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秒差距

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秒差距(英文Parsec,缩写pc)是天文学上的一种长度单位。秒差距是一种最古老的,同时也是最标准的测量恒星距离的方法。它是建立在三角视差的基础上的。从地球公转轨道的平均半径(一个天文单位,AU)为底边所对应的三角形内角称为视差。当这个角的大小为1秒时,这个三角形(由于1秒的角的所对应的两条边的长度差异完全可以忽略,因此,这个三角形可以想象成锐角三角形,也可以想象成等腰三角形)的一条边的长度(地球到这个恒星的距离)就称为1秒差距。

想象待测的恒星与一条地球公转轨道的半径线段(即一个天文单位长度)所成的三角形,分别度量待测恒星到太阳及到地球的边长、与这两条边的夹角。当这个夹角为一角秒时,这个三角形是如此的狭长、以至于这两条边长可视为相等,那么这个边长即称为一秒差距。此时这个三角形既可视为等腰三角形、又可视为直角三角形(因剩余的两个角极其接近直角)。更详细地说,周年视差等于1的恒星与地球的距离206265AU,这个距离定义为一秒差距1pc。

秒差距:天文学中使用的距离单位。主要用于量度太阳系外天体的距离。1秒差距定义为天体的半年视差为2"时,天体到地球(太阳)的距离,也就是地球轨道半径对应视角为1"时的距离。秒差距是视角的倒数,当天体的视角为 0.1"时,它的距离为10秒差距,当天体的视角为0.01"时,它的距离便为100秒差距,依次类推。

1秒差距等于3.2615637771418798291光年,或206264.806245480309553天文单位,或30.856775814671915808万亿千米。在测量遥远星系时,秒差距单位太小,常用千秒差距(kpc)和百万秒差距为单位。

长度单位

缩写

表示

备注

秒差距

pc

3.261光年(近似值)

可用于测量邻近恒星之间的距离。

千秒差距

kpc

1000秒差距

可用于测量星系或星系团内部天体之间的距离。

百万秒差距

Mpc

1,000,000秒差距

用于测量邻近星系或星系团之间的距离。

十亿秒差距

Gpc

1,000,000,000秒差距

可用于测量类星体的距离。

以地球和太阳距离为底边,视角π = 1''的恒星与地球的距离r为206264AU(=3.08568×10 m = 3.2616 光年),这个距离定义为1秒差距(1pc)。天文学家通常使用秒差距而不是天文单位来描述天体的距离。

这不仅是因为使用秒差距数字小更易于计算,而且还有历史上的原因。 天体的视差越大,则其距离就越近。反之,则视差越小,离我们越远。离我们最近的恒星(太阳除外)比邻星的秒差距约为1.29pc(4.22光年)。 1秒差距=3.2615637771418798291光年=206264.806245480309553天文单位=308567.75814671915808亿公里=30856775814671915.808米。

验证:

在高等数学中,当θ 角(单位为弧度)→0时,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=1.496×10km,

因此,206265Au=3.08572×10km,1光年=365×24×3600×300000=9.4608×10km,

所以,1Pc/1光年=3.08572×10/9.4608×10=3.2616,即1pc=3.2616光年

如果视差分别为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)

视差法是天体物理学中测定距离的基本校准步骤。然而,基于地面的望远镜测量视差角的精度限于约0.01角秒,因此无法对距离超过100 pc的天体测距。 这是因为地球的大气限制了恒星图像的清晰度。 但是基于空间的望远镜不受这种影响的限制,并且可以精确测量超出地面观测极限的物体的距离。在1989年至1993年期间,由欧洲空间局(ESA)发射的Hipparcos卫星以大约0.97毫秒的天文测量精度测量了大约100000颗星的视差,并且获得了1000pc的恒星距离的精确测量。

ESA的Gaia卫星于2013年12月19日发射,旨在在20微秒内测量10亿恒星距离,观测误差在10%,距离射手座星座约8000 pc的银河中心。

以秒差距的分数表示的距离通常涉及单个恒星系统内的对象。例如:

一个天文单位(AU),从太阳到地球的距离,略小于5×10秒差距。

最遥远的太空探测器,旅行者1号,在2016年8月距离地球0.00066 parsecs。

据估计,奥尔特云的直径约为0.6秒差距。

以秒差距(pc)表示的距离包括相近恒星之间的距离,例如在相同旋臂或球状星团中的距离。1000pc(3262光年)的距离通常由kiloparsec(kpc)表示。 天文学家通常使用千秒差距来表示星系各部分之间或星系群内的距离。 所以,例如:

一个秒差距是大约3.26光年。

除了太阳已知离我们地球最近的恒星[半人马]比邻星,最接近地球的已知星是约1.30pc(4.24光年)。

绝对星等是假定把恒星放在距地球10秒差距(32.6光年)的地方测得的恒星的亮度。

银河的中心距地球超过8千秒差距(26000光年),银河系大约34千秒差距(110000光年)。

仙女座星系(M31)距离地球约780 kpc(250万光年)。

一百万秒差距通常由兆秒差距(Mpc)表示。天文学家通常用它表示相邻星系和星系团之间的距离。

十亿秒差距(Gpc)是通常使用的最大长度单位之一,大约32.6亿光年,或者说是可观测宇宙的1/14,到可观测宇宙的地平线的距离(由宇宙背景辐射决定)。天文学家通常使用Gpc来表示大规模结构的大小,例如星系团之间的距离,和到类星体的距离。

例如:

仙女座星系距离地球约0.78 Mpc(250万光年)。

最近的大星系团,室女座星团,距离地球约16.5Mpc(5400万光年)。

星系RXJ1242-11,观察到有一个类似于银河系的超大质量黑洞核心,距离地球约200 Mpc(6.5亿光年)。

星系filament Hercules-Corona Borealis Great Wall是宇宙中最大的已知结构,大约有3 Gpc(100亿光年)。

粒子视界(可观测宇宙的边界)的半径约为14.0 Gpc(460亿光年)。

日常生活中我们有这样的经验:当我们移动自己的视线时,与自己远近不同的物体会出现移位,越近移得越大,越远移得越少,因此利用这个位差我们也可以推算出物体的距离。天文学家利用这种位差对天体的距离进行了量度,虽然恒星离我们的距离很远,地球的轨道相对于这个距离实在是微不足道,但遥远的恒星仍有我们肉眼无法感觉的位差,这个位差的小到我们要用圆面弧度上的秒来作单位,在地球轨道两侧相对的距离上,如果一颗天体在天球上移动的位差为一秒的话,这个天体离我们的距离天文学家就命名为“1秒差距”,大致为3.26光年。