「周年視差」這個原理非常簡單，但是在觀測天體上有很多的困難

2020-10-15 天體生物學

【作者：黃姤】

測量天體的距離最簡單的方法，是利用所謂的 「三角視差法」，這種方法是我們測量大地經常採用的一種方法，一個遙遠的物體如果我們沒法去直接測量它和我們的距離，我們可以採取一些三角的方法，譬如畫出一條基線，然後在基線的兩端去分別測量物體的位置，這樣我們就可以得到這個物體對這條基線所張的角度ρ，只要測量基線的長度B，就可以利用簡單的「三角視差法」來得到物體離我們的距離，計算公式為：D=B/sinρ，如果基線越長ρ值就越大，這就意味著越容易精確地測定它，那麼能夠測定的物體距離就越遠，如果把這個方法應用到天文觀測上面，就可以測量恆星的距離。

什麼是「視差」？

物體對於基線所張的角度叫做「視差」，它實際上反映了一個天體對於基線所張的角度，或者說在基線的兩端觀察一個天體在背景上的位置的變化。

舉例說明：

伸出手臂豎起你的手指，分別閉上你的左眼和右眼，這時候你會看到你的手指在背景上是處於不同位置的，然後把你的手臂

往胸前彎曲，分別再閉上你的左眼和右眼，你會看到你的手指指在背景上的位置是不一樣的，這是由於基線的長度與物體相對的距離之間發生了變化。

基線越長能夠測量的恆星就越遠，在地球上能夠使用最長的基線就是地球的直徑，所以可以在地球的兩端分別去觀測同一個天體，看它們在天空中位置的變化，然後去測量「周日視差」，也就是天體對於地球直徑所張的角度。

但是以地球直徑作為基線來測量恆星距離還是顯得太短了，因此要使用更長的基線，更長的基線指的是地球繞著太陽作公轉的半徑，這時候得到的視差稱為「周年視差」，在周年視差裡面視差角的大小是由恆星相對於日地距離所張的角度，測量了日地的距離再得到視差的大小，就可以得到天體到底離我們有多遠。

「周年視差」這個原理是非常簡單的，但是在觀測上有很多的困難

由於地球的公轉，所以在不同的時間去觀察同一個天體在背景上的位置變化，理論上可以得到視差的大小，在相隔半年的時間裡面所對應的值就是「周年視差」。但是「周年視差」並不是真正意義上的「周年視差」，因為它還包含了其他的成分影響，譬如恆星的自轉，因為恆星在空間裡面並不是不動的，還包括「光行差 」和「歲差 」，光形差是由於地球和太陽的運動造成的，歲差是由於天球的坐標系變化而引起的，所以實際測量視差是一件相當困難的事情。

圖解：「光行差 」示意圖

儘管測量視差是一件很難的事情，天文學家還是精確地測量了近距離恆星的視差值大小，然後得到它們的距離，為了表徵天體的距離，天文學家發明了一種單位叫做「秒差距」，英文簡寫為「PC」，有時候也用光年作為單位，秒差距——恆星的距離通常以秒差距或光年作為單位。

用「秒差距」作為單位的原因有兩個：

1.因為天體的距離太遙遠了，如果用地球上常用的千米、米甚至釐米來表示這個值就顯得太大了。

2.在測量的時候從視差轉化為距離會變得很不方便，所以用秒差距的形式就可以很容易地解決問題。

1秒差距 ≈206265天文單位，1秒秒差距 ≈3.086* 10^18釐米，1秒秒差距≈3.26光年

離地球最近的恆星叫做「Proxima Centauri」就是半人馬座的，它的視差值達到了0.76″，對應的距離是1.3個秒差距，半人馬座實際上是三星系統，「Proxima Centauri· 比鄰星」是其中最小的一顆。其次，離地球比較近的恆星叫做「Barnard·巴納德」，它的視差值只有0.55″，對應的距離是1.8個秒差距。

圖解：離地球最近的32顆恆星分布圖

測量近距離恆星視差所面臨的困難

更遙遠天體的視差更小也就更加難以測量，因為地面上的望遠鏡角解析度受到了地球大氣擾動的影響，所以望遠鏡解析度最多也只能達到0.01″，這就意味著能夠測量最遠的距離大約在幾十到幾百個秒差距，這個數值只是銀河系裡面很小的一個部分，如果想要去測量更加遙遠的天體，就必須提高望遠鏡的角解析度。

利用空間衛星來測量視差就變得更為重要了，1989發射了「伊巴谷」衛星，2013年發射了「蓋亞」衛星，它們的角解析度分別達到了0.001″和0.00001″，所以它們能夠測量的恆星距離就大大地提升了，即使是這樣也只能夠針對太陽周圍的恆星進行精確的測量。

測量更加遙遠的天體還需要藉助於其他的方法來實現，這時就要用「宇宙距離階梯」這個方法，利用以近及遠的特點採取不同天體距離測定的辦法：

太陽系的天體：利用「雷達測距法」。

臨近恆星：利用「視差法」，通過視差法測量恆星的距離、研究它們的性質、發現它們所具有的一些特徵進行統計，然後把這些特徵應用到更加遙遠的天體上面去。

更加遙遠的天體：利用「赫羅圖」、「造父變星」的方法測量那些相對遙遠的天體，通過對一些具有很高光度的天體把「 Ia型超新星」作為「標準燭光」，就可以測量出更加遙遠的天體距離，宇宙大尺度結構以及宇宙尺度上的距離就要利用「哈勃定律」，所以對於遙遠天體距離的測定實際上是建立在對於近距離天體的物理性質研究基礎上才能夠做到的。

圖解：宇宙距離階梯測量距離

【作者：天體生物學·黃姤】

【編輯：太空生物學·黃媂】

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