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造父變星就像是宇宙中的燈塔，為我們指明了遙遠星系的距離。下面我將通過歷史（如何發現），科學（光周關係，有什麼用）和物理（光度為何會變）三個方面回答這個問題。
歷史——變星是如何被發現的
古時候，人們一直認為天上的星星是固定的光點。偶爾會出現像新星或超新星這樣的災難性事件，天空中會出現一個暫時變亮的天體，但這非常罕見，在人類歷史上只有少數的那麼幾次有關超新星的記載。
雖然絕大多數恆星在天空中的位置和亮度似乎是不變的，但並非所有的恆星都是如此。1596年，大衛·法比利薩斯看到了一顆光度明顯變亮的天體，他一開始認識是新星，因為他看到一個光點在8月的時候在天空中變亮，然後在10月底完全從視野中消失。但令他驚奇的是，1609年這個光點再次出現。大衛·法比利薩斯發現的根本不是一顆新星，而是鯨魚座中的蒭藁增二（chú gǎo），距離地球418光年，第一顆本質上亮度可變的恆星！
變星原本被認為在天空中是極其罕見，因為人們花了近兩個世紀才最終確定了10顆變星，但隨著天體攝影技術的發展，人們發現的變星數量激增。
通過直接比較一顆變星在數天、數周、數月甚至數年期間的表觀亮度，可以相當準確地測量其變化量和變化周期。
19世紀90年代初，一位名叫亨麗埃塔·萊維特（HenriettaLeavitt）的年輕女子加入了女子大學教育協會（SocietyfortheCollegiateInstructionforWomen），即現在的拉德克裡夫學院（RadcliffeCollege）。1893年，她受聘於哈佛大學天文臺，從天文臺收集的攝影底片中測量和記錄恆星的亮度。她對小麥哲倫星雲中發現的恆星進行了分類，在接下來的20年裡，她發現了超過1000個變星，並將它們分類為許多不同種類的變量恆星。
萊維特注意到有一個特殊類型的恆星（造父變星）顯示出了很強的規律性。當萊維特觀察了25顆最亮的造父變星時，發現這些比較量的變星完成一次變化周期需要很長的時間：到達最大亮度，變暗，然後再次回到最大亮度。
就視覺強度而言，所有恆星的亮度變化幅度大致相同，但平均亮度最高的恆星需要幾個月的時間才能從亮到暗再到亮。萊維特發現：恆星的平均亮度降低，變化周期也會降低；一顆恆星越暗，其亮度變化就越快，最小的變化周期只有一天多一點。所以造父變星的平均亮度和變化周期之間存在明確的相關性。
這一關係在今天被稱為周期-光度關係，這一發現帶來了一些巨大的影響。下面就從科學的角度說這個問題。
科學——造父變星被用來做什麼
萊維特的調查發現，這些變星都是距離我們相當遠的恆星，大約199000光年，而包含這些恆星的星系，其物理尺寸只有7000光年左右。因此，我們就認為小麥哲倫星雲中的所有恆星與地球的距離大致相同，恆星亮度的差異對應於這些恆星本身的亮度差異。
如果一顆恆星的周期和它的光度有關係，這意味著如果我們能測量造父變星的周期，我們就會知道這顆變星本質上有多亮。然後我們測量變星的表觀亮度（看起來有多亮），根據亮度和距離之間的關係，我們就能算出這顆恆星實際上離我們有多遠。
我們現在把這些變星稱為標準燭光，因為如果你知道一個發光的物體本質上有多亮，然後你測量它的表觀亮度，你就能知道它離你有多遠。由於亨麗埃塔·萊維特（HenriettaLeavitt）對造父變星的研究，我們有了一根標準的蠟燭來測量整個宇宙的巨大距離，由於埃德溫·哈勃（EdwinHubble）在20世紀20年代對螺旋狀星雲中出現的變星的發現和測量，我們才能夠理解這些遙遠的星系究竟離我們有多遠。
在大多數情況下，這些天體的易觀測周期和它們的亮度之間存在著非常明確的相關性，這意味著如果我們在宇宙中任何地方發現並識別一個變星，我們就可以非常精確地知道它離我們有多遠！就科學而言，這是宇宙距離階梯中最重要的部分之一。
現在我們知道了變星是怎樣被發現的，也知道了它是用來做什麼的。接下來就了解下是什麼 導致了變星的亮度會發生周期性變化的？
物理，是什麼導致了變星的亮度會發生周期性的變化
第一時間我們可能會想到是不是恆星的核心出現了問題，因為核心中的核聚變是恆星發光發熱的原因，或者光子傳播到表面的速率在變化，導致了變星的周期性脈動。這非常不可能，因為一個典型的光子從核心產生併到達恆星表面的時間大約是10萬年，在這段時間裡一個光子會經歷數萬億次的碰撞！事實上，所有已知類型的變星其核聚變的速率在很長一段時間內是保持不變的。但它們各不相同！
相反，這些恆星光度的可變性可以通過恆星最外層的活動來解釋。
從物理學的角度來看，恆星的光球層（也就是光子永遠離開恆星前的最後一個點）是一個非常特殊的地方。對於一顆完全穩定的恆星來說，光球層會隨著時間保持完全穩定，這意味著將粒子推到表面的輻射壓力會被引力完全抵消。太陽的光球層就是這樣的近似值，但即使是像太陽這樣穩定恆星也不是完美平衡的。
太陽的最外層也會經歷對流，在光球層也會發生物質的升降。在這樣的系統中，永遠不會真正達到平衡，最外層會經歷這樣一個循環：
輻射壓力太大，導致恆星膨脹，當外層遠離恆星中心時，引力下降，但輻射壓力下降得更快，這時引力對外層施加的力大於輻射壓力對外層施加的力，然後外層向內加速，導致恆星收縮，當輻射壓力上升到一定程度，又開始向外推，導致外層一直經歷這樣的重複循環！
對我們的太陽來說，隨著時間的推移，光度的變化約為0.1%。
對於一個變星來說，它們的亮度和半徑可能會發生巨大的變化，對於像蒭藁增二這樣的恆星來說，它的固有亮度在一個周期內會變化約一千倍，而半徑通常會變化數百萬公裡，溫度也會變化數千度！
這就是造父變星的故事，它們是如何被發現的，被用來做什麼，以及它們的光度為何會周期性變化。