国产日韩欧美一区二区三区三州_亚洲少妇熟女av_久久久久亚洲av国产精品_波多野结衣网站一区二区_亚洲欧美色片在线91_国产亚洲精品精品国产优播av_日本一区二区三区波多野结衣 _久久国产av不卡

?

巨大長度量的測量

2014-02-27 02:15:14陳維石
教育教學(xué)論壇 2014年14期
關(guān)鍵詞:視差金星恒星

陳維石

(渤海大學(xué) 數(shù)理學(xué)院,遼寧 錦州 121019)

在天文學(xué)中,天體距離的測量是一個重要問題,了解宇宙天體到我們地球的距離是認(rèn)識天體其他性質(zhì)的基本前提。天體距離的測量是一個復(fù)雜而艱巨過程,它依賴于大量的物理學(xué)理論的支持。

一、地球到月球距離的測量

1.視差法。月球是距離我們最近的天體,天文學(xué)家們想了很多辦法測量它的遠(yuǎn)近,但都沒有得到滿意的結(jié)果??茖W(xué)的測量直到18世紀(jì)才由法國天文學(xué)家拉卡伊和他的學(xué)生拉朗德用三角視差法得以實現(xiàn)。他們的結(jié)果是月球與地球之間的平均距離大約為地球半徑的60倍,這與現(xiàn)代測定的數(shù)值很接近。

圖1中A、B為已知距離的兩點,O為被測量點,∠AOB為A、B對O點的視差角。顯然,測量出∠AOB即可計算出OC的距離。這就是三角視差法測距離的原理,AB為測量基線。測量地球到月球距離時,∠AOB很小,此時基線AB是數(shù)值越大誤差越小,測量時取海洋上同緯度不同經(jīng)度A、B兩點,測量出A、B兩點對月球的視差角,即可計算出月地距離。如圖2中,∠AOB稱為赤道地平視差,這時A、B兩點在地球上距離最大,測量誤差最小。

2.激光、雷達(dá)測距。雷達(dá)技術(shù)誕生后,人們又用雷達(dá)測定月球距離。激光技術(shù)問世后,人們利用激光的方向性好,光束集中,單色性強等特點來測量月球的距離。測量精度可以達(dá)到厘米量級?,F(xiàn)代測定地球到月球的平均距離為384401千米。

圖1 視差法原理圖

圖2 赤道地平視差

二、地球到太陽距離的測量

1.間接視差法。太陽視差就是指地球半徑對太陽的張角,簡單地說就是在地球的兩端同時觀測太陽,角度差的一半?,F(xiàn)代測量出來的太陽視差是8.80角秒。然后代入地球半徑用三角函數(shù)就能算出地球到太陽距離。用視差法測得日地平均距離約為1.5億千米。開普勒第三定律:行星的公轉(zhuǎn)周期的平方等于平均軌道半徑的立方式T2=a3中a的單位為日地距離即“天文單位”,T的單位為地球公轉(zhuǎn)周期“年”。若一個行星的公轉(zhuǎn)周期被測出,就可以算出它距離太陽幾個天文單位。由此可見,天文單位是度量太陽系大小的尺子。因此測定地球到太陽的距離是極為重要的。從上世紀(jì)五六十年代開始,人們開始使用大型合成孔徑雷達(dá)觀測行星,直接通過雷達(dá)可以精確測量金星到地球的距離。這時就可以精確測量出金星的軌道參數(shù),進而計算出太陽到地球的距離為1.4959億千米。

2.金星凌日法。金星凌日:太陽、金星、地球處于同一條直線上,在地球特定緯度的人們能看到金星的黑影劃過太陽表面。在地球上看金星凌日開始時刻各地是不同的。這是由于金星公轉(zhuǎn)使陰影劃過地球表面與地球自轉(zhuǎn)共同作用所致。那么在兩個相距較遠(yuǎn)的地方,當(dāng)然是越遠(yuǎn)越好,測定金星凌日開始時刻(或結(jié)束時刻),就會得到一個時間差。而金星繞日公轉(zhuǎn)周期人們是早就掌握的。這樣就可以很容易算出這段時間里,以太陽為圓心金星走過的角度。以前面所說地球上的兩處設(shè)為A點和B點,太陽為O。那么三角形OAB中,AB長度已知,∠AOB知道了當(dāng)然很容易求出三角形的高。這個高就是地日距離了。當(dāng)然算起來還得算上這段時間里地球自轉(zhuǎn)的距離。

