此改以太陽和地球公轉半徑為基準,觀察天體視角差來估算距離,這個修正方法與太陽系內兩地觀星原理相同,但須要較長觀測週期,例如在十二月二十一日午夜十二點觀看北極星,那麼三個月後同一時間地點,三月二十一日午夜十二點再觀測一次,或是相隔半年觀測比較,就可以利用兩次觀測的視角差及地球公轉半徑,來推算恆星的距離,這是古典的測距方法。

地球對太陽的公轉半徑稱為一個天文單位 (AU,約 1.496 x 1011 公尺),光的行進速度約需八分半鐘,天文單位只適合太陽系內各行星間距離比較,太陽系外就改為光年秒視差表示,1 秒視差 = 3.26 光年 (= 1.496 x 1011/ (3 x 108 x 3600 x 24 x 365.24) / sin-1(π/180/3600))。

另外,天文學家發現還可以利用變星的特性來估測恆星的距離,變星是一種亮度有周期變化的恆星,天文學家已經研究出恆星亮度週期與絕對亮度的關係,因此只要觀察變星的亮度週期,就可以推算變星的絕對亮度。此外,我們知道亮度一樣的星星放在不同遠近的距離,觀察星星亮度的感覺也會不相同,簡單的說恆星距離越遠,視星等會變暗,公式如下:

mV - MV = -5 + 5 log(L)

如果星體的視星等為 mV,絕對星等 MV,而以秒視差為單位的星體距離是 L,以 10 個秒視差當距離基準 (也就是 10 個秒視差 = 32.6 光年,視星等 = 絕對星等)。

在脈動變星中以造父變星最為有名,被人譽為「量天尺」。其它觀測恆星距離可參考銘傳大學通識講義雅虎知識,未來科技更進步,應該還會有更多精確方法來測量估算。

4 則留言:

  1. 再增加一種: 秒差。
    http://web.fg.tp.edu.tw/~earth/learn/tasastro/ch091.htm
    https://zh.wikipedia.org/wiki/%E7%A7%92%E5%B7%AE%E8%B7%9D

    Wikipedia 上的圖示會比較清楚。先找個近一點已經量測出距離的恆星。然後在地球半年周期間,量測秒差距。
    即可算出實際距離。

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    1. 秒差就是上文的秒視差,謝謝補充

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