星光來(lái)自很多光年外，科學(xué)家憑啥知道，會(huì)是隨意瞎猜的嗎？

看了網(wǎng)上一些帖子和評(píng)論，有這種想法的網(wǎng)友很多，他們根本不相信那些遙遠(yuǎn)的星光來(lái)自幾十幾百甚至幾十億上百光年以外，認(rèn)為科學(xué)家們也是隨意瞎猜，糊弄人的。

就像人的頭發(fā)，有人就故作高深地說(shuō)你的頭發(fā)有100238根，不信你就數(shù)數(shù)看。你說(shuō)多少就是多少唄，誰(shuí)數(shù)得清?。考幢泐^發(fā)能數(shù)清，這么幾十幾百億光年距離有什么法子去丈量呢？誰(shuí)能證明是真的呢？要知道1光年距離大約有9.46萬(wàn)億公里，100億光年就是946萬(wàn)億億公里呀。

由此，許多人根本不信這些天體真的有那么遠(yuǎn)，或者那么精確地知道有多遠(yuǎn)。其實(shí)有這種擔(dān)憂的人真是多慮了，他們不知道現(xiàn)代天文學(xué)經(jīng)過(guò)幾百年發(fā)展，對(duì)天體距離測(cè)量已經(jīng)有了許多成熟的方法。人們把這些方法輸入到計(jì)算機(jī)，并且與各種望遠(yuǎn)鏡結(jié)合起來(lái)，早就不需要掰著指頭計(jì)算了。

一旦某個(gè)天體被望遠(yuǎn)鏡捕捉到，經(jīng)過(guò)已經(jīng)建模的程序計(jì)算，很快就會(huì)得到它的距離和元素成分、光度、質(zhì)量等基本參數(shù)了。過(guò)去時(shí)空通訊也多次大略說(shuō)過(guò)這些方法，今天就再詳細(xì)說(shuō)說(shuō)比較常用的一種方法~光譜紅移。

測(cè)量遠(yuǎn)方星系用得較多的方法是光的多普勒效應(yīng)。

多普勒效應(yīng)是奧地利科學(xué)家克里斯琴·約翰·多普勒在1842年發(fā)現(xiàn)并創(chuàng)立的一個(gè)理論，叫這個(gè)名稱就是為了紀(jì)念他。這個(gè)理論的主要內(nèi)容是，波源的波長(zhǎng)會(huì)隨著運(yùn)動(dòng)方向?qū)?yīng)觀測(cè)者發(fā)生改變，向著觀測(cè)者運(yùn)動(dòng)的波源，波會(huì)被壓縮，波長(zhǎng)會(huì)變短，頻率會(huì)變高；反之則會(huì)出現(xiàn)相反的效應(yīng)。

聲波就是一個(gè)很明顯的例子。當(dāng)一列火車高速向你靠近時(shí)，你聽到的鳴笛聲會(huì)更高昂，而離你遠(yuǎn)去時(shí)，聽到的笛聲就會(huì)變得低沉。這就是聲波受到壓縮變短和受到拉伸變長(zhǎng)，頻率隨之變化的效應(yīng)。所有的波都有這種特性。

光是由不同波段電磁波組成，分為可見(jiàn)光和不可見(jiàn)光。可見(jiàn)光是由不同波長(zhǎng)的七色光組成，波長(zhǎng)約在380nm~780nm之間，其中紅光波長(zhǎng)最長(zhǎng)，約在640nm~780nm，藍(lán)光波長(zhǎng)最短，約在380nm~430nm之間。當(dāng)光源向觀測(cè)者高速靠近時(shí)，由于波長(zhǎng)被壓縮變短，因此光譜會(huì)向藍(lán)端移動(dòng)，簡(jiǎn)稱為藍(lán)移；反之向紅端移動(dòng)，簡(jiǎn)稱為紅移。

哈勃定律是測(cè)量遠(yuǎn)方天體距離的標(biāo)尺。

1929年，美國(guó)著名天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)了宇宙的一個(gè)重要規(guī)律，就是宇宙在膨脹，宇宙中所有遠(yuǎn)方星系都在離我們而去，而且各向同性（所有方向是一樣的），越遠(yuǎn)的星系離開得越快，離開的速度與距離成正比例線性關(guān)系。他的這個(gè)發(fā)現(xiàn)首先得到了愛(ài)因斯坦的證實(shí)，漸漸成為天文學(xué)界的一個(gè)共識(shí)。

