揭秘宇宙奥秘：人类如何测量银河系直径达20万光年的惊人距离
这篇文章给大家聊聊关于揭秘宇宙奥秘：人类如何测量银河系直径达20万光年的惊人距离，以及对应的知识点，希望对各位有所帮助，不要忘了收藏本站哦。
浩瀚宇宙天体概念图
在月球上放置反射镜，在地球上向其发射激光。地球到月球的距离是根据激光往返所需的时间来计算的。
这就是人类计算太阳系主要天体之间距离的方法。
但在太阳系之外，这个时间开始变得更长。如果你必须等待光线反射回来，那你的头真的会变灰。如果我们偶然遇到了距离地球几十万光年的天体，我们没有时间等待几十万年。那么人类如何测量自己与太阳系之间的距离呢？我们不得不佩服天文学家的智慧！
月球激光反射镜
三角函数对天文学有什么影响？如何利用宇宙中的“色差”？造父变星如何帮助天文学家进行测量？宇宙的膨胀会影响最终的结果吗？银河系的直径是20万光年。如果采用光反射方式，光需要传播20万年。人类等不起这个时刻。那么它是如何测量的呢？
银河系结构示意图
三角函数会在天文上发挥出怎样的效果？
学过数学的朋友对三角函数并不陌生，也熟悉sin、cos、tan之间的“爱与恨”。但您知道吗，三角函数在测量宇宙方面仍然具有强大的作用！
常见的三角函数包括正弦、余弦和正切函数
我们知道地球到太阳的距离，我们可以用这个距离作为任何宇宙三角形的一条边。天文学家在宇宙中发现了一个天体，但不知道它的位置，所以我们用它到地球的距离和到太阳的距离作为三角形的另外两条边。当我们知道三角形的一条边时，我们还需要知道这条边对应的内角。
虽然地球和太阳的距离在宇宙中不值一提，但这样的距离仍然会导致天体发射的电磁波在地球和太阳之间形成一个角度，我们称之为视差角。因此，这种根据视差角计算距离的方法称为三角视差法。天文学家只需测量这个视差角，就可以通过三角函数计算出天体与地球、太阳之间的距离。
三角视差法测距方法演示图
事实上，这种方法起源于古希腊数学家阿里斯塔克斯，他在2000多年前就用三角函数计算了太阳与地球之间的距离。虽然存在一定的误差，但不得不说，在那个时代，能拿到如此接近的数值，他已经很伟大了。三角视差法也是天文学中应用最广泛的方法之一。
如果你只认为天文学家只有一种测量方法，那你就低估了他们的大脑。这些是人类最强大的大脑。他们怎么可能只停留在一种方法上呢？还有利用“色差”的分光视差法。
人类聪明的小脑袋里藏着那么多奇妙的想法~
如何利用宇宙中的“色差”？
宇宙中有无数的恒星，我们的太阳只是其中之一。这些恒星的亮度各不相同，因此天文学家可以获得恒星的光谱图。
恒星光谱分类
人眼和相机之间存在差异，因此可以利用这种视差来计算天体与地球之间的距离。人眼看到的亮度在天文学中称为视觉星等，用m表示。值越小，亮度越高，反之亦然。然后将恒星放置在距地球10秒差距的位置，即约32.6光年。此时假定的亮度称为绝对星等，用M表示，用于区分视星等。
最后，我们得到视差，用表示。三者之间有一个关系，M=m+5-5lg，这个l就是距离。只要知道这三个值，就可以计算出恒星到太阳系的距离。很多人担心这种“色差”会不会因人而异，从而产生误差。事实上，当获得恒星的光谱时，就已经可以测量出视星等和绝对星等了。这是通过频谱获得的，而不是基于人。至于视差，这个需要测量。
主序星光谱案例
无论是三角视差法还是分光视差法，都是测量恒星与太阳系之间的距离。那么我们应该如何测量银河系呢？这给我们带来了另一种方法，即——造父变星-周期关系测距方法。
造父变星如何帮助天文学家测量？
宇宙中有一种天体，称为造父变星。它是一种周期性发射脉冲且亮度周期性变化的变星。根据它的亮度周期，天文学家可以获得绝对星等，然后计算出它与我们的距离。变星也是恒星的一种。至此，人类已经基本能够计算出我们能够观测到的恒星与太阳之间的距离。
仙女座星系V1 造父变星的光变曲线
据估计，银河系中共有1000亿至4000亿颗恒星。根据人类多年来计算的距离，恒星之间的平均距离为4光年。我们的银河系是一个螺旋星系，太阳系位于它的一个旋臂上。由此，我们可以得出银河系的直径约为20万光年，以此类推，我们可以得到宇宙的直径，约为920亿光年。
不过值得注意的是，银河系直径20万光年、宇宙直径920亿光年都只是范围值，并不是人类精确计算的距离。
地球到其他天体的距离示意图
因为宇宙中还存在很多未知物质，天文学上称之为暗物质，占宇宙的80%到90%。人类不知道这些物质会对我们的测量产生什么影响。一些天文学家推测，由于暗物质对人类的干扰，我们对银河系的估计很可能小于其真实直径。它的直径可能超过30万光年，宇宙的直径可能更大。
并且随着测量技术的革新，我们以往的测量数据将会发生改变。很多天体到太阳的距离已经和原始数据不同了。
宇宙暗物质分布图
但说了这么多，我们忽略了一个条件，那就是宇宙在膨胀，而且膨胀速度还在变化，并不是一个固定值。我们测量的距离下一秒可能不再是相同的值。我们应该如何排除宇宙膨胀的影响？天文学家再次绞尽脑汁，利用红移来测量它。
宇宙的膨胀会影响最后的结果吗？
红移是一种天文现象。由于宇宙空间的膨胀，电磁波的波长也变长，导致电磁波的频率变低。然而，电磁波在宇宙中的传播速度保持不变。
红移是指物体的电磁辐射频率因某种原因而降低的现象。
红移的原因是宇宙正在膨胀。现在更被接受的假设之一是大爆炸理论。我们的宇宙起源于一次大爆炸。由于爆炸产生了如此多的能量，直到今天它仍在继续扩大我们的宇宙。
如果把宇宙比作一个气球，那么我们的太阳和其他恒星就像气球上的蚂蚁。随着气球的膨胀，蚂蚁之间的距离会越来越远。关于宇宙的膨胀速度，目前还没有合理的数值。有人认为它超过了光速。有人认为扩张已经降温，目前的速度一定很慢。既然扩展速度无法统一，那么我们应该如何减少扩展对计算距离的影响呢？
