我们与星星的距离

太空僧

夜宿山寺

〔唐〕李白

危楼高百尺，手可摘星辰。

不敢高声语，恐惊天上人。

诗人李白在夜游寺庙的时候，不由赞叹寺庙楼阁高耸入云，人站在山寺之上，与夜空是如此之近，仿佛伸手就可以摘到星辰，都不敢大声说话，怕惊动了住在天上的神仙。

当然了，这只是诗人夸张的修辞手法，百尺高楼也不过几十米，离星星还远着呢。如今我们知道恒星的距离动辄以光年计，那你是否好奇过如何确定到一颗星星有多远呢？

怎么知道星星有多远？

对于身边的物体，我们可以用尺子测量其长度，对于月球，我们可以通过激光测距，对于太阳系内的土星，我们可以用雷达测距，但如果想测得那些遥远的恒星的距离，这些办法都派不上用场。天文学家首先想到的，就是利用“视差法”。

公转轨道上的“视差”

找一个距离你几米的物品，竖起大拇指放在眼前，然后交替闭上左右眼，观察大拇指和物品的相对位置。是不是发现左右眼看到的拇指位置不一样？并且拇指离双眼越近，左右眼看到拇指相对于物品的偏移就越大，离得越远，拇指的偏移就越小。这是由于我们的两眼之间有距离，看向大拇指的方向就有差别。如果测出偏移的距离，加上眼睛到拇指的距离、双眼间距都是已知的，就能通过一些简单的计算估测出远处物品的距离。战争片中就常有迫击炮手竖起拇指测算目标距离的镜头。

在天文观测中也是如此。为了测得附近某颗恒星的距离，我们需要在两个相距足够远的地点来观察它。对于地球上的望远镜来说，相距最远的观测距离不是地球的直径，而是地球公转轨道的直径。只需等待6个月的时间，在地球位于太阳两侧时各拍一张星场的图像，就能有效地利用3亿千米的“眼距”，观测较近星体相对于更远背景的偏移量（即“周年视差”），就能计算出银河系内较近恒星的距离。

太阳系之外的所有恒星，偏移的角度都极小，多以“角秒”（一度的3600分之一）为单位，视差为1角秒的恒星，它的距离被称作“1秒差距”，相当于3.26光年，或者地球到太阳距离的20多万倍。比如天狼星，它距地球约为2.64秒差距，对应的就是约8.6光年的距离。

到达地球的星光

前面提到过，天体的距离越近，视差越大，反之则越小。对于那些距离极其遥远的、动辄以几亿光年计的星体来说，地球公转轨道能提供的视差杯水车薪，依靠视差来测算距离十分困难。怎么办？天文学家思考，是否能通过望远镜中恒星的亮度来推测它的距离呢？

我们都知道，金星之所以肉眼看起来比大部分恒星更亮，是因为金星离我们更近。你也一定有这样的生活经验，暗夜中的同一根蜡烛，在远处光很昏暗，越靠近光越明亮。蜡烛的实际亮度并没有改变，只是观察距离变了。那么，只要知道蜡烛本身的亮度，以及它看上去的亮度，就能靠某种计算方法，推测出蜡烛有多远了。

在天文学中，我们把恒星本身发光的亮度称为“绝对星等”，把星光到达地球时我们看到的亮度称为“视星等”。视星等直接用望远镜就能观测，绝对星等怎么得知呢？

经过不断探索，天文学家终于发现了一类被称为“造父变星”的天体，它的亮度会呈周期性的明暗变化，且这种变化的速度和它的实际亮度直接相关。你可以想象一个会呼吸的气球，当它膨胀时会变得更亮，当它收缩时会变得更暗，从最亮变到最暗，然后再变回最亮所需的时间，就是一个周期，相当于一次呼吸。“呼吸”周期越长，表示这颗造父变星的实际亮度越亮。

这样一来，“亮度”问题就转化为了可以观测的“周期”问题。我们只需测量某颗造父变星亮度变化的周期，就可以推算出它实际有多亮，再用它看上去的亮度一比对，天文学家就有办法算出它的距离，也就知道了和它同在一个星系的其他恒星的大致距离了。

除了造父变星，天文学家还会利用新星、球状星团、行星状星云和超新星等的亮度来推测它们与地球间的距离。

星星颜色的秘密

对于那些更加遥远的星星，我们还可以利用它们发出的光谱来探索它的距离，毕竟光是我们得到的最直白的信息，当然要物尽其用了。

你或许了解过宇宙大爆炸，该理论认为我们的宇宙处于不断膨胀的状态，所有的星系都在彼此远离，相距越远的星体远离的速度越快。当某个遥远星系远离我们时，光所穿过的空间不断膨胀，像拉橡皮筋一样把光线不断拉长，使得到达地球的光线的波长变得更长，本来黄色的光变成了橙色，本来红色的光变成了看不到的红外线，这便是所谓的“红移”现象。

星体红移的程度，可以通过望远镜观测到的星体光谱测量出来。有了这个测量结果，科学家就可以判断该星体远离我们的速度有多快。前面说过，星体远离的速度越快，证明相距越远。可以说，红移是目前人类掌握的宇宙中最长的“量天尺”。

截至目前，通过红移法测得的最遥远的恒星，是一颗名为Earendel（意为晨星，编号WHL0137-LS，红移6.2）的恒星①。哈勃太空望远镜在红外波段下幸运地捕捉到了它，詹姆斯·韦布望远镜在大质量星系团WHL0137-08造成的引力透镜的加持下，进一步测量了这颗亮度约为太阳的100万倍的恒星的红移量。通过计算得知，Earendel诞生于大爆炸仅10亿年后，也就是说，它距离地球达280亿光年之远。