天文學家是如何確定恆星的大小和距離的?

2020-12-04 天文在線

目前,有多種方法可以幫助我們丈量恆星間的距離,而最基礎的方法就是幾何視差法。在6個月的時間內,拍攝在地球軌道上點1和點2的同一顆恆星,當R = 1天文單位時,恆星相對於較遠背景恆星的位移相當於1秒弧長(3.26光年)、2秒弧長1/2秒、10秒弧長1/10秒等。另外,1秒的弧秒相當於206265個天文單位。

希帕爾科斯天文測量衛星已經用這種方法確定了超過10萬顆恆星的距離。來讀一篇ESA關於任務成就的新聞稿。例如,最近的10顆恆星的距離可以在他們的150顆最近恆星的表格中找到,我在下面重新列印了一下:

注意:視差是以弧秒分之一為單位測量的。要計算以秒為單位的距離,必須用1000.0除以上面最後一列中的視差數。例如,半人馬座阿爾法星C (比鄰星)的距離為1000.0/772.33 = 1.295秒,等於1.295 x 3.26 = 4.22光年。半人馬座阿爾法星的位置是1000/742 = 1.34秒或4.39光年。我把它作為一個簡單的計算練習留給你們,請嘗試把上面的視差換算成光年吧!

由於觀察點的改變,一個物體相對於遠方背景的移動,顯示視差的簡化插圖。當從"A點"觀察時,該物體顯示在藍色方格的前面。當從"B點"觀察時,顯示該物體移動到紅色方格的前面。

下圖是一張太陽附近恆星的詳細地圖,以秒差距為單位。

通過恆星幹涉測量的技術,可以測量附近一些巨星和超巨星的恆星直徑。海軍原型光學幹涉儀已經在威爾遜山天文臺工作了十多年,並定期測量明亮恆星的角直徑,精度只有毫弧秒(0.001弧秒)的幾分之一。從下表也可以看到,僅有幾顆恆星的直徑是被測量過的。根據Hipparcos的調查結果,一旦恆星的距離能被準確獲知,它們那以百萬公裡為單位的直線直徑也將輕而易舉地獲知。

下表以太陽直徑的倍數顯示了一些典型恆星的大小,這些恆星在第5列中測量了角直徑,單位為弧秒。哈勃太空望遠鏡的最高解析度約為0.046弧秒,所以它看到的參宿四隻是一個圓盤。

公裡的大小距離(以公裡為單位)= 3×10^13 (d /3.26) (d /3600)/57.3或4460萬×d×d,其中d =光年距離,D為角直徑(以弧秒為單位)。根據太陽直徑(1390000千米)你就可以得到尺寸= 32d x D太陽直徑。後面的公式給出了上一列中的上述項。超級巨星參宿四的直徑是太陽直徑的734.4倍。

這是參宿四的真實表面。要注意它不是圓的,天文學家認為這可能是由於一個巨大的太陽黑子使盤的一部分變暗,從而使其形狀看起來不規則。

哈伯太空望遠鏡使用紫外線拍攝,並經過NASA影像增強處理的參宿四。

透過ALMA於2017年6月拍攝到的參宿四,這是迄今解析度最高的太陽系外恆星照片,也是ALMA首度清楚觀測到恆星表面

天文相關知識-恆星/視差

恆星是一種天體,它由一個發光的等離子體球體組成,等離子體通過自身的引力聚集在一起。離地球最近的恆星是太陽。在夜間,地球上的肉眼還能看到許多其他恆星,由於它們與地球的距離非常遙遠,所以在天空中看起來像許多固定的光點。

視差是指從兩個不同位置觀察同一個物體時,此物體在視野中的位置變化與差異。從兩個觀察點看目標,兩條視線之間的夾角叫做這兩個點的視差角,兩點之間的距離稱作視差基線。 從同樣的兩個觀察點看,目標物體距離越近就有越大的視差,因此視差可以被用來反向估算物體的距離。

參考資料

1.WJ百科全書

2.天文學名詞

3. astronomycafe- Odenwald博士

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