哈勃由此創(chuàng)立了哈勃定律，簡(jiǎn)單表述為：V=H*D。這里的V表述遠(yuǎn)方天體的退行速度，單位為km/s；H為哈勃常數(shù)，就是百萬(wàn)秒差距位置的星系退行速度，單位km/(s·Mpc)；D為目標(biāo)星系相對(duì)地球的距離，單位Mpc。這里的Mpc為百萬(wàn)秒差距單位，1秒差距約等于3.26光年。

哈勃定律公式可變換為：D=V/H，也就是知道了目標(biāo)天體的離開我們的速度，就可以計(jì)算出這個(gè)天體與我們的距離。這里面有一個(gè)哈勃常數(shù)H，是通過(guò)科學(xué)測(cè)量得到的。十多年來(lái)，科學(xué)家們通過(guò)各種方法和設(shè)備儀器，測(cè)得的哈勃常數(shù)在67.8~82.4之間，我們?nèi)∫粋€(gè)中間值，約為75.1。也就是說(shuō)在距離我們326萬(wàn)光年的位置，那里的星系離開我們的速度為每秒75.1km。

紅移量是確定遠(yuǎn)方天體距離的準(zhǔn)星。

可見(jiàn)光通過(guò)棱鏡色散，就可以得到分為不同波長(zhǎng)顏色的彩色圖案，這個(gè)彩色圖案就叫光譜圖。任何天體發(fā)出的光都會(huì)有自己的光譜圖。因?yàn)楹阈堑臍怏w會(huì)吸收某些波長(zhǎng)的光，而每一種元素都會(huì)產(chǎn)生特定的吸收線，天文學(xué)家們通過(guò)研究某個(gè)天體光譜圖中的吸收線，就可以得到這個(gè)天體是由哪些元素組成的。

天文學(xué)家們將發(fā)現(xiàn)的天體光譜圖中吸收線的位置，與實(shí)驗(yàn)室光源下同元素吸收線位置相比較，就能夠得到這個(gè)天體的紅移或者藍(lán)移量，而紅移和藍(lán)移量的大小是與速度成正比的，藍(lán)移量越大，光源向我們奔來(lái)的速度越大；紅移量越大，則光源離我們遠(yuǎn)去的速度越大。

計(jì)算紅移和藍(lán)移量的公式為：紅移量Z＝（λ’－λ）/λ，其中λ’是紅移光源的波長(zhǎng)，λ為實(shí)驗(yàn)室光源的波長(zhǎng)；藍(lán)移量Z'＝（λ”+λ）/λ，其中λ”是藍(lán)移光源的波長(zhǎng)，λ為實(shí)驗(yàn)室光源的波長(zhǎng)。得到了紅移量后，就可以計(jì)算出新發(fā)現(xiàn)天體離開我們的速度，公式為：V=ZC，這里V為遠(yuǎn)方星系退行的速度，Z為紅移量，C為光顧。

有了紅移量這個(gè)準(zhǔn)星，就能夠計(jì)算出天體與我們的距離。

知道了某個(gè)新發(fā)現(xiàn)天體離開我們的速度，就可以根據(jù)哈勃定律計(jì)算出它與我們的距離了。比如我們得到這個(gè)新發(fā)現(xiàn)天體的紅移量為0.08，代入公式V=ZC，可以得出它的退行速度為V=0.8*300000=24000km/s；再代入哈勃定律公式D=V/H，就得到了這個(gè)新發(fā)現(xiàn)天體與我們距離為：D=240000/75.1≈319.6Mpc，換算成光年約為10.42億光年。

由此就知道了這個(gè)新發(fā)現(xiàn)天體距離我們約有10.42億光年，這個(gè)天體的光就是經(jīng)歷了10.42億年的漫長(zhǎng)時(shí)間奔波才來(lái)到我們的眼前，我們看到的這個(gè)天體也就還是10.42億年前的樣子。由于它一直在非?？斓碾x開我們，而且會(huì)越遠(yuǎn)越快，現(xiàn)在這個(gè)天體早就到了更遠(yuǎn)的地方了，現(xiàn)在是什么樣子，就要再過(guò)現(xiàn)在它距離我們光年的相等年數(shù)后，我們才能看到。

