Question

人类如何测出宇宙的大小

Answer 1

要推测宇宙的大小,首先要知道距离我们最远的恒星离我们的距离.只要知道了这个距离,再我们发现新的更远的恒星之前,便可推测,整个可观测宇宙的大小.
具体测定恒星距离的方法有下面几种:
(1)三角视差法
河内天体的距离又称为视差,恒星对日地平均距离（a）的张角叫做恒星的三角视差(p),则较近的恒星的距离D可表示为：
sinπ＝a/D
若π很小,π以角秒表示,且单位取秒差距(pc),则有：D=1/π
用周年视差法测定恒星距离,有一定的局限性,因为恒星离我们愈远,π就愈小,实际观测中很难测定.三角视差是一切天体距离测量的基础,至今用这种方法测量了约10,000多颗恒星.
天文学上的距离单位除天文单位（AU）、秒差距(pc)外,还有光年(ly),即光在真空中一年所走过的距离,相当94605亿千米.三种距离单位的关系是：
1秒差距(pc)＝206265天文单位(AU)＝3.26光年＝3.09×1013千米
1光年(1y)＝0.307秒差距(pc)＝63240天文单位(Au)＝0.95×1013千米.
(2)分光视差法
对于距离更遥远的恒星,比如距离超过110pc的恒星,由于周年视差非常小,无法用三角视差法测出.于是,又发展了另外一种比较方便的方法--分光视差法.该方法的核心是根据恒星的谱线强度去确定恒星的光度,知道了光度（绝对星等M）,由观测得到的视星等(m)就可以得到距离.
m - M= -5 + 5logD.
(3)造父周光关系测距法
大质量的恒星,当演化到晚期时,会呈现出不稳定的脉动现象,形成脉动变星.在这些脉动变星中,有一类脉动周期非常规则,中文名叫造父.造父是中国古代的星官名称.仙王座δ星中有一颗名为造父一,它是一颗亮度会发生变化的“变星”.变星的光变原因很多.造父一属于脉动变星一类.当它的星体膨胀时就显得亮些,体积缩小时就显得暗些.造父一的这种亮度变化很有规律,它的变化周期是5天8小时46分38秒钟,称为“光变周期”.在恒星世界里,凡跟造父一有相同变化的变星,统称“造父变星”.
1912 年美国一位女天文学家勒维特（Leavitt 1868--1921）研究小麦哲伦星系内的造父变星的星等与光变周期时发现：光变周期越长的恒星,其亮度就越大.这就是对后来测定恒星距离很有用的“周光关系”.目前在银河系内共发现了700多颗造父变星.许多河外星系的距离都是靠这个量天尺测量的.
(4)谱线红移测距法
20 世纪初,光谱研究发现几乎所有星系的都有红移现象.所谓红移是指观测到的谱线的波长(l)比相应的实验室测知的谱线的波长(l0)要长,而在光谱中红光的波长较长,因而把谱线向波长较长的方向的移动叫做光谱的红移,z=(l-l0)/ l0.1929年哈勃用2.5米大型望远镜观测到更多的河外星系,又发现星系距我们越远,其谱线红移量越大.
谱线红移的流行解释是大爆炸宇宙学说.哈勃指出天体红移与距离有关：Z = H*d /c,这就是著名的哈勃定律,式中Z为红移量；c为光速；d为距离；H为哈勃常数,其值为50～80千米／(秒·兆秒差距).根据这个定律,只要测出河外星系谱线的红移量Z,便可算出星系的距离D.用谱线红移法可以测定远达百亿光年计的距离.

Answer 2

要推测宇宙的大小,首先要知道距离我们最远的恒星离我们的距离.只要知道了这个距离,再我们发现新的更远的恒星之前,便可推测,整个可观测宇宙的大小.
具体测定恒星距离的方法有下面几种:
(1)三角视差法
河内天体的距离又称为视差,恒星对日地平均距离（a）的张角叫做恒星的三角视差(p),则较近的恒星的距离D可表示为：
sinπ＝a/D
若π很小,π以角秒表示,且单位取秒差距(pc),则有：D=1/π
用周年视差法测定恒星距离,有一定的局限性,因为恒星离我们愈远,π就愈小,实际观测中很难测定.三角视差是一切天体距离测量的基础,至今用这种方法测量了约10,000多颗恒星.
天文学上的距离单位除天文单位（AU）、秒差距(pc)外,还有光年(ly),即光在真空中一年所走过的距离,相当94605亿千米.三种距离单位的关系是：
1秒差距(pc)＝206265天文单位(AU)＝3.26光年＝3.09×1013千米
1光年(1y)＝0.307秒差距(pc)＝63240天文单位(Au)＝0.95×1013千米.
(2)分光视差法
对于距离更遥远的恒星,比如距离超过110pc的恒星,由于周年视差非常小,无法用三角视差法测出.于是,又发展了另外一种比较方便的方法--分光视差法.该方法的核心是根据恒星的谱线强度去确定恒星的光度,知道了光度（绝对星等M）,由观测得到的视星等(m)就可以得到距离.
m - M= -5 + 5logD.
(3)造父周光关系测距法
大质量的恒星,当演化到晚期时,会呈现出不稳定的脉动现象,形成脉动变星.在这些脉动变星中,有一类脉动周期非常规则,中文名叫造父.造父是中国古代的星官名称.仙王座δ星中有一颗名为造父一,它是一颗亮度会发生变化的“变星”.变星的光变原因很多.造父一属于脉动变星一类.当它的星体膨胀时就显得亮些,体积缩小时就显得暗些.造父一的这种亮度变化很有规律,它的变化周期是5天8小时46分38秒钟,称为“光变周期”.在恒星世界里,凡跟造父一有相同变化的变星,统称“造父变星”.
1912 年美国一位女天文学家勒维特（Leavitt 1868--1921）研究小麦哲伦星系内的造父变星的星等与光变周期时发现：光变周期越长的恒星,其亮度就越大.这就是对后来测定恒星距离很有用的“周光关系”.目前在银河系内共发现了700多颗造父变星.许多河外星系的距离都是靠这个量天尺测量的.
(4)谱线红移测距法
20 世纪初,光谱研究发现几乎所有星系的都有红移现象.所谓红移是指观测到的谱线的波长(l)比相应的实验室测知的谱线的波长(l0)要长,而在光谱中红光的波长较长,因而把谱线向波长较长的方向的移动叫做光谱的红移,z=(l-l0)/ l0.1929年哈勃用2.5米大型望远镜观测到更多的河外星系,又发现星系距我们越远,其谱线红移量越大.
谱线红移的流行解释是大爆炸宇宙学说.哈勃指出天体红移与距离有关：Z = H*d /c,这就是著名的哈勃定律,式中Z为红移量；c为光速；d为距离；H为哈勃常数,其值为50～80千米／(秒·兆秒差距).根据这个定律,只要测出河外星系谱线的红移量Z,便可算出星系的距离D.用谱线红移法可以测定远达百亿光年计的距离.
编辑于 2020-01-08
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