想知道星星离我多远，怎么测？

许多人都对天文学着迷，因为它每天都和壮丽的宇宙打交道，动不动就是百亿光年外的奇特现象，真是酷极了！但是有个问题你想过没？宇宙这么浩瀚，除了咱们的邻居月球，人类压根就没有亲身探访过别的天体，天文学家是怎么知道一个天体的距离的呢？

大多数人都知道的一个方法是电磁波反射法，比如科学家们对着月球发射一束激光，两秒多以后，就能收到从月球表面反射回来的激光。通过计算激光往返过程所走的距离，就能推测出月球离我们有多远。但是大家不知道的是，这个方法只能测量离我们最近的天体，对于稍微远一点的天体，它就不适用了。比如离我们太阳系最近的恒星也在四点几光年开外，发射一束激光来回就需要八九年，显然利用激光反射已经不靠谱了。这个时候怎么办呢？

天文学家还有一个方法，叫“三角视差法”。它的原理很简单：比如咱们坐火车时，离我们近的风景总是呼啸而过，而远方的风景移动得就特别缓慢。这个在科学上叫视差，视觉的视，误差的差。而地球呢，每时每刻都在绕着太阳转，当我们看地球外的天体时，我们的感觉也是一样的，离得近的天体移动得快，远的慢。通过这个快慢的差距和距离的关系，天文学家们就能计算出一个天体相对我们的距离。

那存不存在这种可能，就是某个天体离我们太远了，我们根本感觉不到它在动呢？当然是有可能的，而且那些距离在一百多光年以外的恒星，连仪器也测不出来它们的移动。这个时候，就要采取另一个方法了——通过亮度计算。这时，天文学家们就得知道一颗星星的真实亮度，然后再比较它们实际的亮度，通过这个差值来计算星星离我们的距离。那么怎么知道星星的真实亮度呢？依靠刚才提到的视差就可以了。通过分析离我们近的恒星的性质，科学家们发现，大多数恒星的颜色和亮度是有特定的关系的，而恒星的颜色是不会随着距离改变的。因此只要假定这样一个亮度颜色的关系对遥远的恒星也适用，天文学家就能通过比较它们的颜色来推测更遥远恒星的真实亮度了，从而就能计算出它们的真实距离。

利用刚才的方法，还是只能测量银河系及其附近几个星系中天体的距离，对于再远一点的天体，普通亮度的恒星也看不见了，那又该怎么办呢？参照上一个方法，想办法知道它的亮度就可以了。天文学家们发现，有一类超级亮的恒星，叫做造父变星，创造的造，父亲的父，改变的变。它们的亮度在更远的距离上也能观测到，而且，它们的亮度是周期性变化的，造父变星越亮，亮度变化的周期就越长。这样一来，科学家们只要测量出它亮度的变化周期，就能推断出它的真实亮度。知道了它的真实亮度之后，我们可能还没法知道它所在星系所有星星离我们的距离，但是至少，我们就可以通过上一个方法计算出这个星系大概离我们多远了。

接下来你肯定要继续问，如果一个星系遥远得连造父变星也看不到，那该怎么知道它的距离呢？没关系，我们还有更亮的天体，那就是超新星，一颗超新星爆炸时的亮度几乎等于整个星系，小半个宇宙都能看得到它们。天文学家们发现，有一类超新星很可爱，它们爆炸时最大的亮度总是恒定的，就像一个给定了功率的灯泡一样。因此，天文学家们只要分析光谱确认出这些特殊的超新星，就能知道它们的最大亮度是多少，从而它们所在的星系距离我们多远就能推断出来了。

说到这，你可能会觉得，这是不是太麻烦了啊？就没有直接一点的方法吗？当然有，那就是著名的哈勃定律。哈勃通过分析已经确定距离的超新星之后发现，离我们越远的星系，它们的颜色就越红，这就是著名的哈勃定律。它实际上反应的是我们宇宙在膨胀这样一件事情。离我们越远的星系，远离我们的速度也越快，它发出光的颜色也就因此而被拉长而显得更红。因此，只要查看一个遥远星系相对近一点的星系变红了多少，就能推算出它的真实距离。通过哈勃定律，人们几乎已经可以探测到宇宙的边缘了。

现在你可能觉得我在逗你，明明有简单的哈勃定律就能探测到宇宙的边缘，为什么还要跟我扯这么多视差、亮度的方法呢？因为即使是看似神通广大的哈勃定律，它的原理也和我们提到的方法一样简单。而且就是以视差、亮度这些简单的方法为基础，再通过一代代人不断的分析研究和补充，才总结出来的。所以不要以为科学原理多高深，根本上都是一步一个脚印罢了。

本文源自：新浪科技（宇宙的距离阶梯：我们是如何测量浩瀚宇宙的大小）
音频稿：李程远  澳大利亚麦考瑞大学学者
讲述：于浩