天文地理|宇宙的距离阶梯：我们是如何测量浩瀚宇宙的大小
北京联盟_本文原题：宇宙的距离阶梯：我们是如何测量浩瀚宇宙的大小
科学家们已经逐渐发展出多种测定遥远星系距离的方法 。
我们能够观察到的最遥远的星系诞生于宇宙之初 ， 极其古老 。
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宇宙距离阶梯一：无线电反射
今天 ， 我们已经可以相当有信心地认为 ， 银河系的直径大约为10万光年 。 而我们能够观察到的宇宙范围当然还要远远超越这一尺度 。 根据最新的理论 ， 我们能够观察到的整个宇宙范围 ， 即所谓的“可观测宇宙”的直径大约为930亿光年 。 那么我们究竟是如何得到这一结果的？我们 ， 生活在尘埃一般地球上的小小生物 ， 我们怎么可能测定这样广袤的距离数值？
自从波兰天文学家哥白尼提出日心说以来 ， 我们似乎一种都难以摆脱自身在认识宇宙方面的先入之见 ， 而这一点在关于宇宙究竟有多大这一点上尤为明显 。 甚至在今天 ， 随着最新数据的获得 ， 宇宙的大小也仍然在不断颠覆我们此前的认识 ， 迫使我们不断更新自己的观念 。
凯特琳·卡西（Caitlin Casey）是美国德克萨斯州奥斯汀德州大学的一名天文学家 ， 专业就是宇宙学 。 她指出 ， 天文学家们已经发展出一整套天才的工具和手段 ， 不仅用于计算地球到太阳系内其他天体的距离 ， 也同样能够被用于测算星系之间的距离甚至是整个可观测宇宙的大小 。
测量所有这些距离的手段被称作“宇宙距离阶梯”（cosmic distance ladder） 。 这个阶梯的第一级是最容易的 ， 而在今天 ， 这一级阶梯也广泛借助于现代先进技术 。
卡西表示：“我们可以直接向近距离的行星表面发射无线电波并接收反射信号 ， 比如金星和火星 ， 并测量信号往返所需要的时间 。 这将可以给出非常精确的距离数值 。 ”
大型射电望远镜 ， 比如设在波多黎各岛上的阿雷西博望远镜就能够胜任此类工作 ， 但这类设备能够完成的工作还有更多 。 比如阿雷西博射电望远镜能够对遥远的小行星进行观察 ， 并根据无线电信号在这些小行星表面的反射特征绘制出其地表形态地图 。
但使用射电望远镜测量太阳系之外天体的距离则显得有些不切实际了 。 此时 ， 我们需要使用的三角视差方法 。
设在波多黎各岛上的阿雷西博射电望远镜口径305米 ， 目前是世界上口径最大的射电望远镜 ， 但很快就将被中国贵州口径500米的FAST射电望远镜超过 。
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宇宙距离阶梯二：三角视差法
这种方法其实我们平常也都一直在使用 ， 只是我们完全都没有意识到 。 人类和许多动物一样 ， 能够本能地判断自身与远方物体之间的距离 ， 这首先要归功于我们长着两只眼睛 。
如果你把一个物体放在眼前 ， 然后张开一只眼睛闭上另一只眼睛 ， 然后换一边眼睛再重复 ， 你会发现好像你放在眼前的物体稍稍移动了位置 。 这就是视差 。 类似这样两次观测之间存在的差异性能够被用于计算所观测物体的距离 。
我们的大脑会根据来自两只眼睛所提供的观测信号自动进行距离判断 ， 而天文学家对距离较近的恒星进行测距 ， 所采用的方法与此并无二致 ， 唯一的不同可能就在于他们使用的感受器不同 ， 不是眼睛 ， 而是望远镜 。
请想象有两只眼睛在太空中自由漂浮 ， 且它们的位置分别位于太阳的两侧——其实这也正是我们正在做的事情——由于地球的公转运动 ， 我们每一年都会有半年的时间 在太阳的一侧 ， 另外半年在太阳的另一侧 。 如此 ， 当我们在冬天和夏天观察恒星时 ， 就能够利用它们相对于遥远宇宙背景上的位置变化来测算其距离 。
卡西表示：“我们在一年中的某个时间测定一颗恒星在天空中的位置 ， 比如说在1月份进行这样的测定 。 然后我们就要再等上6个月的时间 ， 随后在7月份对同一颗恒星进行同样的测定 ， 此时我们正处于地球轨道上太阳的另一侧 。 ”
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