圖3 金星凌日示意圖

2004年6月8日出現(xiàn)了百年難遇的金星凌日,北京天文臺進行了測量。北京和喀什位于相同緯度,處在金星陰影內(nèi),但經(jīng)度不同,所以兩地見凌日有3分21.60秒的時間差。北京到喀什距離3307.20千米。金星公轉(zhuǎn)周期為225天,綜合地球自轉(zhuǎn)因數(shù)等影響求得日地間距離約為149,600,000千米。

三、恒星距離的測量

1.三角視差法。文學(xué)家把需要測量的天體按遠(yuǎn)近不同分成好幾個等級。離我們比較近的天體,它們離我們最遠(yuǎn)不超300光年,天文學(xué)家用三角視差法測量它們的距離。稍遠(yuǎn)一點的天體我們無法用三角視差法測量它和地球之間的距離,因為在地球上再也不能精確地測定它們的視差了。周年視差:如何提高基線AB的長度,進而提高視差法測量的精度,人們想到了地球環(huán)繞太陽公轉(zhuǎn)的軌道。假定地球公轉(zhuǎn)軌道是圓形的,而地球公轉(zhuǎn)一周的時間是一年,那么,在每相隔6個月的時間間隔中,地球?qū)⑾群笪挥谙喈?dāng)于圓形軌道的一條直徑的兩個端點上。而這兩個端點的距離恰恰等于地球到太陽距離的2倍,即約3億千米!對于三角視差法說來,這是在地球環(huán)境中可以得到的最大AB值了。于是,人們就開始使用這種相隔6個月先后兩次觀測同一顆恒星的方法,所測得的角α值就叫做這顆恒星的“周年視差”。

圖4 周年視差示意圖

用周年視差法測定恒星距離,有一定的局限性,因為恒星離我們愈遠(yuǎn),視差就愈小,實際觀測中很難測準(zhǔn)。三角視差是一切天體距離測量的基礎(chǔ),至今用這種方法測量了約10,000多顆恒星。天文學(xué)上的距離單位除常見的天文單位(AU)、光年(ly)外,還有秒差距(pc),天體的周年視差為1角秒時,它距離我們?yōu)?秒差距。三種距離單位的關(guān)系是:1秒差距(pc)=3.26光年=206265天文單位(AU)=3.09×1013千米。由于大部分恒星的距離實在太遠(yuǎn),視差都非常小。加上地面觀測,大氣影響,早期的測量誤差很大。到20世紀(jì)初只測量了60顆恒星的視差,1989年發(fā)射的伊巴谷衛(wèi)星以0.002角秒的分辨率精度測量了多于100,000顆恒星的位置。但是,即使這樣的精度也只能將視差測量范圍伸展到幾百秒差距,直接視差法的測量范圍是300秒差距以內(nèi)(約1000光年)。這已經(jīng)是直接測量天體距離的極限了,所有超出這一視差極限的其他測量都有賴于間接方法和一系列推理,從此引發(fā)了有關(guān)宇宙距離尺度精度的意義深遠(yuǎn)的爭論。

2.分光視差法。該方法的核心是根據(jù)恒星的顏色測量譜線強度去確定恒星的光度,知道了光度(絕對星等),由觀測得到的視星等就可以得到距離。m-M=-5+5logR此公式中,M表示絕對星等;m表示視星等;R表示距離,以秒差距為單位,1秒差距=3.26光年。恒星的絕對星等能由恒星的譜線強度測得,而視星等又可直接測得,這樣,就可以測得恒星的距離。這種方法可以測得100秒差距以遠(yuǎn)的天體,但是拍攝這種恒星的光譜要用5米以上口徑的望遠(yuǎn)鏡,當(dāng)距離超過100千秒差距時,就很難拍攝到光譜了,所以分光視差法的測量范圍是100—100000秒差距左右(300—300000光年)。

