動輒十億光年的距離是如何測量的？基本原理就在你我身邊！

光是我們所知道的傳播速度最快的物質，正因為光如此快的傳播速度，我們就用光走過的時間來描述那些十分遙遠的距離。光一年時間裡傳播的距離大約是5.88萬億英里（約9.46萬億千米），我們稱這個距離為一光年。

如此大的數字難以想像，現在就舉例說明一光年的距離究竟有多遠！

阿波羅宇航員用了四天登上了月球，而光從月球到達地球只需要1秒鐘。比鄰星，距離太陽最近的恆星，距離地球大約4.24光年。我們所在的銀河系的直徑大約二十萬光年（中國郭守敬望遠鏡已經觀測銀河系直徑擴大一倍）。距離我們最近的星系，仙女座星系，距離我們250萬光年！我們根本無法想像宇宙到底有多大！

但是，如此浩瀚的宇宙，我們是如何知道恆星和星系的距離的呢？

每當我們抬頭望向天空，其實我們所見的只是一個二維平面圖。當你伸手指向某一顆星星時，你無法得知這顆星星距離你到底有多遠。那麼天文學家是如何測量浩瀚的星際距離呢？

對於距離我們比較近的星體，只需要用三角視差來估算距離，這個理論很簡單，只需要做一個小實驗就可以說明。

伸出你的大拇指，然後閉上你的左眼，接著睜開你的左眼閉上你的右眼，你會發現你的大拇指好像移動了，但是相對遙遠的背景里的物體卻沒有動！

這個理論同樣適用於我們看恆星的時候。但是恆星離我們的距離相比於我們胳膊的長度不知道長了多少倍，而相對於來說，地球也不是很大的天體，所以你是你在赤道兩邊用不同的望遠鏡觀測同一顆星體，你也很難看到那顆星體位置的移動！

為了解決這個問題，我們可以改為觀察六個月內星體位置的移動，因為這個時間剛好是地球繞太陽軌道旋轉半周的時間，我們在夏天觀測恆星的相對位置，等到了冬天再觀測時，就像我們在用另外一隻眼睛看星體，而夏天和冬天的觀測點之間的距離足夠遠（地球軌道直徑），這時候距離我們近的恆星似乎移動了位置，但是遙遠距離的恆星和星系仍會保持不動（因為即使地球軌道半徑相對於十分遙遠的恆星也微不足道）！

所以以上方法只適用於距離不超過幾千光年的天體。在我們的星系外，其他的天體如此遙遠以至於視差太小了，連最精密的儀器也無法測量。所以，我們需要找到別的辦法，這個辦法叫做「標註燭光法」！

標準燭光是天文學中已經知道光度的天體。舉個例子，如果你知道你家燈泡的亮度，然後讓別人拿著那隻燈泡向遠離你的方向走去，你會知道你看到的燈泡亮度是以他走的距離的平方在減弱，你就可以計算出他距離你有多遠！

這個原理應用到天文學中，你的燈泡就變成了一些特殊的天體：造父變星。這些天體的內部不是很穩定，就像一隻一會鼓起來一會扁下去的氣球，它們的亮度隨著膨脹和收縮而變化，我們可以通過它們膨脹收縮的周期來計算它們的亮度。越亮的星星，這個周期越長。

通過比較測量到的那些恆星的亮度和我們計算出的它們原始的亮度，就可以知道它們距離我們有多遠！

不過，這個方法也有局限性，用這個方法，我們只能測量到距離我們不超過四千萬光年的獨立恆星，超過這個距離的恆星會變得模糊而無法分辨。

幸運的是，還有另一種標準燭光，著名的Ia型超新星！

超新星爆發，也就是大質量恆星爆炸，是恆星死亡方式之一，這些爆炸是非常明亮的，甚至可以照亮整個星系。所以即使我們無法分辨星系中獨立的恆星，還是可以看到超新星爆發！

Ia型超新星被證明是可用的標準燭光，本證亮度較亮的超新星，其亮度衰減的速率較慢，憑藉我們隊超新星的亮度和衰減速率的關係的了解，就可以用這些超新星來測量距離我們幾十億光年遠的天體！

但是我們測量如此遙遠的天體有何意義呢？

回答這個問題要回到光的傳播速度上。光從太陽傳播到地球需要八分鐘，這意味著我們看到的太陽是八分鐘前太陽的樣子。當我們看北斗星時，看到的是80年前的樣子。所以，某種程度上講，我們的宇宙就是一個內置時光機，我們看得越遠，就越接近宇宙剛開始的樣子。天文學家試圖研究宇宙的歷史，來解答我們如何而來，我們從哪裡來，而宇宙不斷地以光的形式向我們發送信息，剩下的就等我們來解答這些信息！！

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