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光年,它不仅仅是我们测量宇宙的方式

时间:2019-05-13 来源:数码观察酱
光年,它不仅仅是我们测量宇宙的方式

对于任何试图了解外层空间的人来说,光年是必不可少的测量单位。让一群天文学家交谈,你会听到他们说“光年”,就像你听到足球迷提到“足球场”一样。

然而,对于非科学家来说,光年可能是一个令人费解的概念。它是一个距离单位,但它听起来却像一个时间单位。雪上加霜的是,科幻电影和电视节目经常搞砸这个概念。

即使是最初的“星际迷航”系列也搞错了光年。在1968年的一集中,来自特洛伊乌斯的外星人公主艾兰告诉柯克船长,她宁愿躲在自己的房间里“10光年”,也不愿出来和他说话。哎呦!

光年有多远?

光年是一束光在真空中一年内传播的距离。指定一个真空是很重要的,因为光在穿过任何一种物质时都会变慢。例如,在水中,它的传播速度要慢25%。宇宙的大部分是近乎完美的真空,因此天文学家通常可以假定光正以其最高速度运动。

光以每秒299,792,458米的速度传播。用这个数字乘以一年中的秒数(31,557,600),你就会得到答案:一光年是9,460,730,473,000公里。

为什么天文学家要用光年来测量距离?

熟悉的单位,如公里和英里,用来描述宇宙的浩瀚,小得离谱。以比邻星半人马座为例,它是太阳以外最近的恒星。你可以说它在40,113,000,000,000公里之外,或称之为4.24光年的距离。

你在夜间看到的大多数恒星都在离地球几百光年的范围内。我们所居住的银河系恰好是一个直径约10万光年的美丽星系。仙女座星系距离地球254万光年,这是一个巨大的数字,但仍然比“24,030,000,000,000,000,000公里”更容易管理。

所以光年只是距离的一种度量,而不是时间?

严格来说是的。光年是距离的单位,就像千米和米一样。

光年,它不仅仅是我们测量宇宙的方式

但光年的故事还有另一个迷人的一面。因为光以有限的速度移动,所以你所看到的一切都是过时的:你对世界的看法实际上是事物在其光开始向你传播的那一刻的样子的图像。

如果你盯着房间的另一边看,滞后的时间只有十亿分之一秒,完全无法察觉的时间。看着月亮,你会发现它大约是在1.5秒前的样子。看着落日,你会看到8.3分钟前的太阳。

对于恒星来说,这种影响要明显得多。它们离我们几光年远,所以当你看着它们时,你就是在回顾过去。

天狼星,天空中最亮的恒星,距离地球8.6光年,这意味着你所看到的光在8.6年前就离开了它。换句话说,我们总是看到8.6年前的天狼星。天津四是天鹅座中的一颗著名的夏季恒星,距离地球约2500光年。当亚里士多德还活着的时候,它闪烁的光芒已经在向我们走来的路上了。

记住,其他星系甚至更遥远。像哈勃这样强大的望远镜可以探测到数十亿年来光线一直在向我们传播的星系。因此,那些虚幻的哈勃图像向我们展示了几十亿年前的星系,在某些情况下,它们来自地球出现之前的一个时期。

简而言之,光年只描述距离,但光本身提供了一种时间机器,使我们能够观察很久以前的宇宙。

我们如何知道光的速度?

这一至关重要的见解来自17世纪丹麦天文学家奥勒·罗默(Ole R?mer)。在16世纪60年代,他正在研究木星的卫星之一Io(木卫一),这时他注意到了一件奇怪的事情:当木星和地球相距最远时,木卫一会比天文学家预测的晚几分钟滑入木星的阴影中。当两个行星最接近时,这一事件似乎早了几分钟就发生了。

罗默意识到,延迟与木卫一无关。相反,当地球和木星在太阳的对侧时,光跨越额外的距离需要时间,这是一种错觉。他的计算表明,光每秒传播131,000英里(210,824公里),考虑到他是在望远镜发明60年后才完成这项工作的,这是一个非常好的估算。

谁想出了光年这个词?

巴黎天文台的天文学家和科学历史学家弗雷德里克·阿雷努(Frédéric Arenou)表示:“自罗默(R?mer)发现光速的有限性以来,光速这一测量距离的概念在17世纪末就已经出现了。”

人们对这个想法的理解如此之快,以至于无法确定是哪个人。然而,阿雷努指出了一个很好的候选人:英国学者弗朗西斯·罗伯茨(Francis Roberts),他在1694年沉思道:“光从恒星到我们的旅行所花费的时间,比我们进行西印度之旅的时间还要多。”

光年,它不仅仅是我们测量宇宙的方式

起初,这些想法必然是模糊的,因为科学家们对恒星有多远只有一个粗略的概念。突破性的时刻出现在1838年,当时德国天文学家弗里德里希·贝塞尔(Friedrich Bessel)测量了与天鹅座 61 恒星的确切距离。在描述他得到的巨大数字时,贝塞尔写道:“光需要10.3年的时间才能穿越这段距离。”这是最接近光年这一特定概念诞生的特定时刻的东西。

在几十年的时间里,光年在科普写作中司空见惯。但是阿雷努说专业天文学家长期以来一直拒绝使用这个术语,而且原因令人惊讶。他们认为光年不够科学,因为它不能直接测量。

天文学家如何测量光年的距离?

贝塞尔通过观察天鹅座 61 的视差来计算其距离,视差是由地球绕太阳运动引起的天空中明显的来回运动。

视差仍然是天文学家测量距离最有力的工具之一。欧洲航天局在盖亚太空望远镜上花费了6.5亿欧元(7.5亿美元),该望远镜目前正在使用视差测量我们银河系中超过10亿颗恒星的距离。

在银河系之外,盖亚检测到视差太小,天文学家也会通过观察某些类型的变星或明亮的超新星爆炸来计算距离。然而,这些方法仍然依赖于视差测量作为其参考点。

由于他们的工作深深植根于视差,天文学家通常使用第二个距离单位,即Parsec(秒差距)。一个秒差距等于3.26光年。有时秒差距在科学上更有意义,但研究人员经常在这两个词之间切换。

不幸的是,秒差距的“秒”听起来像一个时间单位,导致更多的混乱。在1977年的电影《星球大战:新的希望》中,汉·索洛吹嘘他“以不到12秒差距的时间完成了凯塞尔之旅。”

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