3.造父變星視差法。大質(zhì)量的恒星當(dāng)演化到晚期時會呈現(xiàn)出不穩(wěn)定的脈動現(xiàn)象,形成脈動變星。在這些脈動變星中,有一類脈動周期非常規(guī)則,中文名叫造父。造父是中國古代的星官名稱。仙王座δ星中有一顆名為造父,它是一顆亮度會發(fā)生變化的“變星”。變星的光變原因很多。造父屬于脈動變星一類。當(dāng)它的星體膨脹時就顯得亮些,體積縮小時就顯得暗些。造父的這種亮度變化很有規(guī)律,它的變化周期是5天8小時46分38秒鐘,稱為“光變周期”。在恒星世界里,凡跟造父有相同變化的變星,統(tǒng)稱“造父變星”。1912年美國一位女天文學(xué)家勒維特研究小麥哲倫星系內(nèi)的造父變星的星等與光變周期時發(fā)現(xiàn):光變周期越長的恒星,其光度就越大。這就是對后來測定恒星距離很有用的“周光關(guān)系”。造父變星可以分為兩種:①經(jīng)典造父變星,屬于第一星族,是比較年輕的恒星,多為黃色的巨星或超巨星,常見于星系的旋臂中,質(zhì)量為太陽的幾倍到幾十倍,光度很大,是太陽的103到104倍。經(jīng)典造父變星在可見光波段光變幅度為0.1到2個星等,最亮?xí)r光譜型一般為F型,最暗時為G型或K型,光變周期從1.5天到50天不等。經(jīng)典造父變星的周光關(guān)系比較明顯,其絕對星等M與光變周期P的關(guān)系為:M=-1.8-1.741logP。②短周期造父變星,又稱室女座W型變星,屬于第二星族,是年老的恒星,銀河系中的室女座W型變星多分布于銀核、銀暈以及球狀星團中。光變周期短于一天,其絕對星等M與光變周期P的關(guān)系為:M=-0.35-1.75logP。知道了絕對星等,就可以利用絕對星等和視星等的關(guān)系得出距離了:M=m+5-5logR。公式中,M表示絕對星等;m表示視星等;P表示光變周期,以天為單位;R表示距離,以秒差距為單位,1秒差距=3.26光年。目前在銀河系內(nèi)共發(fā)現(xiàn)了700多顆造父變星。許多河外星系的距離都是靠這個量天尺測量的,造父變星因此而獲得了“量天尺”的美稱。我們整個銀河系的大小是根據(jù)造父變星的觀測確定的。銀河系是一個扁平狀的盤,中央厚約4,000秒差距(邊緣薄得多),直徑30,000秒差距,太陽在離中心約9,000秒差距的銀河系邊遠(yuǎn)地區(qū)。整個盤鑲嵌在球狀星團構(gòu)成的直徑約15萬秒差距的巨大的球形暈中。造父變星視差法的測量范圍是500萬秒差距(1700萬光年)以內(nèi),大于這個距離的就很難觀測到了。

4.哈勃紅移法。20世紀(jì)初,光譜研究發(fā)現(xiàn)幾乎所有的星系都有紅移現(xiàn)象。所謂紅移是指觀測到的譜線的波長比相應(yīng)的實驗室測知的譜線的波長要長,而在光譜中紅光的波長較長,因而把譜線向波長較長的方向的移動叫做光譜的紅移。1929年哈勃用2.5米大型望遠(yuǎn)鏡觀測到更多的河外星系,又發(fā)現(xiàn)星系距我們越遠(yuǎn),其譜線紅移量越大。譜線紅移的流行解釋是大爆炸宇宙學(xué)說。哈勃指出天體紅移與距離有關(guān)即Z=H×d/c。這就是著名的哈勃定律,式中Z為紅移量;c為光速;d為距離;H為哈勃常數(shù),其值為50~80(千米/秒·兆秒差距)。根據(jù)這個定律,只要測出河外星系譜線的紅移量,便可算出星系的距離。用譜線紅移法可以測定遠(yuǎn)達(dá)百億光年計的恒星距離。

哈勃定律揭示宇宙是在不斷膨脹的。這種膨脹是一種全空間的均勻膨脹。因此,在任何一點的觀測者都會看到完全一樣的膨脹,從任何一個星系來看,一切星系都以它為中心向四面散開,越遠(yuǎn)的星系間彼此散開的速度越大。

猜你喜歡
視差金星恒星
基于自適應(yīng)窗的立體相機視差圖優(yōu)化方法研究
(18)刺殺恒星
第六章 飛向金星
第六章 飛向金星
第六章 飛向金星
恒星的演化
恒星不恒
奧秘(2018年10期)2018-10-25 05:38:56
基于梯度域引導(dǎo)濾波的視差精煉迭代算法
金星探測“黑科技”來啦
軍事文摘(2017年16期)2018-01-19 05:10:07
基于分割樹的視差圖修復(fù)算法研究
兴隆县| 新源县| 清丰县| 开江县| 灌阳县| 鱼台县| 丹东市| 临夏县| 湖南省| 阳信县| 万荣县| 大英县| 通河县| 大厂| 东丰县| 定襄县| 黑龙江省| 田东县| 景洪市| 手游| 化德县| 嵊州市| 莲花县| 广德县| 岑巩县| 元朗区| 藁城市| 英山县| 鄂尔多斯市| 乌拉特中旗| 海安县| 汾西县| 赤壁市| 崇文区| 韶关市| 鄂伦春自治旗| 滁州市| 石河子市| 新干县| 仙游县| 鲁山县|