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文章來源：日本國立天文臺
編譯：王雨陽
校對：五車二三三三
美編：蘇奕月
後臺：庫特莉亞夫卡 李子琦
原文連結：https://www.nao.ac.jp/faq/a0601.html（有微小改動）
星星離我們有多遠？首先讓我們看一看測量方法的大致分類：
針對銀河系內較近的恆星，我們可以使用三角測量原理來計算距離。根據恆星的顏色，我們能夠推出其實際有多亮。我們能夠通過比較恆星實際的亮度和看上去的亮度來推定距離。 對於較近的星系，除了其中恆星顏色與亮度的關係，我們還要用到星系中的脈動變星來推測距離。遙遠的星系可以利用出現在其中的超新星為基準亮度來推測距離。極其遙遠的星系離我們的距離可以由其遠離我們的速度來推測。那讓我們來看一看這些方法具體都是什麼吧！
01
針對銀河系內較近的恆星，我們可以使用三角測量原理來計算距離。
什麼是「三角測量」？舉例來說，假設有一條難以渡過的大河，三角測量的方法可以讓我們在河的這一邊測定出到對岸建築A的距離。在河岸這邊找兩個不同點B和C，分別測量建築A在哪個方向，如此我們可以得到角CBA和BCA的大小。已知BC之間的距離，測量點B、C加上建築A可以畫出一個三角形。利用正確的比例尺即可由畫出來的三角形求出AB之間實際的距離。
三角測量原理可以用於測定距太陽系相對較近（最遠約100光年左右）的恆星距離。「河這邊的兩點B、C」在這裡就變成了夏天和冬天地球的位置。地球公轉軌道半徑約1億5千萬公裡，如果在夏天和冬天分別測量，最大可以從相距3億公裡的兩個地方測量恆星的方位。實際測出的角度稱為「周年視差」，可以由此計算出恆星到我們的距離。周年視差小的恆星離我們越遠。
圖片來源：原文示意圖
02
銀河系內更遠的恆星距離可以通過恆星實際的亮度與顏色之間的關係來推定。例如，與太陽顏色類似的恆星會由於距離遙遠而看上去更暗。相同顏色的恆星實際亮度相同，因此我們知道實際上這顆恆星和太陽應該一樣亮。也就是說，我們可以通過這顆恆星看上去有多亮來得到它有多遠。
更具體地說，天文學家用於推定距離的是「赫羅圖」。赫羅圖的橫軸表示恆星表面溫度（即顏色），縱軸表示絕對星等。絕對星等是當恆星距離我們32.6光年時的星等大小（注1）。假設恆星是主序星（注2），已知表面溫度即可從赫羅圖上推出絕對星等。而恆星的視星等可以從觀測得到。比如太陽的視星等為負27等，但由於亮度和距離的平方反比關係，在32.6光年外太陽的絕對星等只有5等，放在夜空裡只是顆黯淡無光、不起眼的星星。
注1：32.6光年即32.6年內光走的距離，1光年約為9萬億千米。星等是天文學中表示天體有多亮的一種方法。
注2：主序星——恆星從星際氣體誕生後，一生大部分時間都在主序星階段度過。宇宙中所有恆星的9成以上都是主序星。主序星的表面溫度（即顏色）和其亮度之間有確定的關係。表示該關係的圖即被稱為赫羅圖（Hertzsprung-Russell diagram）。
簡單來說，我們可以利用以下兩個關係來推定距離：
亮度和距離成平方反比亮度和星等的關係式（波格森星等標）03
用來推定銀河系外其他星系距離的，是被稱為「脈動變星」的恆星。脈動變星有規律地收縮、膨脹，其亮度也隨之變化。亮度變化周期越長的脈動變星越亮，反之周期越短越暗。我們通過觀測亮度變化的周期，很容易便可以得到該脈動變星的絕對星等。於是即可根據上文所述，比較絕對星等與地球上看到的視星等來推定距離。只要觀測球狀星團或星系中的脈動變星，就可以得到脈動變星所處的星團或星系的距離。
04
有一種恆星會在行將就木之時發生大爆炸。這種現象看起來像是一顆非常明亮的恆星突然出現，因此被稱為「超新星」。超新星可以和一整個星系一樣明亮，可以用來推定遙遠星系的距離。
超新星有許多特徵，觀測發現Ia型超新星在最亮時的絕對星等基本相同，而它們在逐漸變暗的過程中光度的變化也可計算。由此，我們可以觀測Ia型超新星爆發時的視星等與光度變化，再與絕對星等比較得到距離。簡單地說就是看起來越暗的Ia型超新星越遠，其所在星系也越遠。
05
想要知道距離我們更加遙遠的、幾十億光年以上的天體有多遠，比如宇宙深處的星系，就要用到它們遠離我們的速度。
從地球上觀測，宇宙膨脹導致越遠的星系遠離我們的速度越大。於是我們可以根據星系遠離我們的速度來推測距離。遠離我們的物體發出的光波長會變長，我們可以利用這一性質，通過觀測星系的光譜線波長偏移的程度來得知星系遠離我們的速度。波長偏移得越多，星系遠離我們的速度就越快，星系就越遙遠。
『天文溼刻』 牧夫出品
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