己知離地球最遠的星球是130億光年,它是怎麼測量出來的?是用光束還是用引力方法計算出來的?

題目：

己知離地球最遠的星球是130億光年,它是怎麼測量出來的?是用光束還是用引力方法計算出來的?

解答：

雷達遙測(radar ranging) 精確決定地球與太陽平均距離(一天文單位,1 AU),是量測宇宙距離的基礎.由克卜勒定律 ,可以推算出金星與地球的最近距離約是0.28 A.U..在金星最近地球時,用金星表面的雷達回波 時間,可找出(誤差小於一公里) 1 AU = 149,597,870 公里≈1.5* 108 公里 測距適用範圍：1AU.恆星視差法(stellar parallax) 以地球和太陽間的平均距離爲底線,觀測恆星在六個月間隔,相對於遙遠背景恆星的視差 .恆星的距離d d (秒差距,pc) = 1/ p (視差角,秒弧) 1 pc 定義爲造成一秒視差角的距離,等於3.26 光年.地面觀測受大氣視寧度的限制,有效的觀測距離約爲100 pc 300 光年).在地球大氣層外的Hipparcos 衛星與哈伯望遠鏡,能用視差法量測更遠的恆星,範圍可推廣到1000 pc.測距適用範圍：1,000 pc.光譜視差法(spectroscopic parallax) 如果星體的視星等爲mV,絕對星等MV,而以秒差距爲單位的星體距離是d.它們間的關係稱爲距離模數 mV - MV = -5 + log10d 如果知道恆星的光譜分類 與光度分類 ,由赫羅圖 可以找出恆星的光度.更進一步,可以算出或由赫羅圖讀出恆星的絕對星等,代入距離模數公式,即可以找出恆星的距離.因爲主序星的分布較集中在帶狀區域,所以光譜視差法常用主序星爲標的.利用鄰近的恆星,校準光譜視差法的量測.另也假設遠處的恆星的組成與各項性質,大致與鄰近恆星類似.誤差常在25% 以上,.(註：本銀河系直徑約30 Kpc) 測距適用範圍：7Mpc.例：若某恆星的視星等爲+15 ,其光譜判定爲G2 V 的恆星『i從赫羅圖讀出該星的絕對星等爲+5 ,代入距離模數公式15 - 5 = 5 log d - 5 ,求出該星的距離d= 1000 pc = 3260 光年.變星 位在不穩定帶的後主序帶恆星,其亮度有周期性的變化(周光曲線),而綜合許多變星的周光關係,可以發現變星亮度變化周期與恆星的光度成正比(參見周光關係) .用來做距離指標的變星種類主要有造父變星(I 型與II 型)與天琴座變星.測定變星的光譜類別後,由周光圖可以直接讀出它的光度(絕對星等).由變星的視星等和絕對星,利用距離模數公式,mV - MV = -5 + log10d 即可定出變星的距離.目前發現,最遠的造父變星 在M 100,距離我們約17 Mpc.測距適用範圍：17 Mpc.超新星 平均每年可以觀測到數十顆外星系的超新星.大部份的超新星(I 型與II 型) 的最大亮度多很相近,天文學家常假設它們一樣,並以它們做爲大距離的指標.以造父變星校準超新星的距離,以找出I 型與II 型星分別的平均最大亮度.由超新星的光度曲線 ,可以決定它的歸類.對新發現的超新星,把最大視亮度(mV) 與理論最大絕對亮度(MV) 帶入距離模數公式,即可找出超新星的距離.II 型超新星受外層物質的干擾,平均亮度的不確定性較高,I 型超新星較適合做爲距離指標.測距適用範圍：> 1000 Mpc.Tulley-Fisher 關係 漩渦星系的氫21 公分線,因星系自轉而有杜卜勒加寬 .由譜線加寬的程度,可以找出譜線的位移量Δλ,並求出星系的漩渦臂在視線方向的速度Vr,Δλ/λo = Vr/c = Vsin i/c i 爲觀測者視線與星系盤面法線的夾,由此可以推出漩渦星系的旋轉速率.Tulley 與Fisher 發現,漩渦星系的光度與自轉速率成正比,現在稱爲Tulley-Fisher 關係.量漩渦星系的旋轉速率,可以知道漩渦星系的光度,用距離模數公式,就可以找出漩渦星系的距離.Tulley-Fisher 關係找出的距離,大致與I 型超新星同級,可互爲對照.註：現常觀測紅外線區譜線,以避免吸收.測距適用範圍：> 100 Mpc.哈伯定律 幾乎所有星系相對於本銀河系都是遠離的,其遠離的徑向速度可用都卜勒效應來測量星系的紅位移 ,進而找出星系遠離的速度.1929年Edwin Hubble得到遠離徑向速度與星系距離的關係 哈柏定律 Vr = H*d 其中 Vr = 星系的徑向遠離速度 H = 哈柏常數=87 km/(sec*Mpc) d = 星系與地球的距離以Mpc 爲單位.哈柏定律是一個很重要的距離指標,量得星系的遠離速度,透過哈柏定律可以知道星系的距離.例:室女羣(Vigro cluster) 的徑向遠離速度爲 Vr ＝1180 km/sec,室女羣與地球的距離爲 d = Vr/H = 1180/70 = 16.8 Mpc.測距適用範圍：宇宙邊緣.其他測距離的方法 紅超巨星 假設各星系最亮的紅超巨星絕對亮度都是MV = -8 ,受解析極限的限制,適用範圍與光譜視差法相同.測距適用範圍：7Mpc.新星 假設各星系最亮的新星,絕對亮度都是MV = -8 .測距適用範圍：20 Mpc.HII 區 假設其他星系最亮的HII區之大小,和本銀河系相當.(定H II區的邊界困難,不準度很高) 行星狀星雲 假設星系行星狀星雲,光度分布的峯值在MV = - 4.48.測距適用範圍：30 Mpc.球狀星團 假設星系周圍的球狀星團,光度分布的峯值在MV = - 6.5.測距適用範圍：50 Mpc.Faber-Jackson 關係、D-σ關係 Faber-Jackson 關係與Tulley-Fisher 關係類似,適用於橢圓星系.Faber-Jackson 關係：橢圓星系邊緣速率分布寬度σ的四次方與星系的光度成正比.D-σ關係：橢圓星系邊緣速率分布寬度σ與星系的大小D 成正比.測距適用範圍：> 100 Mpc.星系 假設其他更遠的星系團,與室女星系團中最亮的星系都具有相同的光度MV = -22.83.測距適用範圍：4,000 Mpc.