科学家是如何测量出“行星”之间距离的?
可以观测并确定行星的运动周期T和半长轴A。当时公式中唯一未知的量是引力常数G,直到1797年卡文迪什才利用扭转测量G,很快确定了太阳系中有卫星系统的行星的质量和太阳的质量。那么,对于太阳系外的恒星,如何测量它们的质量亮度,多年来一直困扰着天文学家,直到光谱线和黑体光谱的发现。先说两朵花绽放时的黑体辐射。用不了一两天,人们就会好奇物体是如何发光的。长期以来,人们发现随着温度的升高,铁炉中的铁会先变红后变白。
显然,温度对发光极其重要,基于这个想法,基尔霍夫假设了一个理想的条件——黑体:它可以吸收所有的外部光,而没有任何反射或透射。虽然黑体听起来很理想,但现实生活中的很多东西都可以近似为黑体,其中数量最多的是头顶上的万亿颗恒星。基尔霍夫通过简单的热力学计算指出,热平衡状态下物体的辐射能量与吸收能量之比与物体本身的物理性质无关,只与波长和温度有关。根据基尔霍夫辐射定律,在一定温度下,黑体一定是辐射能力最大的物体,可以称之为完全辐射体。
基尔霍夫定理是长征的第一步,接下来的任务是确定黑体在一定温度下的辐射能力。黑体辐射是瑞利爵士的两大著名乌云之一,细节不再深入。简而言之,普朗克在1900年用实验数据从理论上解决了这个问题。利用光子统计可以快速推导出黑体辐射定律。有了这些,我们就可以通过测量太阳光谱得到太阳表面的温度,而太阳的温度肯定只会取决于太阳中的燃料量,最后会和质量有关。另一方面,恒星的亮度最终会反映在远处。虽然这些关系目前还不清楚,但终于有事情可做了。
如果我们想要更为精确的确定行星的距离,还有一种方法,就是发射宇宙飞船了,这样做的成本显然要高了很多。如果我们想要测量某个行星的精确距离,就向这颗行星发射一艘宇宙飞船,让宇宙飞船围绕行星运行,然后将无线电信号发射回来,与上述的方法原理类似,由于对于信号的传播速度是已知的,所以我们能够测算出行星的距离,这种测量方法虽然成本极高,但也十分精确,不过这里所说的精确是指误差在2000米以内。那么人类到底为什么要测量行星的距离呢?测量行星的距离对于人类研究宇宙具有重要的基础性作用。
而且通过对于行星距离的测量,科学家们的确发现了一些和我们息息相关的事情。比如行星正在逐步远离太阳。不过不用担心,这种远离的速度是非常缓慢的,我们唯一需要思考的就是行星为什么会逐渐远离太阳。直接的原因只有一个,那就是太阳的引力正在下降。这并不算是什么令人惊讶的发现,因为早在很早以前,爱因斯坦就在广义相对论中描述了这种情况的出现