光線在宇宙中能留多長時間（天文學家如何知道光線在宇宙中走過了多長時間）

2023-08-12 11:42:54 1

宇宙距離

當天體發出的光在宇宙中傳播了一定時間之後到達地球，我們通過眼睛或者天文望遠鏡接收到這些光，於是就能看到天體。不過，我們並不能從接收到的光線中直接確定它們走了多久時間（又稱光行時）。只能通過測量出發光天體與地球的距離，然後用距離除以光速（光速相對任何參照系都是恆定的），才能確定它們在宇宙中走了多長的時間才來到地球上。

對於太陽系內的大多數天體，可以通過雷達反射法測出它們的距離。但對於太陽，則無法使用雷達反射法，只能藉助其他方法，例如，金星凌日法。通過測量可知，太陽與地球的距離大約為1.496億公裡，由於光速約為30萬公裡/秒，所以太陽光在宇宙中走了8.3分鐘才到達地球。

對於太陽系外視差較大的恆星（通常距離只有幾百光年），可以利用三角視差法來測距。在地球繞太陽公轉過程中，那些距離地球較近的恆星會相對於背景星空發生移動。通過測量恆星在半年時間內的視差角大小，就能利用三角函數來計算出恆星的距離。

三角視差法

早期天文學家都是用三角視差法來測量恆星的距離，並且秒差距這個天文學中最常用的長度單位也是來自於此。只是在科普中為便於理解，現在都會用光年來轉換秒差距。例如，牛郎星的距離為5.13秒差距，轉換為光年之後為16.73光年，這意味著牛郎星發出的光在宇宙中走了16.73年的時間才來到地球上。

對於再遠一些的恆星，可以通過主序星擬合法。恆星的距離與其實際亮度和在地球上觀測到的亮度直接相關，而處在主序階段的恆星的實際亮度可以從光譜分析中確定出來，這樣就能計算出它們的距離。

造父變星的光變曲線

宇宙中還有一些特殊的恆星——造父變星，它們的光度會隨著時間呈現周期性的變化，通過其他方法來對它們進行標定，這樣就能用它們來測距。這種方法甚至可以測量河外星系的距離，當年哈勃就是這樣首次確定河外星系的存在。

對於更加遙遠的星系，可以用Ia型超新星法來測量。因為Ia型超新星的產生機制是一樣的，它們具有相同的實際亮度，如果對它們的距離和視亮度關係進行標定，就能用來測量遙遠星系的距離。但Ia型超新星在宇宙中較為罕見，屬於可遇但不可求的現象。

哈勃定律

​對於那些最遠的星系，距離達到幾十億甚至上百億光年的星系，只能通過紅移法來測量。通過光譜分析確定星系的紅移值，然後經由紅移和速度的關係確定退行速度，再由哈勃定律就能算出對應的距離。知道光行距離之後，就能知道光行時。