當(dāng)我們閱讀天文的文章時(shí)，經(jīng)?？梢钥吹较低庑行腔蛘吣硞€(gè)星系、黑洞距離有多少多少光年。有些人感慨：科學(xué)家真厲害啊，這么遠(yuǎn)的距離都能測(cè)量出來(lái)；也有人說(shuō)：反正我們又沒(méi)法量，科學(xué)家隨便編。

那么，科學(xué)家真的是編出來(lái)的嗎？他們到底如何測(cè)量天體的距離呢？

不看不知道，一看嚇一跳。

我們前一期提到過(guò)，100光年以?xún)?nèi)的天體，我們可以通過(guò)三角視差法來(lái)計(jì)算其距離。

而這個(gè)方法，在100光年以外，就不能使用了，原因我們也講過(guò)。那么，科學(xué)家如何計(jì)算100光年以外天體的距離呢？好在，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了宇宙專(zhuān)用的“尺子”——造父變星。

宇宙中有一種恒星，它們的光度不固定，會(huì)發(fā)生周期性的變化，這種恒星叫做變星。而變星之中，最特別的叫做造父變星，以其中的代表——造父一命名。

大約100年前，科學(xué)家們?cè)谘芯吭旄缸冃堑臅r(shí)候，發(fā)現(xiàn)它們自身的亮度和光變周期是直接相關(guān)的，這個(gè)亮度，在天文學(xué)上可以用“絕對(duì)星等”這個(gè)概念來(lái)表示。所謂的絕對(duì)星等，就是把一個(gè)天體放在距離我們10個(gè)秒差距（32.6光年，秒差距的概念也在上一期介紹過(guò)）處時(shí)肉眼看到的亮度。

當(dāng)然了，并不是所有天體都恰好在32.6光年處。如果比這個(gè)距離遠(yuǎn)，實(shí)際看到的亮度就比絕對(duì)星等要暗一點(diǎn)，如果比這個(gè)距離近，那就比絕對(duì)星等要亮一些。所有天體在現(xiàn)在實(shí)際位置上時(shí)，我們?nèi)庋劭此鼈兊牧炼?，叫做視星等?/p>

一個(gè)天體的視星等，是天文學(xué)家瞪眼看就能知道的。同時(shí)，天文學(xué)家可以通過(guò)一個(gè)天體的絕對(duì)星等和視星等來(lái)計(jì)算。因此，他們只需要記錄下來(lái)某一顆造父變星的光變周期，就知道它的絕對(duì)星等，進(jìn)而可以測(cè)量出它和我們的距離。從此，科學(xué)家只要想知道一個(gè)天體的距離，只需要找到它附近的造父變星就可以了，也可以知道某一個(gè)造父變星所在星系的距離。

當(dāng)然，這也不是適用于全宇宙的。只要是不在銀河系旁邊的河外星系，我們就很難精確地看見(jiàn)它內(nèi)部的恒星，也就不能利用這個(gè)方法來(lái)測(cè)量了。

只怪造父變星不爭(zhēng)氣，不夠亮，所以不顯眼。

還有沒(méi)有更亮的？

有，超新星。

而且不是一般的超新星，是Ia型超新星。這種超新星的特點(diǎn)是：它處于一個(gè)雙星系統(tǒng)中，而且他本身是白矮星，另外一顆，是還在燃燒的恒星。由于白矮星引力非常強(qiáng)大，它可以把自己伴星的物質(zhì)吸收到自己周?chē)?，因此又有一個(gè)綽號(hào)：“僵尸恒星”或者“吸血鬼恒星”。

當(dāng)這顆白矮星吸收物質(zhì)達(dá)到太陽(yáng)質(zhì)量的1.4倍時(shí)，就會(huì)再次進(jìn)行核聚變反應(yīng)，將內(nèi)部的碳和氧的元素“炸碎”，聚變成為鎳等重元素。超新星的爆發(fā)，亮度可是不一般的，Ia型超新星的爆發(fā)更是能把人“亮瞎”。所以，即使距離很遠(yuǎn)，我們也可以看見(jiàn)它。

