天文单位

概念起源

“天文单位”一词出现于1903年。1938年以前，天文单位是指在没有大行星摄动作用（见摄动理论）下，从地月系质心到太阳的平均距离，或者说地月系质心绕太阳公转的无摄动椭圆轨道的半长径。

1976年国际天文学联合会颁布了一系列天文研究采用的最重要单位，其中之一就是被称为“天文单位”（简写为AU）的日地距离。^{[14]按照国际天文学联合会的原始定义，日地距离是“在太阳引力作用下沿以太阳中心为圆心的圆轨道，以每天0.01720209895弧度的角速度运动的无质量粒子的轨道半径”。[7]当时公布的数据为1天文单位等于149597870.691千米。[11]}

这样定义的日地距离除了定义本身晦涩难懂外，还有个让人很难接受的问题：既然是“基本单位”，似乎应该是个定数，但按照1976年国际天文学联合会的定义，天文单位是个不断变化的数值。^{[3]首先，太阳的质量在不断减小，导致天文单位的数值也在缓慢改变。[6]其次，根据广义相对论，时空的定义是相对的，与观测者所处的时空有关。[12]按照上述定义，在太阳系内不同地方测量到的天文单位数值就会不同，比方说在木星（太阳系内质量最大的行星）上测得的天文单位与在地球上测得的要相差1000多千米。[13]}

正是为了解决这样的问题，2012年8月30日第28届国际天文学联合会大会发表了B2决议，全票通过更改天文单位的定义。^{[10]规定将天文单位的长度确定为149597870700米，不再是一个不断变化的数值。[9]}

计算方法

天文单位

离太阳距离在16光年以内的有50多颗恒星。其中最近的是半人马座比邻星，距太阳约4．2光年，大约是40万亿千米。

三角视差法

天文单位

移动星团法

这时我们要用运动学的方法来测量距离，运动学的方法在天文学中也叫移动星团法，根据它们的运动速度来确定距离。不过在用运动学方法时还必须假定移动星团中所有的恒星是以相等和平行的速度在银河系中移动的。在银河系之外的天体，运动学的方法也不能测定它们与地球之间的距离。

造父视差法

造父视差法又叫标准烛光法。

物理学中有一个关于光度、亮度和距离关系的公式。S∝L0/r2

测量出天体的光度L0和亮度S，然后利用这个公式就知道天体的距离r。光度和亮度的含义是不一样的，亮度是指我们所看到的发光体有多亮，这是我们在地球上可直接测量的。光度是指发光物体本身的发光本领，关键是设法知道它就能得到距离。天文学家勒维特发现“造父变星”，它们的光变周期与光度之间存在着确定的关系。于是可以通过测量它的光变周期来定出光度，再求出距离。如果银河系外的星系中有颗造父变星，那么我们就可以知道这个星系与我们之间的距离了。那些连其中有没有造父变星都无法观测到的更遥远星系，当然要另外想办法。

三角视差法和造父视差法是最常用的两种测距方法，前一支的尺度是几百光年，后一支是几百万光年。在中间地带则使用统计方法和间接方法。最大的量天尺是哈勃定律方法，尺度达100亿光年数量级。

哈勃定律方法

1929年哈勃(Edwin Hubble)对河外星系的视向速度与距离的关系进行了研究。当时只有46个河外星系的视向速度可以利用，而其中仅有24个有推算出的距离，哈勃得出了视向速度与距离之间大致的线性正比关系。现代精确观测已证实这种线性正比关系

V = H×d

其中v为退行速度，d为星系距离，H=100hkm·s Mpc（h的值为0哈勃常数。这就是著名的哈勃定律。利用哈勃定律，可以先测得红移Δν/ν通过多普勒效应Δν/ν=V/C求出V，再求出d。

哈勃定律揭示宇宙是在不断膨胀的。这种膨胀是一种全空间的均匀膨胀。因此，在任何一点的观测者都会看到完全一样的膨胀，从任何一个星系来看，一切星系都以它为中心向四面散开，越远的星系间彼此散开的速度越大。

例子

冥王星距离太阳39.5天文单位。

木星距离太阳5.2天文单位。^[2]

参宿四的平均直径为2.57天文单位。

月球距离地球0.0026天文单位。

地球距离太阳1天文单位。^[4]

换算

1天文单位=1.495978707×10^11米 = 149,597,870.7公里 = 92,960,000英里 = 490,800,000,000英尺

参考资料

[1] 科学家发现太阳系“最远天体” 距离太阳120个天文单位[引用日期2022-06-23 19:06:35]

[2] 天文学家认为木星形成的位置离太阳很远[引用日期2022-06-23 19:13:57]

[3] 太阳离我们有这么远--24小时滚动新闻--人民网[引用日期2022-06-23 19:15:02]

[4] 太阳系“偷盗史”：45亿年前曾偷盗另一恒星系统的彗星[引用日期2022-06-23 19:15:03]

[5] 一颗公里直径小行星19日飞越地球 距地约198万公里无威胁[引用日期2022-06-23 19:19:39]

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