多圖預(yù)警：內(nèi)含20多張圖片千扶，請(qǐng)自行根據(jù)情況打開(kāi)此文...
宇宙刻度
之前分享了Cary Huang制作的一份動(dòng)畫(huà)《宇宙刻度》，其展現(xiàn)了極宏觀視角與極微觀視角的變化骆捧。
驚嘆動(dòng)畫(huà)演示的效果澎羞，其中的內(nèi)容也是引發(fā)了大家的進(jìn)一步思考：其中的距離是如何測(cè)量出來(lái)的？
地球和月球
地球的形狀
人會(huì)好奇自己身處的地方是什么樣的敛苇，限于早期認(rèn)知手段的匱乏妆绞，最早回答這個(gè)問(wèn)題的是神話傳說(shuō)。
中國(guó)神話傳說(shuō)中枫攀，混沌未開(kāi)括饶，猶如雞卵，盤(pán)古生其中来涨，斧鑿分天地图焰，天圓地方。
印度教神話中蹦掐，地被描述為平盤(pán)狀物體技羔，中央為須彌山僵闯，周圍有四大部洲，其間有海洋相隔藤滥。太陽(yáng)鳖粟，月亮和星辰環(huán)繞須彌山運(yùn)行。地上有6層天拙绊，地下有6層地下世界向图，6層之下為地獄7區(qū)，地獄之下為巨蛇舍濕所棲标沪。
其他大陸的民族神話中张漂，對(duì)世界的認(rèn)識(shí)也是類似。其大多數(shù)不外乎是垂直結(jié)構(gòu)和水平結(jié)構(gòu)的混合谨娜。
隨著人類經(jīng)驗(yàn)的累計(jì)航攒，解釋世界的方法不再只有神話傳說(shuō)一種了。
古希臘人亞里士多德認(rèn)為地球是圓的趴梢，在其著作中記述了很多用于證明地球是球形的證據(jù)漠畜。
由于缺乏觀測(cè)手段和受限于活動(dòng)范圍，這些證據(jù)并不都對(duì)坞靶，如下摘抄幾點(diǎn)：
· 眺望地中海上歸航的帆船憔狞，總是先看到桅頂杠，后看到船身彰阴。
· 在不同緯度看到北極星在天球上的高度不同瘾敢，越往北高度越高；而且會(huì)看到不同的星空
不過(guò)還有一個(gè)司空見(jiàn)慣的現(xiàn)象更能說(shuō)明這點(diǎn)尿这。那就是月食簇抵。
地球的大小
知道了地球的形狀，如何知道其大猩渲凇碟摆？
希臘學(xué)者埃拉托斯特尼測(cè)量夏至?xí)r亞歷山大城太陽(yáng)的角度，即可得到地球的半徑叨橱。
（公式輸入技能還未解鎖典蜕，一個(gè)弦長(zhǎng)公式，一個(gè)角度和弧度轉(zhuǎn)化公式罗洗，看圖解題...）
具體推導(dǎo)和誤差分析見(jiàn)末尾參考文章：《月全食有什么用》
而實(shí)際觀測(cè)中愉舔，對(duì)地球的描述是“兩級(jí)略扁，赤道略鼓的橢圓體”伙菜，但是這種差異在整個(gè)地球半徑的尺度下是很輕微的轩缤，把地球看做一個(gè)正球體也無(wú)不可。如下是衛(wèi)星拍攝下的地球圖片。
文章末尾有附上果殼網(wǎng)推薦的一個(gè)同步衛(wèi)星觀測(cè)網(wǎng)站 ：美GOES-16 和日本向日葵8號(hào)同步衛(wèi)星圖
在搜圖片時(shí)也發(fā)現(xiàn)了一些其他特別的地球照片~
月亮有多大
關(guān)于月球的形成典奉，當(dāng)前的主流觀點(diǎn)認(rèn)為是一場(chǎng)星體間的撞擊導(dǎo)致：
原地月系統(tǒng)中兩顆星體碰撞躺翻，小的那顆被撞碎了丧叽，撞碎的大部分被大的那顆吸收卫玖，剩下那部分在撞擊中四散。因密度不均和萬(wàn)有引力影響踊淳，剩下那部分重新凝聚假瞬，成為了現(xiàn)在的月球，大的那顆成為了現(xiàn)在的地球迂尝。所以在探尋地球的年齡時(shí)脱茉，可以通過(guò)月球佐證（實(shí)際事情發(fā)展，可參考比爾布萊森的《萬(wàn)物簡(jiǎn)史》垄开，整本書(shū)的邏輯琴许、布局精美，其閱讀快感不下于偵探小說(shuō)）溉躲。
