距離單位
秒差距:天文學中使用的距離單位。主要用於量度太陽系外天體的距離。1秒差距定義為天體的半年視差為2"時,天體到地球(太陽)的距離,也就是地球軌道半徑對應視角為1"時的距離。秒差距是視角的倒數,當天體的視角為 0.1"時,它的距離為10秒差距,當天體的視角為0.01"時,它的距離便為100秒差距,依次類推。
1秒差距等於3.2615637771418798291光年,或206264.806245480309553天文單位,或30.856775814671915808萬億千米。在測量遙遠星系時,秒差距單位太小,常用
千秒差距(kpc)和
百萬秒差距為單位。
長度單位 | 縮寫 | 表示 | 備註 |
---|
秒差距 | pc | | |
千秒差距 | kpc | 1000秒差距 | |
百萬秒差距 | Mpc | 1,000,000秒差距 | 用於測量鄰近星系或星系團之間的距離。 |
十億秒差距 | Gpc | 1,000,000,000秒差距 | |
數學計算
以地球和太陽距離為底邊,視角π = 1''的恆星與地球的距離r為206264AU(=3.08568×10^16 m = 3.2616 光年),這個距離定義為1秒差距(1pc)。天文學家通常使用秒差距而不是天文單位來描述天體的距離。
這不僅是因為使用秒差距數字小更易於計算,而且還有歷史上的原因。 天體的視差越大,則其距離就越近。反之,則視差越小,離我們越遠。離我們最近的恆星(太陽除外)
比鄰星的秒差距約為1.29pc(4.22光年)。
一秒差距等於30856775814671915.808米。 1秒差距=3.2615637771418798291光年=206264.806245480309553天文單位=308567.75814671915808億公里。
驗證:
在高等數學中,當θ 角(單位為弧度)→0時,sin θ → θ
1''=2π/(360*3600)(弧度)
1AU/1pc = sin 1'' ≈2π/(360*3600)
1pc=1AU/[2π/(360*3600)]=(360*3600/2π)*AU ≈ 206265AU,而1Au=1.496*10^8km,
因此,206265Au=3.08572*10^13km,1光年=365*24*3600*300000=9.4608*10^12km,
所以,1Pc/1光年=3.08572*10^13/9.4608*10^12=3.2616,即1pc=3.2616光年
如果視差分別為0.1角秒,0.01角秒,0.001角秒:
0.1角秒:秒差距=1Au/0.1角秒(弧)=10Au/1角秒(弧)=2062650Au=10Pc=32.616(光年)
0.01角秒:秒差距=1Au/0.01角秒(弧)=20626500Au=100PC=326.16(光年)
0.001角秒:秒差距=1Au/0.001角秒(弧)=206265000Au=1000PC=3261.6(光年)
使用與測量
視差法是天體物理學中測定距離的基本校準步驟。然而,基於地面的望遠鏡測量視差角的精度限於約0.01角秒,因此無法對距離超過100 pc的天體測距。這是因為地球的大氣限制了恆星圖像的清晰度。但是基於空間的望遠鏡不受這種影響的限制,並且可以精確測量超出地面觀測極限的物體的距離。在1989年至1993年期間,由歐洲空間局(ESA)發射的Hipparcos衛星以大約0.97毫秒的天文測量精度測量了大約100000顆星的視差,並且獲得了1000pc的恆星距離的精確測量。
ESA的Gaia衛星於2013年12月19日發射,旨在在20微秒內測量10億恆星距離,觀測誤差在10%,距離射手座星座約8000 pc的銀河中心。
秒差距的距離
小於1秒差距
以秒差距的分數表示的距離通常涉及單個恆星系統內的對象。例如:
秒差距和千秒差距
以秒差距(pc)表示的距離包括相近恆星之間的距離,例如在相同旋臂或球狀星團中的距離。1000pc(3262光年)的距離通常由kiloparsec(kpc)表示。 天文學家通常使用千秒差距來表示星系各部分之間或星系群內的距離。 所以,例如:
一個秒差距是大約3.26光年。
除了太陽已知離我們地球最近的恆星[半人馬]比鄰星,最接近地球的已知星是約1.30pc(4.24光年)。
銀河的中心距地球超過8千秒差距(26000光年),銀河系大約34千秒差距(110000光年)。
仙女座星系(M31)距離地球約780 kpc(250萬光年)。
百萬秒差距和十億秒差距
一百萬秒差距通常由兆秒差距(Mpc)表示。天文學家通常用它表示相鄰星系和星系團之間的距離。
十億秒差距(Gpc)是通常使用的最大長度單位之一,大約32.6億光年,或者說是可觀測宇宙的1/14,到可觀測宇宙的地平線的距離(由宇宙背景輻射決定)。天文學家通常使用Gpc來表示大規模結構的大小,例如星系團之間的距離,和到類星體的距離。
例如:
仙女座星系距離地球約0.78 Mpc(250萬光年)。
最近的大星系團,室女座星團,距離地球約16.5Mpc(5400萬光年)。
星系RXJ1242-11,觀察到有一個類似於銀河系的超大質量黑洞核心,距離地球約200 Mpc(6.5億光年)。
星系filament Hercules-Corona Borealis Great Wall是目前宇宙中最大的已知結構,大約有3 Gpc(100億光年)。
粒子視界(可觀測宇宙的邊界)的半徑約為14.0 Gpc(460億光年)。
實際套用
日常生活中我們有這樣的經驗:當我們移動自己的視線時,與自己遠近不同的物體會出現移位,越近移得越大,越遠移得越少,因此利用這個位差我們也可以推算出物體的距離。天文學家利用這種位差對天體的距離進行了量度,雖然恆星離我們的距離很遠,地球的軌道相對於這個距離實在是
微不足道,但遙遠的恆星仍有我們肉眼無法感覺的位差,這個位差的小到我們要用圓面弧度上的秒來作單位,在
地球軌道兩側相對的距離上,如果一顆天體在天球上移動的位差為一秒的話,這個天體離我們的距離天文學家就命名為“1秒差距”,大致為3.26光年。