什么是视差？为什么会让古天文学家认为地球不会动？3354天文学中的距离(2)

作者|许诗颖本文转载自案例科学期刊《天有多大？宇宙中的距离（2）—从太阳到邻近恆星》。

视差是天文学家经常用来测量距离的好工具。有了视差，我们就可以精确测量地球到太阳的距离，进而测量周围恒星的距离。目前的直接测距方法中，视差是最远的能量测量，目前的极限是10000光年左右。天文学家使用视差的概念已经很长时间了。然而，在中世纪，视差测量的结果导致当代天文学家得出地球不会移动的结论.

图//pix abay

太阳的距离：金星凌日、视差法

& lt；天空有多大？宇宙中的距离(1)——从地球到太阳提到我们在金星凌日的时候，可以通过“视差”来测量地球到金星的距离，间接得到到太阳的距离。“视差”就是“由于观察位置不同，我们看到的位置也不同”的现象。读者可以试一试。伸出一个手指比一个“1”要好，放在眼前50厘米左右。然后交替闭上眼睛。如果读者真的这么做了，应该会发现手指在与背景对比下大大地来回跳动。如果你仔细观察，你会发现背景不是静止的，而只是一个很小的范围。

图1:视差示意图。观察位置不同，不同距离的物体相对位置也会不同。近距离的物体差别会更大。图/维基从这个实验中，我们得到几个结论：(1)从不同的眼睛向外看，看到物体的位置不同。这种现象就是视差；以及(2)距离越近的东西，差异越大，即视差越明显(图1)。我们可以根据这种视差的效果来计算物体的距离。

其实这就是我们的眼睛判断距离的方式！距离我们左右眼不同距离的物体位置是不一样的。经过大脑对两幅图像的判断，我们就可以得到距离信息。这也是VR真实感立体画面的原理。开发人员首先计算每个物体在自己的距离上用双眼看到的视差效果。然后根据计算结果，给两只眼睛不同的画面，我们的大脑会自动合成立体图像！

“两个观察位置之间的距离”称为“基线”，它会影响视差的效果。一般来说，基线越长，视差越明显。如前所述，“物体越近，视差就会越明显。换句话说，太远的东西，视差不太可能被观察到。天文学家要尽可能的拓宽基线，对相距较远的两个地方的天体进行观测，这样才能更准确的得到这些天体的距离。当金星凌日发生时，科学家们正在寻找两个相距遥远的地方对地球进行观测，以便测量金星更精确的视差，并将其转换为金星的距离，最终计算出地球到太阳的距离。

00-1010恒星当然有视差。说到测量恒星视差，就不得不提16世纪丹麦著名天文学家第谷布拉尼。那时候还是一个我们在争论地心说和日心说的时代。他想用星星的时差来推断地球会不会动。如果“日心说”是对的，那么恒星的视差应该是根据地球的位置来看的。如果“地心说”是正确的，那么因为地球的位置不变，所以无论怎么观察，星星都不会出现视差。

在“日心说”的假设下，最远的两个观测点在哪里？不是地球的两端，而是“相隔半年的地球”！试想一下，如果地球一年绕太阳一周，那么相隔6个月的地球就在太阳的两端，距离比地球两端大很多(见图2)！既然两个观测点都是太阳两端的地球，那就意味着基线(两个观测点之间的距离)是“地球到太阳的距离”的两倍。用前面的方法得到的“日地距离”越精确，用视差法测到恒星的距离就越精确。

图二。图/网络天文馆为了精确测量恒星的位置，需要有一个非常好的天文台。第谷是丹麦贵族！他直接花钱建了一个天文台来测量和记录恒星的位置，却发现无论用什么方法都测不到恒星的视差。这代表了两种可能，一种是“地球不动”，一种是“恒星太远”。第谷认为，如果星星真的那么遥远，我们还能从地球上看到它们，那它们就太大了！他认为不太可能，于是认定地球不会动。

那是哪里出了问题？用一个简单的例子来说明：“用卷尺测量一张纸的厚度。当然，厚度怎么测都是0厘米！”事实上，第谷的推断是完全合理的。之所以测不到恒星视差，真的是因为恒星太远，所以视差太小看不到。从现代的资料，我们可以追溯到他当时的情况。离太阳最近的恒星是半人马座的比邻星，距离4.22光年。生产

生的视差比第谷使用的天文台精密度还要更小了好几倍！他所推估这些恆星的大小从现在眼光来看也非不合理，只是真的难以想像。

现在的我们有了更良好的仪器，已经可以靠视差来推算恆星的距离了。不过视差法旷日费时，倒也不难理解，毕竟要有好的基线要等半年啊……而且仪器的辨识率也是有极限的，目前视差法的极限差不多是 10 微角秒（1 角秒为 1/360 度） ^[2]，相当于十亿分之一度！换算成能量测到的距离极限，差不多是 1 万 6 千光年左右。听起来很多吗？银河系的直径约 10 万至 18 万光年，这个距离极限连银河系都看不穿。所以视差法虽然好用，但只能拿来测量邻近恆星的距离（见图 3）。

视差法是直接量测距离的尽头了。想要把银河系看穿、想要知道银河系中其他成员们的距离，我们得开始「间接量测」。先做出一些物理学上的假设，才能够「猜」出距离。想要知道更遥远的距离，则需要更多的假设，这个概念叫做「宇宙距离阶梯（cosmic distance ladder）」。下一篇文章中，我们将带大家进行恆星的「人口普查」，并且利用普查结果来得到更遥远的距离。

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