天梯（二）｜街灯给天文学家的启示

每一颗恒星其实和一只电灯泡一样，有自己的“瓦数”。...

撰文：彭冠辰（英国曼彻斯特大学）

责编：寒凌旭

审校：郑永春

上次说到，为了放大一颗星星的视差效应，我们只需要增加两次拍照的距离就可以了。但是，这个距离是有上限的。有些读者可能想到，既然如此，那我就不远万里，绕地球半圈，走到第一次拍照地点的地球另一面，这样得到的视差应该是最大的了吧？（如图1所示）

实际上，更有耐心的科学家选择的不是走到地球的对面，而是等候半年时间，让地球自己绕到太阳的另一侧去，再拍摄第二张照片。这样获得的视差可比利用地球直径得到的视差大得多了，而且是生活在地球上的我们能获得的最大视差。为了突出它的与众不同，天文学家叫它周年视差。

图1：左图为利用地球直径产生的视差示意图，

右图为天文学中常用的周年视差与左图视差的对比图，

可以看出，周年视差要远大于左图的视差。

天文学家规定，周年视差为1角秒（1角度=3600角秒）的星星，与我们之间的距离为一个“秒差距”，记为1 pc。1 pc有多远呢？形象地说，大家知道，光的运动速度最快，但是光走上3.26年的旅途才约等于1 pc。

有些读者可能觉得奇怪，我们生活中的常用单位米不挺好的嘛，天文学家干嘛要引入一个听都没听过的秒差距作为单位啊？

就目前所知，离太阳最近的恒星到我们的距离大概是40678000000000米，这种天文数字写起来实在不方便。所以，和我们一样爱“偷懒”的天文学家，就决定换个基本单位，用”秒差距“来表示，这样最近的恒星到我们的距离就是1.3 pc。另一个好处就是，根据秒差距的定义，周年视差为1角秒的星星，与我们的距离为1 pc；那么周年视差为0.5角秒的星星，与我们的距离就是2 pc；周年视差为0.1角秒的星星，与我们的距离就是10 pc。（如图2所示）



图2：周年视差与距离的关系。当视差角是角秒量级的小角度时，距离与周年视差成倒数关系。

就这样，天文学家起初利用这种方法测量了大约12万颗星星的距离，其中最远的星星距离我们200 pc。尽管12万颗星星已经是很了不起的数字了，但这不过是星辰大海中的一小勺而已。那么，问题来了，怎样才能测量得更远呢？读者可以想一想，哪个我们没说到的地方还大有改进之处呢？就结果而言，21世纪的科技进步确实让“视差法”更上一层楼，最远能测量到10000 pc的星星（如图3所示）。图3：三角视差法的观测范围示意图。图中白线旁的8000 pc是太阳系到银河系中心的距离。

黄线旁的10000 pc是视差法的测量范围。

从上图看到，尽管走到尽头的视差法，让我们迈出了相当大的一步，实际上却连银河系都尚未全面普查。如果你是为此苦恼不已的天文学家，一边感叹人类的渺小，一边走在街灯璀璨的路上。这时，你会注意到一件很平常的事情：明明每个街灯安装的都是60瓦的灯泡，可是近处的灯却显得那么亮，越往远处的灯却依次暗了下去。因此，我们看到的灯亮度，不仅与它的功率有关，还与它的距离有关。正是这个细节，为科学家们照亮了那些“视差法”未能涉及的“黑暗区域”。



图4：来自街灯的启示

天文学家知道，天上绝大多数的星星都是像太阳一样的恒星。而每一颗恒星其实与灯泡一样，有自己的“瓦数”。为了正式一些，天文学家将这种与灯泡“瓦数”类似的、表示发光本领的物理量称为”光度“。在进一步测量更远星星的距离前，天文学家“本末倒置”地研究了之前距离已知的那12万多颗星星，用它们的表观亮度和距离得到了它们的光度，再仔细地研究每颗星星的光谱特征，并把这些光谱特征分为七大类。结果发现，有一类被称为主序星的星星，它们的光谱特征就与商品包装上的条形码一样，与其光度存在很好的对应关系。



图5：”主序星‘牌“灯泡”及其对应光谱的”条形码“

有一些看不出来周年视差的星星是可以分析出来光谱特征的。如果它们又碰巧是主序星，那么就可以用这种对应关系得出它们的光度，再与表观亮度对比，经过换算就可以计算距离了。学界把这套分析光谱计算距离的方法称为分光视差法。

等一下，为啥这种与“视差法”八杆子打不着的方法也叫XX视差法？在前文介绍中我们发现，“秒差距”单位制中距离与视差是简单的倒数关系。结果时间一久，不那么严谨的天文学家们就认为视差和距离就是一回事了。又加上视差法立下了测定12万多颗星的距离的丰功伟绩，就阴差阳错地这样命名了。

分光视差法又有多大本事呢？它可以测量到距离我们50000 pc的星星呢～

所以，科学家有时候就是这样，解决重大问题的能力让人佩服不已，在细节上反倒不拘小节，容易让外人引起误会了。

往期经典：

▷天梯（一）｜从双眼的“错觉”出发

▷星星的轨道：星星为什么跟着我们跑？

▷嘿，“悟空”又去捉妖了，你知道吗？

▷ “露西”和“赛姬”：NASA热门小行星探测任务解析

▷实用指南｜如何在海拔三万英尺与美丽星空不期而遇

▷走近仙女座：大星云 小幸运

▷星座课堂｜摩羯座闷骚的原因竟然是……

▷普通人的太空梦想——太空联盟新年贺词

    关注 太空联盟