如何测算地球与遥远天体的距离？|天体_新浪财经

转自：团结报

　　开栏的话

　　今年政府工作报告指出，加强科学普及工作，提升公民科学素质。各民主党派汇集大量知识分子和专家学者，具有智力密集、人才荟萃的独特优势。即日起，本版推出“您知道吗·微课堂”栏目，特邀民主党派成员，针对本研究领域的知识进行科学普及。敬请关注。

　　主讲人：

　　范一中

　　民革党员

　　中国科学院紫金山天文台副台长

　　冯磊

　　九三学社社员

　　中国科学院紫金山天文台副研究员

　　直到20世纪20年代，人类普遍认为银河系就是整个宇宙，根本不知道银河系外还存在着上万亿个星系，导致这个认识局限的是缺乏可靠的距离测量手段。发现第一个银河系外其他星系的是20世纪著名天文学家埃德温·哈勃，为此奠定关键基础的却是一位鲜为人知的聋哑女性亨丽爱塔·勒维特。勒维特发现了著名的造父变星周光关系。在测量不知距离的星团、星系时，只要能观测到其中的造父变星，就可以利用周光关系将星团、星系的距离确定出来。因此，造父变星也被称为宇宙的“量天尺”。

　　勒维特生于1868年，童年时期就对天文学产生了浓厚兴趣，通过努力学习她最终考入了拉德克利夫女子学院（该校后来并入哈佛大学）。勒维特于1892年完成学习，顺利获得了学士学位。但勒维特在欧洲毕业旅行期间，患了一场大病，最终导致她完全丧失听力。为了获得硕士学位，她于1893年加入了哈佛大学天文台，成为一名“哈佛计算员”。在哈佛大学天文台工作期间，勒维特的身体每况愈下，多次因病无法工作而回家休养。1896年，勒维特意识到以自己的身体状况难以获得硕士学位，选择了离开。

　　6年后，勒维特写信给时任哈佛大学天文台台长的爱德华·皮克林，表达了自己因身体原因而无法完成硕士阶段学业的歉意，同时诉说了自己由于听力障碍而无法获得其他社会工作的困扰，并提出重新申请“哈佛计算员”的职位。皮克林同意了，并让她去研究造父变星。造父变星是一类亮度随时间呈周期性变化而闻名的恒星，因典型代表仙王座δ（中文名造父一）而得名。皮克林这一决定的初衷是想照顾勒维特的身体状况，但谁也没有想到这一小小的决定对后世天文学的发展产生了深远影响。

　　重新加入哈佛天文台后，勒维特的主要工作是检查照相底片，寻找造父变星。1908年，勒维特在《哈佛天文台年鉴》上发表的论文宣布自己在麦哲伦星云中找到了1777颗造父变星。当然仅靠这些变星搜寻工作，是无法让她在天文学史上留下浓墨重彩的一笔。勒维特仔细研究了观测精度最高的25颗造父变星，发现这些造父变星的绝对星等（天体在距离地球32.6光年处的亮度，也就是天体的发光功率）与它的光变周期存在一个函数关系，周期越长的造父变星，其发光功率（绝对星等）就越大。这就是著名的造父变星周光关系，也叫勒维特定律。

　　知道了天体的发光功率，然后根据我们看到的天体亮度，就能够推算出天体的距离。这一原理在日常生活中也常用，比如路灯的功率是已知的，那么路灯越暗就离你观测地点的距离越远。两者的道理是一样的。一旦我们在遥远的星团中发现了造父变星，根据周光关系可确定其本身发光功率，再根据地球上实测的亮度，就可确定造父变星本身及星团内其他恒星与我们之间的距离。周光关系的发现让我们有了一把可靠的“量天尺”，推动了天文观测的革命性突破。

　　1923年，埃德温·哈勃利用仙女座星系中的造父变星成功测定了这一星系的距离，从而证实了仙女座星系是一个距离银河系异常遥远的河外星系。哈勃进一步观测了一批河外星系，发现遥远星系都在远离我们而去，证实宇宙在膨胀，为大爆炸宇宙学的诞生奠定了观测基础。

　　造父变星这把“量天尺”还是其他“量天尺”的标尺，用以标定其他天体测距方法的精度。Ia型超新星能够完成对极遥远天体的距离测量，进而发现宇宙加速膨胀，基础也是造父变星奠定的。勒维特的发现被誉为“打开宇宙膨胀大门的金钥匙”，为现代宇宙学的确立奠定了基础，是实至名归的。

　　1921年，勒维特因癌症逝世。尽管其成就在生前并未得到应有的认可和赞誉，但后人并未忘记她，将第5383号小行星以及月球表面的一座环形山以她的名字命名，以纪念她的杰出贡献。她身残志坚的精神和踏实求真的探索事迹，鼓舞着全世界一代又一代的天文学家奋勇前进。