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解析天文学能够让我们进行天文求解

1已有 593 次阅读  2015-01-14 06:27   标签周坚  解析天文学  天文学  中国  求解 

解析天文学能够让我们进行天文求解

解析天文学网络公开课

第十四讲:天文求解

周坚/2015114

我们知道,在天文学中,绝大多数的距离测量依赖于标准烛光——科学家挑选出来的、已知其自身亮度的天体。不过,如果你想尝试用求解的方法来解决这些天文问题,你就必须学习一点解析天文学的基本知识,因为它能够让我们进行天文求解

在上一讲中,我们通过光传播类比实验对天文研究的主动测量方法,即类比实验进行了归纳,这种类比实验只是告诉我们,天文研究也能够像在实验中那样进行类似的主动测量,不过测量参数都是能够通过直接观测获得,比如红移和视亮度,又比如恒星的光谱类型,等等。当我们获得这些直接观测数据后又用做什么呢?目前,我们对远近不同天体的这些直接观测数据都只是纯粹的数据积累,它们几乎都是互不相干的,我们在地球上看到它们的直接反映就是这样,在其它星球上看它们究竟是什么样子我们一无所知。但在解析天文学出现之后,我们就能够通过天文求解的方法来获知它们的天文答案。在这一讲中,我们就来看看解析天文学究竟是如何让我们进行天文求解的,具体归纳结果详见图14-1,它告诉我们解析天文学让我们如何对如下天文问题进行天文求解。

1、已知天体红移(在解析天文学中称之为观测红移),依据周坚定律,直接求天体距离。

2、已知天体红移,依据周坚第一定律,直接求天体光传播时间。

3、已知天体红移,依据周坚第二定律,直接求天体距离模数。

4、已知天体红移和视亮度,依据周坚第二定律,直接求天体绝对亮度。

5、已知天体视亮度和绝对亮度,依据周坚第二定律,直接求天体红移,再依据周坚定律,直接求天体距离。

注意事项:在应用解析天文学进行天文求解过程中存在一定误差,其误差主要来自天体相对运动的多普勒效应所产生的多普勒红移或蓝移。由于我们观察到的红移,称之为观测红移,主要是多普勒红移(或蓝移)和周坚红移的综合反映,因此在近距离情况下,周坚效应产生的周坚红移非常小,从而凸显了多普勒效应产生的多普勒红移的影响,造成上述求解过程中的误差较大,但随着天体距离越来越大,周坚红移就越来越明显,致使多普勒红移或蓝移的影响就越来越小,最终产生的天文求解误差就趋向于无穷小而消失。

为了便于理解,我们就以我们赖以生存的太阳为例进行天文求解。太阳是距离我们最近的一颗普通恒星,也是我们研究最透彻的一颗恒星,它的视亮度是-26.72等,绝对亮度是4.852等,距离是1天文单位。

如果我们只知道太阳的视亮度和绝对亮度,那么我们就可以根据周坚第二定律直接求解出它的周坚红移,再根据周坚定律直接求解出它的距离,再根据周坚第一定律直接求解出太阳光传播到地球的光传播时间,由此发现天文求解结果与实际情况完全吻合。

举一反三,只要我们知道太阳这三个参数的任何两个参数就能够进行天文求解获知它的天文数据,对于其它天体也是如此。比如星系,多数情况下,我们只能直接测量它们的红移和视亮度,在解析天文学诞生之前,我们获知这些天文数据之后,只能做到数据积累,不可能进行天文求解,而在解析天文学诞生之后,这种不可能就变成了可能,于201436日发布的解析天文学星空科学解析项目公布第1(ZHOU 1-1000)天体解析结果,就是这种应用成果,就天文求解的距离与美国河外星系数据库(NASA/IPAC EXTRAGALACTIC DATABASE)提供的哈勃流距离(Hubble Flow Distance)的算术平均值进行比较情况来看,误差小于10%的竟然占总样本量的99.4%,如果按照误差小于5%,那么还有占总样本量90.9%的样本与实际结果吻合,就算误差小于1%,那也还有占总样本量45.2%的样本与实际结果吻合,详细统计结果见图14.2

综上所述,我们发现只要知道天体的红移、视亮度和绝对亮度这三个天文参数中的任何两个参数,我们就能应用解析天文学对它们进行天文求解。由此可见,只要给我一个天体的红移和视亮度,我就能应用解析天文学对它进行天文求解来主动研究我们头顶上的星星。很高兴,我做到了,我相信你也能做到,他和她,我们大家都能做到。

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