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只有知道了距离才能够正确地去了解天体的本质

距离产生美,因为距离会带来神秘感,但是喜欢天文学的人更喜欢刨根问底,遥远到底有多远呢?

恒星的真实空间位置

在星空背景里面可以明显看到「猎户座」,这是一个非常著名的星座,在猎户座里面有几个非常明亮的恒星,它们一起构成了「猎户座」的主要的轮廓,如果去测量这里面每一个恒星的距离,可以得到它真实的空间位置,而在这个时候每一个恒星它们的距离都并不一样,所以「猎户座」里面每个恒星其实都是相距非常遥远的,平时看到的只是它们在我们视线垂直平面上的一个投影,从这一点就可以知道那些所谓的星座和人的性格、人的命运有关联这些都是无稽之谈。

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如果从天文研究的角度来看恒星相距这个问题,当我们看到夜空中非常明亮的恒星,而从肉眼的判别来讲很难去看出它们的差异,有时我们看到的并不是恒星而是「类星体」,所以说「类星体」是看上去类似恒星的天体,通过细致的研究一颗名为「3C273」的类星体,其实是一个超大质量的黑洞,这个黑洞离距离我们有24亿光年,而它的光度比太阳的光度要高50,000亿倍,而这个黑洞本身的质量至少是900万倍的太阳质量。

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在日常生活里面我们经常会用到「三角测距法」,譬如去测量一颗遥远的树木离我们有多远 ,而你没有办法实地拿一根尺子去度量你和树木的距离,因为在你和树木之间有一条河流把你隔开来了,所以说你要用「三角测距法」。

画一条基线它的长度是a的,调整基线的方向,然后在基线的两端分别观察那颗树,这个时候就可以得到了一个三角形,个三角形通过调整基线的方向可以是一个直角三角形,在基线的两端看树的位置,就可以得到树对基线所张的角 θ,这个时候就可以得到树离基线的距离,那就是距离d=a÷θ。

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所谓的三角测距其实就是用一根足够长的基线去测量想要观测的天体对它所张的角度,这个办法看上去非常的简单,但其实在天文的应用里面却有着非常深远的意义,比如在古希腊时代,就有一位天文学家利用这个得到了太阳是宇宙中心这个观点,他的名字叫做「阿利斯塔克」,所以说日心说的原创者其实并不是哥白尼而是阿利斯塔克。

日心说的原创者「阿利斯塔克」得出的结论

所谓的月相也就是我们天空中看到的月亮在不同时候发光的部分所表现出来的变化,而这种变化可以分为朔、望、上弦、下弦这些情况,譬如在朔这个时刻看到的月亮是非常的小它几乎不发光,但是在上弦和下弦的时候看到月亮有一半是发光的,在望的时候看到的月亮是满月的,所以看到的月亮位相,其实反映了月亮、地球和太阳三者之间的几何关系,「阿利斯塔克」就利用这个来测量太阳和地球之间的距离。

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在中国古代「张继」有一首非常著名的诗《枫桥夜泊》,在这首诗里面所描述的景象其实就是上弦月,它所针对的天文观测特征反映在诗的首句和末句,诗的首句提到「月落乌啼霜满天」,在末提到「夜半钟声到客船」,所以在这个时候这首诗所反映的景象是在夜半的时候月亮落下去了,这正好就是对应上弦月的图像,「阿利斯塔克」研究的也正是这种图像。

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「阿利斯塔克」发现当太阳刚刚下山的时候月亮正好处于头顶的位置,但是这两者之间还是有一点点非常小的差异,这个差异是指它并不是一个完全的直角三角形,如果用字母E代表地球,M代表月亮,S代表太阳可以画出一个直角的三角形,「阿利斯塔克」就凭他肉眼的观测发现月亮、地球和太阳这个三角形里面MES这个角大约是87度 °,非常接近于直角,但是两者还是有很小的差异,于是由直角三角形的一些基本规律,就可以得到两条边的比例,而这两条边是太阳和地球这条边的长度以及月亮和地球这条边的长度,这两条边它们的长度之比是是20,所以说太阳远远比月亮要处于更远的距离上面,这是「阿利斯塔克」得到的第1个结论。

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日常生活的经验告诉我们,在白天去观察太阳,在夜晚去观察月亮就会发现它们的大小其实是相当的,或者说它们的视直径来是非常相似的,但是它们距离又那么远,差别那么大,唯一反映的就是它们自身的半径也是20倍的比例,这样子才能保证它们的视直径是相似的,太阳比月亮要大很多这是「阿利斯塔克」得到的第2个结论。

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「阿利斯塔克」继续利用它所观测到的天文现象来做进一步的推理,这个时候他利用的是一种特殊的天文现象「月食」,月食实际上是地球在做轨道运动的时候,地球有的时候会运动到太阳和月亮之间,所以地球会阻挡了太阳的光,地球的阴影会投射在月球上面,上面说到了太阳相比月亮非常的遥远,所以太阳的光是平行光,这就意味着在月亮上的影子就真实地反映了地球的大小,发生月食的时候看到地球的影子是弯曲的,所以这是用来证明地球是圆形的一个非常重要的证据,「阿利斯塔克」就利用在发生月食的时候投射在月球上的那个影子的大小,「阿利斯塔克」用来测量地球的半径,他发现地球的半径和月亮的半径之比是两倍,「阿利斯塔克」就得到了一个惊人的一个结果就是太阳、地球和月球三者的半径之比是20:2:1,换句话在这三个天体里面太阳其实是最大,因此地球应该是绕着太阳运转,因为不可能一个大的天体绕着一个小的天体在运转,这就是「阿利斯塔克」最早得到的日心说的天文的基础。

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(黄姤)总结:科学之美

在「阿利斯塔克」得到日心说雏形的时候,并没有用到非常复杂的数学工具,他只是凭敏锐的观察力,加上对三角形的最基本的认识就得到了对于宇宙的一个基本观念。

张继的那首诗就可以去回味一下,正如美国作家布鲁姆所说的“科学和艺术都有一个共同的使命,它们以前所未有的角度来观察,从平凡的事物中发现惊喜。”诗人从月亮的变化里面看到自然的美,科学家从天体的现象里面发现自然的规律,他们都发现了美。

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