一文让你搞懂天文学中常用的距离单位

百剑阁科普啊 2024-03-15 20:57:14

宇宙浩瀚无垠,广袤无比。我们常用的距离单位,米、公里等在天文学研究中就显的太小了,比如地球到太阳的平均距离约为 149597870700 米,表述起来非常不方便。因此,天文学有自己常用的距离单位。

天文单位

天文单位定义为地球和太阳之间的平均距离,约1.5亿公里,单位符号为AU。由于太阳质量和地球轨道在不断变化,理论上该值也会随之变化。国际天文联合会曾在1964 年、1978年规定了其值,两次值有微小的调整。但一个常用单位的值不固定显然不是很方便。在2012年8月30日召开的第28届国际天文联合会大会上,天文学家对天文单位的含义做了修改,规定其值为149597870700米,不再调整。

天文单位在研究太阳系以及其它恒星系内距离非常方便。比如木星距离太阳5.2个天文单位,就直观地说明木日距离是地日距离的5.2倍。冥王星距离太阳39.5个天文单位,则冥日距离是地日距离的39.5倍。

太阳系行星示意图

光年

光年是光在一年内走过的距离,换算成公里的话,大概是10万亿公里(9,460,730,472,581 KM)。要使用光年,首先要准确测定光速值,但在17世纪以前,人们普遍认为光会瞬间从一地传到另外一地,压根没有光速的概念。

1676年,丹麦物理学家奥勒·罗默观测发现,当地球离太阳远时,木卫二绕到木星背后并重新出现的时间较长,证明光的传播需要时间,光速是一个有限的值。但直到19世纪末,法国天文学家佩卡雷才首次提出光年的概念,并迅速成为了天文学中距离的标准单位之一。

在研究宇宙时,光年非常方便。爱因斯坦的广义相对论告诉我们,时间和空间不是独立的、绝对的,而是纠缠在一起形成了时空。光年之所以优越,是因为其不仅定义了距离,同时也表明了光传播的时间。一颗距离地球10光年的恒星,距离地球约100万亿公里,光传播需要10年,所以我们看到的景象是其10年前的样子。

秒差距

秒差距是以古老的三角测量法为基础的距离单位,1秒差距约等于3.26光年,20.63万个天文单位,30.86万亿公里。要理解秒差距,首先要搞懂什么是三角测量法,这个测量法非常古老,公元前600多年,古希腊就有相关记载。原理非常简单,就是通过一个已知的长度为底边构造一个三角形,测得角度后,便可计算出距离。

三角测量法

以测量恒星的距离为例,我们可以用地球轨道直径作为底边,连接测量目标形成一个等腰三角形。因为底边即地球轨道直径是已知的,为2个天文单位,只要测得夹角,就可以使用三角函数计算出距离。至于角度的测量,可以通过在同一地点相隔半年对同一目标拍照比较而得。

用三角测量法测量恒星距离

秒差距就是以三角测量法为基础定义的一个距离单位,是指上述等腰三角形的顶角为2秒(1秒为1/3600度)时所测到的距离。秒差距非常大,约为3.26光年,但对于宇宙来说,仍然不够看,因此实践中还常用千秒差距,百万秒差距等单位。

秒差距示意图

怎么样,是不是很简单呢?

本文是 百剑阁简单天文学 系列的第一篇,后续将陆续给大家科普一些基础天文学知识,希望大家喜欢。

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