聚焦：測量恒星離我們的距離

午休后，開開正在書房里學習，爸爸坐在沙發上喝茶看書，享受著下午愜意的時光。

“爸爸，我有個問題想問問您。”開開從書房走過來問道。

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爸爸的臉慢慢地從書后面露出來，看著開開說：“噢？開開又遇到什么不明白的問題了？”

“爸爸，我看書的時候想到個問題，我們是如何知道地球與某顆恒星間的距離呢？”開開一臉費解的看著爸爸，“比如說地球夜空中能看到的最亮恒星——天狼星，書上說我們距離天狼星差不多有8.6光年，這個距離是怎么得出來的呢？”

“是這樣的，通過望遠鏡觀測，我們知道恒星的顏色多種多樣，這是因為恒星的溫度也是不一樣的，溫度最高的恒星呈藍白色，溫度最低的為橙紅色。”爸爸開始認真地講道，“通過分析恒星光的組成顏色，可以了解到恒星的組成成分和它的運動速度。再通過對位置的精確測量，天文科學家們就可以測量出地球與恒星間的距離，甚至還可以預測數千年后恒星在天空中的行進路徑。”

“為什么通過恒星的顏色就可以分析出這么多的數據啊？”開開問道。

“這個問題啊...”爸爸放下了手中的書，摸著下巴說道，“涉及到兩個概念，一個一個說吧。”

“嗯，您說吧，我認真聽著呢。”開開一臉期待的說著。

“首先，要明白什么是光譜。光實際上是由波長長短不一的電磁波組成的。我們通過一個類似棱鏡作用的光譜儀，可以把光分解成不同的波長，由這些不同波長形成的色帶就是光譜。”爸爸認真地講著，“恒星大氣中的元素會吸收某些波長的光，在光譜中留下顏色偏暗的吸收線，也叫譜線。在恒星的光譜中，譜線的波長會受到恒星運動的影響，這就是多普勒效應。”

“多普勒效應？那是什么意思啊？”開開不解道。

“這就是爸爸要說的第二個概念。”爸爸繼續說道，“多普勒效應是指當你和波源有相對運動時，你接受到波的頻率與波源發出的頻率并不相同的現象。”

“我不太理解這個，您能講詳細一點嗎？”開開問道。

“舉個生活中的例子來說明吧，這樣你就明白了。”爸爸看著開開說道，“當你在鐵路邊上聽火車由遠而近的汽笛聲時，汽笛的音調總是由高音到低音變化的。我們知道聲波頻率高時音調就高，頻率低時音調就低。若火車靜止汽笛不斷發出固定頻率的聲波，我們聽到的音調便固定。若火車向我們移動，由于它此時具有速度，它便等于在追趕它發向我們的第一個波峰，同時又發出第二個波峰，這就等于縮短了波長，增加了頻率，因此聽到的音調就高。同樣，它離我們而去的時候，波長被拉長，頻率降低，聲音便低沉。”

“那這個和地球與恒星的距離有什么關系嗎？”開開有點疑惑。

“當然有關系，這個規律不僅在聲波上適用，也同樣適用在光波上。還記得剛剛講的光譜和譜線嗎？”爸爸說道，“當恒星向地球移動時，波長將會縮短，譜線會向光譜的藍端移動，也叫藍移。當恒星遠離地球，波長就會變長，譜線就會向光譜的紅端移動，叫紅移。通過測量波長的變化，天文學家就能計算出恒星的速度、和地球的距離等信息了。”

“謝謝爸爸，我懂了，但還需要再去消化一下您講的這些知識。”開開似乎明白了。

“嗯，開開真好學啊，有什么不懂的問題，再來問爸爸吧。”爸爸說完繼續看書了。

【知識卡】測量恒星離我們的距離

多普勒效應是空間本身不變化，光源相對于觀測者運動而造成的。然而近年的研究表明，本星系群中的那些河外星系的紅移和藍移，都是多普勒效應的表現。本星系群之外的河外星系都只表現出紅移，而且遵從哈勃定律，離我們越遠的紅移越厲害，這種宇宙學紅移，不是多普勒效應造成的，而是空間膨脹造成的。由于空間膨脹是廣義相對論的結論，是時空彎曲的一種動力學效應，所以宇宙學紅移本質上屬于“引力紅移”。

標簽： 多普勒效應 本星系群 宇宙學紅移 河外星系