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星星有多遠?
2006/06/10 01:02
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網友問起,我們怎麼知道星星有多遠呢?

很簡單的問題,是吧?答案卻非常複雜,也極為重要。「星星有多遠」這個問題和天文學上大部分的問題都有關係,我們或可以「星星有多遠」作為主軸,來寫一部天文學發展史。

由於天文測距非常困難,不是我這個寫科普的門外漢可以講得清楚的,只好簡略的說個大概。

測量星距的第一個方法叫作三角視差法,這也是最基本的方法。在地球上,如果要測量一個遠方又難以到達的地方的距離,就是用這種方法。

例如我們想知道遠方一個山頭的距離,我們可以先選定一個定點,在該點測出山頭的方位角;然後從這一點橫向移動到第二個定點,再從第二個定點測出山頭的方位角。

我們可以測量兩個定點之間的距離,又知道兩個定點和山頭間的方位角差(視差),因而可以利用三角學的公式,算出山頭的距離。

利用同樣的原理,我們可以計算出太陽、月球和各行星的距離。

不過說來容易做來難。這些星體的距離都比一座山頭要遠得太多,這意味著,這些目標的視差都非常小,如果要得到精確的測量值,那麼測量的兩個定點之間的距離要盡可能的遠(也就是儘量獲得較大的視差)。所以,可能第一個觀察點在歐洲,而第二個點在南太平洋。這又意味著兩個條件:

第一,要有精確的地圖,並且精確的知道兩地的距離。地表是有弧度的,但三角運算要知道兩地的直線距離。

第二,天體是運動的,所以兩個點必須同時測量。這就必須要有非常準確的時鐘。

以現在的科技而言,這兩個條件都不算是什麼問題,但在十七世紀以前,就不是那麼理所當然了。

下圖就是這種測量法的示意圖,圖中測量火星的視差,是以遙遠的恆星作為參考的背景框架。由於恆星的距離又遠遠大於行星,所以姑且把它們當作是不動的(這就是行星與恆星之名的由來。)

如果我們測量的是恆星,而非太陽系內的星體,所麼,上述方法就不管用了。由於恆星距離太遠,即使在地球上最遙遠的兩點來測量,視差仍然太小。

所以,我們就利用地球的軌道來測量,例如說,春分的時候測一次,秋分的時候再測一次。這樣,就有足夠的視差了。

但是,這又多了一個條件:我們需要知道春分和秋分時地球的軌道半徑,才能知道地球在二分點之間的距離。換句話說,我們要對地球的公轉軌道有能力作精確的描述。

不過,這種方法也只能用來測量較近的恆星,並以遙遠星體為參考框架。可惜的是,絕大部分星體都十分遙遠,視差實在太小了,所以沒有辦法用這個方法來測定距離。

(待續)


下圖引用自《銀河系大定位》,遠流出版。

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2樓. 琉璃帳
2006/06/13 11:53
不寫公式
其實最好的對話是數學,但是我自己不是學數理出身,大多數讀者也很怕數學。所以,我的策略是「不寫公式」,希望這樣仍然能幫助大家建立一些基本的概念。
1樓. 稻柏臨
2006/06/13 03:25
測星星

越來越好玩了! 找一張較易懂的圖!

對靠近地球的星星(幾百光年內), 天文學家利用數學上的三角幾何學,採用視差(parallax)的方法測星星的距離。

對更遠的星星 天文學家用星星被觀察到的亮度與"計算出"的"實際"亮度 Cepheid variable.

本來想寫這個題目 後來覺得太多數學公式 不知該如何寫 加上世界盃足球賽 想想就作罷了!

期待你的"系列"專輯!