阿里斯塔克斯通過(guò)觀察月食發(fā)生的各時(shí)間段差異和其公轉(zhuǎn)周期榜田，得到了地球在月球軌道上本影半徑、地球半徑和月球半徑的關(guān)系：地球直徑是月球直徑的3倍锻梳。
詳細(xì)推導(dǎo)和誤差分析見(jiàn)末尾參考文章3《月全食有什么用》
月亮有多遠(yuǎn)
知道了月亮的直徑箭券，如何估算地球月亮間的距離？
阿里斯塔克斯用相似原理：
“他舉起一個(gè)大拇指對(duì)著月亮疑枯，當(dāng)拇指完全能夠遮住月亮的時(shí)候辩块，它和眼睛之間的距離與拇指尖寬度的比值大約為 110 ，根據(jù)相似形的原理荆永，這個(gè)值等于地月之間距離與月亮直徑的比值废亭，由于已經(jīng)知道月亮的直徑，所以很容易求出地月之間的距離具钥√弦裕”
除了如上這個(gè)簡(jiǎn)易的操作，還有一種更為準(zhǔn)確的方案：三角視差法
這個(gè)也是這篇文章最開(kāi)始動(dòng)筆時(shí)準(zhǔn)備切入的主題氓拼。換言之你画，早會(huì)提到的那個(gè)“距離這么遠(yuǎn)，多少光年的距離桃漾，等光反射回來(lái)坏匪，人都掛掉了”的疑惑，會(huì)在接下來(lái)逐步展開(kāi)撬统。
三角視差法
視差
百度百科版：
視差就是從有一定距離的兩個(gè)點(diǎn)上觀察同一個(gè)目標(biāo)所產(chǎn)生的方向差異适滓。從目標(biāo)看兩個(gè)點(diǎn)之間的夾角，叫做這兩個(gè)點(diǎn)的視差角恋追，兩點(diǎn)之間的距離稱作基線凭迹。只要知道視差角度和基線長(zhǎng)度罚屋，就可以計(jì)算出目標(biāo)和觀測(cè)者之間的距離。
精簡(jiǎn)圖像版：
伸出你的食指嗅绸，閉上左眼脾猛，記下手指在背景中的大致位置（背景可以是眼前的筆，也可是遠(yuǎn)處的信號(hào)塔鱼鸠、廣告牌...）猛拴。接著睜開(kāi)左眼，閉上右眼蚀狰，這時(shí)你會(huì)手指相對(duì)背景發(fā)生了明顯位置變動(dòng)愉昆。這時(shí)你就體會(huì)到“視差”了。
視差法測(cè)地月距離
運(yùn)用在月球距離估算上麻蹋，就是要測(cè)量?jī)商幱^測(cè)地點(diǎn)中月亮相對(duì)于背景的位置變化跛溉，得到視差角；加上兩觀測(cè)地點(diǎn)的距離扮授，通過(guò)簡(jiǎn)單的三角關(guān)系芳室，即可得到地月距離。
三角視差法測(cè)地日距離
在測(cè)量地日距離上糙箍，哈雷的金星凌日測(cè)量很有價(jià)值渤愁。通過(guò)觀察同一場(chǎng)金星凌日，確認(rèn)起（或終）的時(shí)間差深夯，結(jié)合之前觀測(cè)到的金星公轉(zhuǎn)周期抖格，轉(zhuǎn)化為太陽(yáng)的視差角，進(jìn)而利用三角關(guān)系得到地日距離咕晋。
有了地日距離雹拄，太陽(yáng)系內(nèi)天體的距離也不是問(wèn)題了，因?yàn)橛虚_(kāi)普勒第三定律：
“繞以太陽(yáng)為焦點(diǎn)的橢圓軌道運(yùn)行的所有行星掌呜，其各自橢圓軌道半長(zhǎng)軸的立方與周期的平方之比是一個(gè)常量”
周期易于觀測(cè)滓玖，日地距離又已得到，系內(nèi)其他天體的距離也就一代而出了质蕉。所以势篡，日地距離又稱為天文單位（AU:Astronomical Unit）。
而在科技發(fā)展的今天模暗，系內(nèi)天體的精確距離會(huì)通過(guò)天文雷達(dá)測(cè)距禁悠。
但是更遙遠(yuǎn)距離的天體距離測(cè)量，還是有要依靠視差法的地方兑宇。
三角視差法的適用范圍
