發現距離地球10億光年的黑洞這樣的新聞屢見不鮮。但是，究竟如何才能測量出與如此遙遠的天體之間的距離呢?

今天就來對這個樸素的疑問進行簡單易懂的解說。

如何測量到10億光年外天體的距離?

我們如何測量宇宙中天體的距離呢?

如果可能的話，我們希望能到那個天體上去測量距離，但人類發射探測器能直接到達的距離是有限的。

目前，在人類發射的探測器中，離我們最遠的是旅行者號衛星，它的航行距離約為200億公里。雖然逃出了太陽圈，這也是一個了不起的壯舉，但不得不說，就宇宙整體的規模而言，它離我們還是非常近的。

要測量到附近恆星的距離

測量到附近恆星距離最準確的方法是使用“視差”。

有一種方法可以很好地理解這個原理。試著向前伸直手臂，豎起食指。接著請閉上右眼，用左眼看著食指。記住背景和食指的位置關係後，請閉上左眼，用右眼看著食指。這樣一來，食指的位置就會偏離背景。如果食指離得更近，這個偏差會更大。

同樣的原理也可以用在宇宙中。就當剛才的食指是旁邊的星星吧。因為地球是圍繞太陽旋轉的，所以地球在春天和秋天的位置會發生變化。

假設春天的位置(A)是左眼，秋天的位置(B)是右眼。這樣的話，在春天和秋天附近的星星的位置看起來比背景中遙遠的星星的位置要差(被稱為“週年視差”)。

因為我們知道太陽和地球的距離，所以只要能測量出偏差的大小(角度)，就能用三角測量的原理推算出兩顆星球的距離。但是，這種方法只能用於視差大到可以測量的恆星，也就是附近的恆星。

現在，對於銀河系中距離大約10,000光年的恆星，透過週年視差可以測量出正確的距離。

銀河系外面的星星該怎麼測量呢?

那麼比這更遠的星星怎麼辦呢？

最可靠的方法之一是使用“標準光源”。在宇宙中，有事先知道真正亮度的天體存在。著名的例子是被稱為“造父變星”的恆星和被稱為“Ia型超新星”(讀作“ichi - ei型”)的恆星的爆炸現象。

天體雖然有著同樣的亮度，但是在遙遠的地方，在我們看來是黑暗的。就像知道100w的燈泡，離得越近看起來越刺眼，離得越遠就越少，這是同樣的原理。

外觀亮度是隨著距離的平方而減少的，利用這個原理，可以從天體的外觀亮度倒推到天體的距離。

現在，我們可以測量出，造父變星距離我們大約5000萬光年，而Ia型超新星距離我們大約50億光年。

怎麼知道星星原本的亮度?

這裡有一個問題。最初，造父變星和Ia型超新星的真正亮度是如何測量的呢?

那個只能使用別的方法。例如，造父變星在銀河系中也存在，使用週年視差先決定距離，就能決定真正的亮度。

但是，Ia型超新星在銀河系中大約100年才能發現一次，所以這種方法無法使用。

因此，透過造父變星來確定發現Ia型超新星的系外星系的距離，就可以確定Ia型超新星的真正亮度。也就是說，從近到近依次確定距離。這就像在宇宙中架設梯子一樣，因此被稱為“距離梯子”。

距離梯是測量距離更遠宇宙的絕佳方法。另一方面也有危險性。如果離地球較近的那一側的距離錯了，就會影響到更遠距離的測量。就像下面的梯子稍微搖晃，上面的梯子就會劇烈搖晃一樣。

測量宇宙距離的新手段!

被稱為“多信使天文學”的新天文學在“距離階梯”方面也帶來了巨大的影響。

“多信使天文學”是將迄今為止人類用於宇宙觀測的可見光、紅外線、X射線等電磁波，與近年來能夠觀測到的引力波和中微子組合在一起，挑戰宇宙物理學之謎的天文學。

特別是引力波是測量宇宙距離的強有力的方法。

引力波的強度可以透過廣義相對論進行精確計算，因此透過觀測引力波的強度可以推算出引力波到天體的距離。也就是說，完全沒有必要依賴其他“梯子”。

實際上，在2017年，科學家實現了對“中子星”合併現象的多信使觀測，並推測了中子星與該天體之間的距離。

今後，隨著對引力波天體的多信使觀測的不斷推進，科學家們可以準確地測量宇宙的距離，進而在探究宇宙膨脹率之謎的研究上取得巨大進展。