這里提示兩點(diǎn)：其一，這種宇宙空間大尺度的測(cè)量，并不是非常精確，有一定誤差，這種誤差都是以光年來(lái)計(jì)算的；其二，宇宙膨脹是大尺度膨脹，因此用紅移量確定天體距離越遠(yuǎn)才越準(zhǔn)確，至少要距離我們326萬(wàn)光年以上的天體，才能采用哈勃常數(shù)計(jì)算。而距離我們較近的天體，由于引力相互作用，還有不斷靠近的趨勢(shì)，哈勃常數(shù)無(wú)效；其三，采用哈勃定律計(jì)算距離的光譜紅移主要是視向多普勒紅移，但天體紅移量還會(huì)受到橫向紅移、引力紅移、多重星系反常紅移等的干擾。

由于這些不確定因素，在利用紅移量測(cè)定遙遠(yuǎn)天體距離時(shí)，要充分考慮相對(duì)論效應(yīng)，同時(shí)還需要與其他測(cè)量方法相互印證，才能得到更精確的數(shù)據(jù)。

天體距離的測(cè)量還有很多方法。

幾百年來(lái)，科學(xué)界已經(jīng)總結(jié)出了很多天體距離測(cè)量方法，比較常見(jiàn)的有三角視差法、造父變星法、la超新星法等。

三角視差法：這是最古老的測(cè)量方法，這是運(yùn)用幾何原理，把要觀測(cè)的天體與已知的附近天體，如地球和太陽(yáng)，連成一個(gè)虛擬的三角形，以已知的一個(gè)邊長(zhǎng)和一個(gè)角度，就可以求出另外兩個(gè)邊長(zhǎng)的長(zhǎng)度啦。這種測(cè)量一般用在比較近距離的天體才精確，距離太遠(yuǎn)的天體夾角太小，很難精確測(cè)量。

造父變星法：宇宙中存在著一些高光度周期性光變的變星，它們的光變周期很有規(guī)律，具有周期性光變關(guān)系。這種關(guān)系是越亮的變星光變周期越長(zhǎng)，反之就越短，亮度相等的變星具有相同光變曲線。這樣科學(xué)家們不管這顆變星距離多遠(yuǎn)，只要通過(guò)其光變周期，就能知道其亮度了。

科學(xué)家們通過(guò)用其它方法測(cè)量出近距離變星的準(zhǔn)確距離，再根據(jù)變星亮度對(duì)比就能夠知道遙遠(yuǎn)位置同等變星的距離了，進(jìn)一步就得到變星所在星系以及附近天體的距離。因此造父變星又被稱為量天尺。

la超新星法：這種方法和造父變星法差不多，只不過(guò)是利用超新星來(lái)測(cè)量距離。超新星有很多種，其中有一種叫做la型超新星，是白矮星經(jīng)過(guò)吸積到達(dá)太陽(yáng)質(zhì)量的1.44倍時(shí)，也就是到達(dá)錢德拉塞卡極限，就會(huì)發(fā)生大爆發(fā)，之后坍縮成一顆中子星。

因?yàn)檫@種超新星爆發(fā)時(shí)的質(zhì)量幾乎一樣，所發(fā)出的能量也就一樣，因此亮度也是一樣的。同等亮度的天體，具有越近越亮，越遠(yuǎn)越暗的線性關(guān)系，這樣只要測(cè)得的這顆超新星的視星等，就知道它距離我們多遠(yuǎn)了，從而也知道了它所在的星系和附近的天體的距離。

這種方法人們把它稱之為“標(biāo)準(zhǔn)燭光”，它就像點(diǎn)燃在黑暗宇宙中的一支支亮度相等的蠟燭，讓人們從感受到的亮度計(jì)算出其距離。還有許多種方法測(cè)量天體距離，現(xiàn)代對(duì)比較近的天體采用激光測(cè)距、雷達(dá)波測(cè)距等等，這里就不一一解釋了。

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