太陽(yáng)系附近恒星距離的測(cè)量就可以依靠三角視差法碍侦，不過(guò)這時(shí)替代雙眼距離的是日地距離（所以說(shuō)日地距離好關(guān)鍵的...）。更遠(yuǎn)的地方，因?yàn)橐暡罱菢O小瓷产，相對(duì)日地距離來(lái)說(shuō)站玄，已不可能觀測(cè)到這微小的差異。具體有多遠(yuǎn)濒旦，有多小株旷，這就涉及到另一個(gè)長(zhǎng)度單位：秒差距（PC:Parsec）。
秒差距
百度百科：
秒差距（英文Parsec, 縮寫(xiě)pc）是天文學(xué)上的一種長(zhǎng)度單位疤估。 以地球公轉(zhuǎn)軌道的平均半徑（一個(gè)天文單位灾常，AU）為底邊所對(duì)應(yīng)的三角形內(nèi)角稱為視差霎冯。當(dāng)這個(gè)角的大小為1角秒時(shí)铃拇，這個(gè)三角形（由于1秒的角的所對(duì)應(yīng)的兩條邊的長(zhǎng)度差異完全可以忽略，因此沈撞，這個(gè)三角形可以想象成銳角等腰三角形）的一條邊的長(zhǎng)度（地球到這個(gè)恒星的距離）就稱為1秒差距慷荔。
圖像精簡(jiǎn)版：
如下圖所示，視差角為1秒（360角度=60*360角分=60*60*360角秒）缠俺，三角形（因角度極小显晶，可視為銳角等腰三角形或直角三角形或雙直角三角形，弧度約等于對(duì)應(yīng)角度的正弦值約等于對(duì)應(yīng)角度的正切值壹士，公式輸入技能未解鎖...姑且先這樣磷雇，后期再行修正）的斜邊（直角邊）的長(zhǎng)度。
換言之躏救，視差角越小唯笙，天體離得越遠(yuǎn)，這和我們的認(rèn)知是相符的(如果配上公式盒使，就更一目了然了崩掘。最開(kāi)始看到100PC時(shí)，理解為視差角為100角秒時(shí)的距離少办，發(fā)現(xiàn)跟實(shí)際認(rèn)知不符苞慢，自己推導(dǎo)下才發(fā)現(xiàn)差異...）
視差法適用于100PC內(nèi)的距離測(cè)量，更遠(yuǎn)距離的測(cè)量就需要用到其他方法英妓。如下是部分方法的分類（詳細(xì)請(qǐng)點(diǎn)擊附錄中的參考文章）挽放。
星等測(cè)量距離
超出100PC后，需要根據(jù)星體的發(fā)光程度來(lái)確認(rèn)距離蔓纠〖瑁總體思路是，按照一定標(biāo)準(zhǔn)贺纲，星體應(yīng)該具有的光度（絕對(duì)星等）和因距離問(wèn)題與在地球上實(shí)際觀測(cè)到的光度（視星等）差異航闺，來(lái)計(jì)算這段距離。
而獲得絕對(duì)星等的方法不同，就有了主序星重疊法（10000 PC）潦刃、造父變星（15 million PC）和超新星（200 million PC）以及漩渦星系法(Tulley-Fisher 關(guān)系)侮措。
而更遠(yuǎn)距離的觀測(cè)，其原理指導(dǎo)則是哈勃效應(yīng)和宇宙學(xué)紅移乖杠。
哈勃定律和宇宙紅移測(cè)量距離
記得最早接觸的科普書(shū)籍是伽莫夫的《物理世界奇遇記》分扎，印象最新的是其故事和知識(shí)點(diǎn)之間的起承轉(zhuǎn)合，極具畫(huà)面感胧洒。當(dāng)時(shí)書(shū)中還在提及宇宙是在膨脹還是在收縮畏吓，是加速膨脹還是減速膨脹。宇宙的結(jié)局是冰冷的寂靜卫漫，還是熾熱的火球菲饼。隨著認(rèn)知手段的發(fā)展，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)宇宙已在加速膨脹列赎，其中哈勃定律的發(fā)現(xiàn)在其中起了重要證據(jù)宏悦。
哈勃定律
百度百科
河外星系的視向退行速度與距離成正比，即距離越遠(yuǎn)包吝，視向速度越大饼煞。V（退行速度）=H0（哈勃常數(shù)）* d(星系距離)
精簡(jiǎn)版：
