宇宙中恒星距离地球非常遥远,科学家是如何计算出距离和质量的?

天文学家经常告诉我们,某某颗太阳距离我们多少万光年,质量又是太阳的多少倍,那么很多人会有所疑问,这些太阳距离我们如此之远,天文学家们是如何知道这些太阳的数据呢?

本来太阳虽然距离我们非常遥远,但天文学家们却发现了多种方法来揭示这些遥远太阳的之谜,如计算质量的方法就是开普勒第三定律,假如一个行宇宙岛统是一个双宇宙岛统,也就是拥有两颗太阳,那么通过观测双宇宙岛统的轨道周期和半长轴,便能解出太阳的质量之和。

如果能区别测量出两颗太阳的轨道半径,还能进一步确定各自的质量。

不过开普勒第三定律只适用双宇宙岛统,而如果是单宇宙岛统,那么就需要分析太阳光谱。

所谓‬太阳‬光谱‬就是‬太阳表面光强度与光波长之间的关系图谱。

光谱中包含着关于太阳各种特性的信息,光谱的形态决定于太阳的物理性质、化学成分,因此,太阳光谱类型的差异反映了太阳的性质。

天文学家在长期的观测中发现,质量越大的太阳光度越强,同时温度也越高。

也就是说通过太阳的光度就能大概的猜测出太阳的质量,目前我们最常用的太阳光谱分类系统,是美国哈佛大学天文台在19世纪末提出的哈佛系统。

哈佛系统将太阳光谱分为O、B、A、F、G、K、M、等类型

如‬O型光谱太阳:温度在3000060000K,颜色呈现出蓝色,质量是太阳质量的20~260倍以上

B型光谱太阳:温度在10,00030,000K,颜色呈现出蓝白色,质量是太阳质量的3.2~20倍

A型光谱太阳:温度在7,50010,000K,颜色呈现出白色,质量是太阳质量的1.8~3.1倍

F型光谱太阳:温度在6,000至7,500K,颜色呈现出淡黄白色,质量是太阳质量的1.21.7倍

G型光谱太阳:温度在5,000至6,000K,颜色呈现出黄色,质量是太阳质量的0.91.1倍

K型光谱太阳:温度在3,500至5,000K,颜色呈现出橙色,质量是太阳质量的0.80.5倍

M型光谱太阳:温度低于3,500K,颜色呈现出红色,质量一般在太阳质量的0.5倍以下。

通过太阳光谱类型我们能得知太阳是一颗G型太阳,因为G型太阳质量是太阳质量的0.91.1倍之间,所以太阳也常常被称为是黄矮星,通过对太阳光谱的分析不仅能够知道质量,还能知道太阳的寿命。

根据天文学家的研究发现,太阳的寿命与质量成反比关系,也就是说质量越大的太阳寿命越短,质量越小的太阳寿命越长。

我们知道太阳的发光原理是内部的核聚变反应,由于小质量太阳的内部温度和压强较小,核反应会相对温和,而大质量太阳内部的温度和压强大,使得核反应剧烈,在剧烈的核反应中燃料就会消耗过快。

因此大质量太阳寿命非常短暂,如蓝特超巨星的寿命只有短短的几百万年左右,而红矮星的寿命可达上千亿年。

由此通过分析太阳光谱,就能够确定太阳的剩余寿命。

那么太阳的距离是如何得知的呢?虽然这些天体距离我们非常遥远,但我们仍能通过很多方法得出他们之间的距离。

第一种是三角视差法,三角视差法一般用于测量距离地球100光年之内的太阳。

并且需要用到地球公转轨道来当作基线。

因为地球围绕太阳公转会形成一个圆形轨道,而我们在1月份和7月份期间记录一颗太阳的所在位置,那么将两次观测到的太阳位置变化的一半得出视差角,就能计算出太阳的距离。

第二种是造父变星,造父变星是宇宙中一种奇特的太阳,亮度光度变化具有周期性,他会在一定的时间内变亮然后变暗再变亮,这个周期我们称之为光变周期。

并且它的光变周期越长,其光度就越大,而天文学家通过光变周期来估算出造父变星的绝对星等和视星等,然后就能计算出距离。

第三个是哈勃红移法,在上个世纪的20年代,一个来自美国天文学家爱德文哈勃在观测遥远的天体时,发现了一个现象,那就是大部分宇宙岛都存在红移现象,所谓红移现象是一个天体远离我们时,光的波长变长,光谱的颜色会向红色端移动,反之靠近我们光的波长变短,光谱的颜色会向蓝色端移动,也就是蓝移现象。

由此当时哈勃得出大部分宇宙岛都在远离我们,并且还发现离我们越远的宇宙岛退行速度越快。

这意味着我们只要测出宇宙岛的红移值再得出退行速度,就能知道该宇宙岛距离我们有多远

因此当天文学家告诉我们,某某天体距离地球多少光年,质量有多大,并非是瞎猜,而是通过各种方法计算得出来的 虽然这些方法存在着一定的误差,但是随着科学技术的不断进步,相信未来将会更加的精准。

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