聚焦：測量恒星離我們的距離

午休后，開開正在書房里學(xué)習(xí)，爸爸坐在沙發(fā)上喝茶看書，享受著下午愜意的時(shí)光。

“爸爸，我有個(gè)問題想問問您?！遍_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(shí)候想到個(gè)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(fèi)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(gè)距離是怎么得出來的呢？”

“是這樣的，通過望遠(yuǎn)鏡觀測，我們知道恒星的顏色多種多樣，這是因?yàn)楹阈堑臏囟纫彩遣灰粯拥模瑴囟茸罡叩暮阈浅仕{(lán)白色，溫度最低的為橙紅色?！卑职珠_始認(rèn)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(yùn)動(dòng)速度。再通過對(duì)位置的精確測量，天文科學(xué)家們就可以測量出地球與恒星間的距離，甚至還可以預(yù)測數(shù)千年后恒星在天空中的行進(jìn)路徑?！?/p>

“為什么通過恒星的顏色就可以分析出這么多的數(shù)據(jù)?。俊遍_開問道。

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

“嗯，您說吧，我認(rèn)真聽著呢?！遍_開一臉期待的說著。

“首先，要明白什么是光譜。光實(shí)際上是由波長長短不一的電磁波組成的。我們通過一個(gè)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(rèn)真地講著，“恒星大氣中的元素會(huì)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(huì)受到恒星運(yùn)動(dòng)的影響，這就是多普勒效應(yīng)。”

“多普勒效應(yīng)？那是什么意思??？”開開不解道。

“這就是爸爸要說的第二個(gè)概念。”爸爸繼續(xù)說道，“多普勒效應(yīng)是指當(dāng)你和波源有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，你接受到波的頻率與波源發(fā)出的頻率并不相同的現(xiàn)象。”

“我不太理解這個(gè)，您能講詳細(xì)一點(diǎn)嗎？”開開問道。

“舉個(gè)生活中的例子來說明吧，這樣你就明白了?！卑职挚粗_開說道，“當(dāng)你在鐵路邊上聽火車由遠(yuǎn)而近的汽笛聲時(shí)，汽笛的音調(diào)總是由高音到低音變化的。我們知道聲波頻率高時(shí)音調(diào)就高，頻率低時(shí)音調(diào)就低。若火車靜止汽笛不斷發(fā)出固定頻率的聲波，我們聽到的音調(diào)便固定。若火車向我們移動(dòng)，由于它此時(shí)具有速度，它便等于在追趕它發(fā)向我們的第一個(gè)波峰，同時(shí)又發(fā)出第二個(gè)波峰，這就等于縮短了波長，增加了頻率，因此聽到的音調(diào)就高。同樣，它離我們而去的時(shí)候，波長被拉長，頻率降低，聲音便低沉?！?/p>

“那這個(gè)和地球與恒星的距離有什么關(guān)系嗎？”開開有點(diǎn)疑惑。

“當(dāng)然有關(guān)系，這個(gè)規(guī)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(dāng)恒星向地球移動(dòng)時(shí)，波長將會(huì)縮短，譜線會(huì)向光譜的藍(lán)端移動(dòng)，也叫藍(lán)移。當(dāng)恒星遠(yuǎn)離地球，波長就會(huì)變長，譜線就會(huì)向光譜的紅端移動(dòng)，叫紅移。通過測量波長的變化，天文學(xué)家就能計(jì)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(shí)?！遍_開似乎明白了。

“嗯，開開真好學(xué)啊，有什么不懂的問題，再來問爸爸吧。”爸爸說完繼續(xù)看書了。

【知識(shí)卡】測量恒星離我們的距離

多普勒效應(yīng)是空間本身不變化，光源相對(duì)于觀測者運(yùn)動(dòng)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(lán)移，都是多普勒效應(yīng)的表現(xiàn)。本星系群之外的河外星系都只表現(xiàn)出紅移，而且遵從哈勃定律，離我們?cè)竭h(yuǎn)的紅移越厲害，這種宇宙學(xué)紅移，不是多普勒效應(yīng)造成的，而是空間膨脹造成的。由于空間膨脹是廣義相對(duì)論的結(jié)論，是時(shí)空彎曲的一種動(dòng)力學(xué)效應(yīng)，所以宇宙學(xué)紅移本質(zhì)上屬于“引力紅移”。

標(biāo)簽： 多普勒效應(yīng) 本星系群 宇宙學(xué)紅移 河外星系