空间的膨胀必然使物质之间的距离越来越远
根据天文学家哈勃的公式：Z=H*d /c，我们可以计算出天体之间的距离。 Z是红移，H是哈勃常数，d是天体之间的距离，c是光速。我们只需要知道红移就可以计算天体之间的距离。由于红移本身是膨胀系统下的值，因此得到的距离就是宇宙膨胀下的距离。
这种方法称为谱线红移测距法。有了它，天文学家可以计算出数百亿光年的距离，而获得的值是引起这种红移的膨胀系统中相对实时的数据。
没有人知道宇宙有多大，只有通过研究才能找到答案
三角视差法、光谱视差法、造父周期测距法和谱线红移测距法是天文学家智慧的结晶。正是因为他们的努力，我们才能认识光年之外的天体。才知道人类在宇宙中是多么的渺小。
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用户评论
这篇文章真是太有意思了！银河系的直径竟然有20万光年，光要走这么久，想象一下那种距离，真是让人感到渺小。人类的科学技术真是了不起，能够测量出这么遥远的距离，真是对科学的敬畏啊！
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文章的内容让我感到很震惊，20万光年听起来就像科幻小说里的情节。人类如何能测出这样的距离？我觉得这背后一定有很多复杂的科学原理，不知道作者能否再深入讲解一下？
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这篇文章让我对宇宙的浩瀚有了更深的理解。虽然我对科学不太了解，但能想象到光走20万年是多么不可思议的事情。不过，有些地方的解释我还是有点看不懂，希望能更简单易懂一点。
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不得不说，文章写得很精彩！银河系的直径和光的速度结合在一起，真是让人惊叹。人类用什么方法测量的？这背后肯定有很多科学家的努力，值得我们尊敬。
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我对这篇文章的观点有点不同。虽然测量银河系的直径很厉害，但我觉得我们应该更关注地球上的问题。宇宙再大，也不能解决我们眼前的困境。光走20万年又怎样？人类的未来才更重要。
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这篇文章让我对宇宙的探索充满了好奇，20万光年这个数字让我对银河系的规模有了更直观的认识。人类的智慧真是无穷无尽，想知道他们具体用了哪些技术来测量的。
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我觉得这篇文章有点深奥，虽然内容很有趣，但有些地方我还是看不太懂。测量银河系的直径听起来很酷，但希望能用更简单的语言来解释，让更多人都能理解。
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对于银河系的直径，我一直认为这是一个很抽象的概念，但这篇文章让我有了新的认识。人类的科技真是让人佩服，能把这么遥远的距离测出来，真是让人感到自豪。
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我觉得这篇文章的标题很吸引人，但内容有些失望。虽然提到人类如何测量银河系，但具体的方法讲得不够详细，感觉有点草率。希望下次能更深入一些。
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看到这篇文章，我对宇宙的神秘感又增加了不少。20万光年，这个数字让我想到了很多未知的可能性。人类的探索精神真是让人感动，期待未来能有更多的发现！
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虽然我对科学不太感兴趣，但这篇文章让我对银河系有了新的认识。20万光年真是一个遥不可及的距离，想象光走这么久，心里不禁感到一阵震撼。
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我觉得文章写得很好，尤其是对测量方法的介绍，让我对科学有了更多的了解。人类的智慧真是无穷无尽，能够探索如此遥远的地方，真是令人敬佩。
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这篇文章让我对宇宙的理解又加深了一层。虽然有些地方我还是觉得难以理解，但整体来说，内容丰富，值得一读。希望能看到更多关于宇宙的文章！
有7位网友表示赞同！
对于银河系的直径，我一直觉得这是个很抽象的概念，但这篇文章让我对这个话题产生了浓厚的兴趣。人类能够测量这样的距离，真是让人感到震撼！
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我觉得这篇文章有点偏向于科学迷，普通读者可能会觉得有些难以理解。希望作者能考虑到更多读者的需求，写得更通俗易懂一些。
有13位网友表示赞同！
这篇文章让我对银河系的规模有了更直观的认识，20万光年的距离让我感到无比渺小。人类的探索精神真是让人感动，期待未来能有更多的科学发现！
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