離我們?cè)竭h(yuǎn)的天體遠(yuǎn)離我們的速度越快（作為宇宙膨脹的證據(jù)之一）
宇宙學(xué)紅移
如何得到退行速度V？在中學(xué)階段有了解過(guò)多普勒效應(yīng)诗越。
百度百科
波在波源移向觀察者接近時(shí)接收頻率變高砖瞧，而在波源遠(yuǎn)離觀察者時(shí)接收頻率變低。
精簡(jiǎn)版：
當(dāng)一輛火車迎面駛來(lái)的時(shí)候嚷狞，聽(tīng)到聲音越來(lái)越高块促；而火車離去的時(shí)候聲音越來(lái)越低。
運(yùn)用在星體觀測(cè)上感耙，則有了宇宙紅移現(xiàn)象褂乍。
宇宙紅移是指由遙遠(yuǎn)星系發(fā)出的光譜線，相對(duì)于地球上同樣光源發(fā)出的譜線即硼，向長(zhǎng)波方向移動(dòng)逃片。
通過(guò)比較紅移的幅度，就能得到退行速度只酥，結(jié)合哈勃效應(yīng)褥实，距離也就出來(lái)了。
至此裂允，距離這一塊就可暫告一段落了损离。
看到評(píng)論中有推薦《星星距離我們有多遠(yuǎn)》，雖然沒(méi)有看绝编，但是僅望文生義僻澎，我覺(jué)得是契合這個(gè)主題的貌踏，有看過(guò)的可評(píng)論介紹下~
由科學(xué)到藝術(shù)
其實(shí)還有一個(gè)問(wèn)題，平常我們看到那些絢麗奇幻的星空?qǐng)D并不是我們直接觀測(cè)的結(jié)果（連距離都需要間接方法測(cè)量...）,而是對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了藝術(shù)加工的成果窟勃。
后記：
一? 資料收集中祖乳，了解到“天眼”之父南仁東去世的消息，借此表達(dá)一份對(duì)老前輩的敬意秉氧。
二? 本人非地理學(xué)/天文專業(yè)眷昆，僅僅是恰逢其會(huì)，對(duì)這個(gè)主題碎片化閱讀的個(gè)人整理汁咏。缺少深度的拓展亚斋，另外自己也未對(duì)其中涉及推導(dǎo)過(guò)程進(jìn)行重復(fù)、驗(yàn)證（非全部驗(yàn)證）攘滩；以及運(yùn)用批判性思維（這兩部分內(nèi)容帅刊，希望能留在線下進(jìn)行）“挑刺”。其中涉及到的專業(yè)知識(shí)轰驳，不做過(guò)深的了解厚掷，僅僅是作為“通識(shí)”弟灼。以上內(nèi)容如有錯(cuò)誤级解、未證實(shí)、有偏頗等等問(wèn)題田绑，可留言指出~~
三? 文章中所用圖片皆來(lái)源于網(wǎng)上勤哗，已知出處的已盡量注明，如有未厘清或需配合刪除的掩驱，還請(qǐng)聯(lián)系我芒划。
四? 若有更合適圖片推薦（或補(bǔ)充那幾張空白圖...），還請(qǐng)聯(lián)系我~
五? 作為大主題的延續(xù)欧穴，續(xù)篇：微觀世界醞釀中... 若有協(xié)同合作之意向民逼，還請(qǐng)聯(lián)系我...
附錄
美GOES-16 和日本向日葵8號(hào)同步衛(wèi)星圖（近乎實(shí)時(shí)）
參考資料：（主體上按照文章編排順序）
1《宇宙刻度2》Cary Huang 制作；@王亞瑟涮帘，@呀拉哪一卡漢化
2《世界各民族神話大觀》葉莫梅列金斯基
3? 《月全食有什么用》cloudsforest 果殼網(wǎng)
4? 互動(dòng)百科拼苍、百度百科
5? 如何測(cè)量?jī)蓚€(gè)天體之間的實(shí)際距離？sym cheng & 王諾諾 知乎回答
6 《你看到的系外行星圖都是瞎畫(huà)的嗎》Msarina Koren
7? 《萬(wàn)物簡(jiǎn)史》比爾布萊森 推薦閱讀：看到作者寫(xiě)的前言调缨，如果和你想的一樣疮鲫，那就讀下去吧
拓展閱讀：
《星星離我們有多遠(yuǎn)》
BBC記錄片《地圖》
記錄片《宇宙有多大》