聰明的科學(xué)家注意到：白矮星本來(lái)元素就是一樣的，而爆發(fā)時(shí)的質(zhì)量也是一樣的，因此，Ia型超新星爆發(fā)時(shí)都是一樣亮的。

就這樣，我們又回到了剛才的方式上：亮度等價(jià)于絕對(duì)星等，而視星等是用眼睛或者望遠(yuǎn)鏡來(lái)觀察的，只要進(jìn)行同樣的計(jì)算步驟，就可以知道這一顆Ia型超新星和我們的距離，也就是它所在的星系和我們之間的距離。

問(wèn)題在于，即使是Ia型超新星，亮度也是有限的。如果距離再遠(yuǎn)一些，連Ia型超新星我們都看不見(jiàn)了。那么，還有沒(méi)有更亮的天體呢？

有是有，但它們不能作為宇宙的“尺子”來(lái)測(cè)量距離。不過(guò)，科學(xué)家還是找到了方法。這個(gè)方法也是光學(xué)方法，但不是簡(jiǎn)單的觀測(cè)光度，而是光譜。

高中物理講過(guò)一個(gè)概念：多普勒效應(yīng)。原理很簡(jiǎn)單，一個(gè)波在傳播過(guò)程中，如果波源接近接收者，波的頻率就會(huì)變高；反之，遠(yuǎn)離的時(shí)候頻率會(huì)變低。我們生活中最常遇到的就是汽車(chē)?guó)Q笛路過(guò)我們身旁，靠近的時(shí)候音調(diào)越來(lái)越高，遠(yuǎn)離的時(shí)候聲音越來(lái)越悶，飛機(jī)的轟鳴聲也是一樣。

科學(xué)家告訴我們：光也是一種波，當(dāng)光源遠(yuǎn)離我們的時(shí)候，頻率也會(huì)變低。在可見(jiàn)光里，頻率最低的，就是紅色。因此，如果一個(gè)天體遠(yuǎn)離我們，它的光譜就會(huì)偏紅，這在天文學(xué)上叫做“紅移”。

當(dāng)然，宇宙是膨脹的，所有天體都在遠(yuǎn)離我們?？墒?，這和距離有什么關(guān)系呢？

有關(guān)系——距離越遠(yuǎn)，它們遠(yuǎn)離我們的速度就越快，光譜就會(huì)更多地偏向紅色。也就是說(shuō)，利用這個(gè)方法，天體太遠(yuǎn)不但不會(huì)讓我們無(wú)法測(cè)量，反而紅移值更大，更容易觀測(cè)。因此，宇宙中那些最遙遠(yuǎn)的天體，我們都通過(guò)這樣的方式來(lái)測(cè)量距離。

因此，在公布遙遠(yuǎn)天體距離的時(shí)候，科學(xué)家始終都是有理有據(jù)。當(dāng)然了，科學(xué)家計(jì)算天體距離的根據(jù)，本身也要靠得住。在這三種方法里，紅移值的方法看起來(lái)還是比較可靠的，造父變星的方法也是沒(méi)有什么可質(zhì)疑的，而Ia型超新星的標(biāo)準(zhǔn)，則一直有些爭(zhēng)議。尤其最近的時(shí)候，韓國(guó)科學(xué)家指出：Ia型超新星的亮度未必是固定的，也許和它所處的環(huán)境、其前身的自轉(zhuǎn)速度、伴星的性質(zhì)等等許多因素都相關(guān)。如果Ia型超新星的亮度真的不是恒定的，可能這個(gè)測(cè)距的方法就要重新討論了。

總之，科學(xué)在發(fā)展，科學(xué)家總會(huì)找到越來(lái)越多的方法來(lái)測(cè)量那些我們認(rèn)為不可能得到的數(shù)據(jù)。正是因?yàn)榭茖W(xué)家完成了一個(gè)一個(gè)“不可能”的任務(wù)，我們的科學(xué)才能發(fā)展到今天，不是么？