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導語︰一般認為,天文學研究處理的數字都很大,所以人們用“天文數字”表示數目極大,同時又寓以“難以實現”之意。實際上,天文數字不僅僅是“非常大”,還有各種量級,從極大到極小,其內容非常豐富有趣,值得我們深入了解。
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時差法測距,秒差距
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獵戶的位置投影圖
在日常生活和工作中,我們無時不與各種數字打交道,可謂須臾不可離之。然而,至少在公眾心目中從未有物理數字、生物數字等之稱謂,唯有“天文數字”不時見于各類媒體。電視中常有此類新聞︰“一名農村孩子得重病,需手術費20萬元,對貧困家庭這無疑是一個天文數字,望有愛心者給以幫助。” 那麼,什麼算是天文數字?顯然,人們通常認為“天文數字”就意味著“非常大”。實際上這樣理解既正確,又不完全正確,謹希望本文能幫助讀者對天文數字有較為全面的認識。
天文學上把宇宙中的一切實體,無論其大小都統稱為天體,如月球、行星、小行星、衛星、彗星、流星體、太陽、恆星、星雲、銀河系、星系、星系團等等,包括地球也是一個天體。測定各類天體的距離對天文研究極為重要,而天體距離的共性特點可用一個字來概括,那就是“遠”。要是用日常使用的長度單位,如厘米、米或者千米來表示的話,天體距離便是一些非常大、以至令人不可思議的數字。
先來觀察一下太陽系內的情況。地球是一個接近球形的旋轉橢球體,赤道周長約4萬千米。地球上目前最快的交通工具當推飛機,如噴氣飛機的時速為 1,000千米,那麼不間斷地繞地球飛行一圈便需要40小時。地球到月球的平均距離為38.4萬千米,以1,000千米時速飛越這段距離需要384小時,即16天整。假想飛船以11.2千米/秒的第二宇宙速度直接奔向月球,那麼這段旅程僅需9.5小時。地球到太陽的平均距離為1.5億千米,噴氣飛機需飛上 5年又9個多月,即使乘上速度高達11.2千米/秒的宇宙飛船直奔太陽,也得化上155天,由此足見太陽距離之遠。
1.5億千米對地球人來說已經很難想象它究竟有多遠,但在天文學上卻只是一個很小的數字。盡管很難認定太陽系的範圍究竟有多大,但如以冥王星為界,則太陽系的直徑至少有120億千米,約為日地平均距離的80倍。
越出太陽系又會怎麼樣呢?最近的恆星——半人馬座比鄰星的距離為40萬億千米,是日地距離的26.7萬倍。太陽是銀河系中一顆普通恆星,銀河系的直徑至少有100億億千米。銀河系又是廣袤宇宙中數以百億計的星系中的一員,而目前所觀測到的最遠星系的距離約為1300萬億億千米!從這一連串數字你能得到什麼印象呢?也許除了感到數字都很大,而且一個比一個大外,什麼概念也沒有,主要原因在于這些典型的天文數字(用千米表示的天體距離)實在是太大了,以至使人對其內涵不得要領。
為了能對天體距離有較為明晰的概念,天文學上引入了一些專用的長度單位,這就是天文單位AU、光年ly和秒差距pc。它們的具體含義是︰(i) 日地平均距離(即地球公轉軌道半長徑)為1AU,即1.5億千米;(ii)光線在真空中行進1年所經過的距離為1 ly,即63,271AU,也就是9.5萬億千米;(iii)如空間某一點對地球公轉軌道半徑的張角為1角秒,則定義這個地方到地球的距離為1 pc,即3.26 ly,也就是206,265AU,等于30.8萬億千米。
天文單位主要用于太陽系內天體,如火星到太陽的平均距離為1.5AU,冥王星到太陽的平均距離約為40AU等,這顯然要比用千米來表達清晰得多。然而,用天文單位表示恆星的距離又嫌不夠了。例如,即使是最近的半人馬座比鄰星,它的距離已有267,000AU,而目前所能觀測到的最遠星系的距離可超過867萬億天文單位——又是一個很大的天文數字。這時可改用光年或秒差距來表述,半人馬座比鄰星的距離是4.22 ly,即1.29 pc,而最遠星系的距離為137億光年,或者說42.0億秒差距——盡管這個數字仍然很大,但感覺上自然要比1300萬億億千米或者867萬億天文單位舒服多了。比秒差距更大的長度單位是千秒差距kpc和兆(百萬)秒差距Mpc,1kpc即1,000 pc,1Mpc即1,000,000 pc。因此,最遠星系的距離約為4,250 Mpc,這個天文數字就不算太大了。
http://www.skylook.org/info/info-tw/info_2320.html
何謂「天文數字」??