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我们如何测量宇宙中的距离？- Yuan-Sen Ting

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    光是我们所知道的传播速度最快的物质。
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    正因为光如此之快的传播速度，
    我们就用光走过的时间，
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    来描述那些十分遥远的距离的。
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    光在一年中传播的距离大概是六万亿英里，
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    我们称这个距离为一光年。
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    现在我们来举例说明一光年的距离究竟有多远。
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    阿波罗宇航员用时四天登上了月球，
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    而光从月亮到地球只需要一秒钟。
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    另外，比邻星——离太阳系最近的恒星，
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    离我们有4.24光年远。
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    我们所在的银河系的直径大概是十万光年。
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    离我们最近的星系，仙女座星系，
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    离我们有250万光年。
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    我们根本无法想象宇宙之大。
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    但是，我们是如何知道恒星和星系的距离的呢？
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    每当我们抬头看天空，
    我们所见的只是一个二维平面视图。
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    当你伸手指向某一颗星星时，
    你无法得知这颗星星离你到底有多远。
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    那么天体物理学家们如何得知距离呢？
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    对于离我们比较近的星体，
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    我们只需要用三角视差来估算距离。
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    这个理论很简单。
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    只需要做一个小实验就可以说明。
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    伸出你的大拇指，然后闭上你的左眼。
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    现在，闭上你的左眼，同时睁开你的右眼。
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    你会发现你的大拇指好像移动了。
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    但是相对遥远的背景里的物体却没有动。
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    这个理论同样适用于看恒星的时候。
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    但是恒星离我们的距离相比于
    我们胳膊的长度不知道长了多少倍，
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    而且相对来说，地球也不是很大的星体。
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    所以即使你在赤道两边用不同的望远镜观测同一颗星体，
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    你也很难看到这颗星体位置的移动。
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    为了解决这个问题，
    我们改为观察六个月内星体位置的移动。
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    这个时间刚好是地球绕太阳轨道旋转半周的时间。
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    我们在夏天观测恒星的相对位置，
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    等到了冬天再观测时，就像我们在用另外一只眼睛看它。
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    离我们近的恒星似乎移动了位置。
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    而遥远距离的恒星和星系保持不动。
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    但是此方法只适用于距离不超过几千光年的天体。
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    在我们的星系之外，其他的天体如此之远，
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    以至于视差太小了，
    连最精密的仪器也无法测得。
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    所以，我们必须找到别的办法。
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    这个办法叫标准烛光法。
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    标准烛光是天文学中
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    已经知道光度的天体。
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    打个比方，如果你知道你自家灯泡的亮度，
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    然后你让别人拿着那只灯泡向远离你的方向走去。
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    你知道你看到的灯泡的亮度
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    是以他走的距离的平方在减弱的。
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    所以通过比较你看到的灯泡的亮度
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    和灯泡的原始亮度，
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    你可以计算出他距你有多远。
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    应用到天文学中，
    你的灯泡就变成了一些特殊的天体
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    ——造父变星。
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    这些星星的内部不是很稳定，
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    就像一只一会儿鼓起来一会儿扁下去的气球。
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    它们的亮度随着膨胀和收缩而变化。
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    我们可以通过它们膨胀收缩的周期来计算它们的亮度。
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    越亮的星星，这个周期越长。
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    通过比较观测到的这些恒星的亮度
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    和我们计算出来的它们原始的亮度，
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    我们就可以知道它们距离我们有多远。
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    可惜，这个方法也有它的局限性。
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    用这个方法，我们只能测量到距离我们
    不超过四千万光年的独立的恒星。
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    超过这个距离的恒星会变得太模糊而无法分辨。
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    不过幸运的是，我们还有另一种标准烛光。
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    著名的Ia型超新星。
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    超新星爆发，也就是巨型恒星爆炸，
    是恒星死亡的方式之一。
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    这些爆炸是非常亮的。
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    它发生的时候可以照亮整个星系。
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    所以即使我们无法分辨星系中独立的恒星，
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    我们还是可以看到超新星爆发。
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    Ia型超新星被证明是可用的标准烛光。
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    本征亮度较亮的超新星，
    其亮度衰减的速率较慢。
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    凭借我们对超新星的
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    亮度和衰减速率的关系的了解，
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    我们可以用这些超新星来测量
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    离我们几十亿光年远的天体。
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    可是我们为什么要观测这么遥远的天体呢？
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    回答这个问题要回到光的传播速度上。
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    光从太阳传播到地球，需要八分钟，
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    这就意味着，我们看到的太阳
    是八分钟前太阳的样子。
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    当我们看北斗星时，
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    我们看到的是北斗星80年前的样子。
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    那些朦胧的星系呢？
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    它们距离我们数百万光年。
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    来自它们的光需要传播数百万年才能到达地球。
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    所以我们的宇宙从某种程度上来说
    是一个内置时光机。
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    我们看得越远，我们越接近宇宙刚开始的样子。
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    天体物理学家们试图研究宇宙的历史
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    来解答我们如何而来以及我们从哪里来。
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    宇宙不断地以光的形式给我们发送信息，
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    剩下的就等我们来解读。
Title:
我们如何测量宇宙中的距离？- Yuan-Sen Ting
Description:

查看完整课程：http://ed.ted.com/lessons/how-do-we-measure-distances-in-space-yuan-sen-ting

当我们望向天空，我们看到的是一个二维的平面视图。那么天文学家如何得到恒星和星系的距离？Yuan-Sen Ting向我们展示了三角视差、标准烛光等方法如何帮助我们确定数十亿光年之外的天体的距离。

课程制作：Yuan-Sen Ting，动画：TED-Ed。
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Video Language:
English
Team:
closed TED
Project:
TED-Ed
Duration:
05:30

Chinese, Simplified subtitles

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