摘要
测量与其他星系的距离是我们了解宇宙运行方式的重要组成部分。天文学家可以利用所谓的表面亮度波动(简称SBF)，以及星系的颜色来计算它离地球有多远。用这种方法测量的大多数星系都在数百万光年之外。
太空很大
道格拉斯·亚当斯在他的书《银河系漫游指南》中说:“太空很大。太空真的很大!你简直无法相信它有多么巨大，多么令人难以置信。1)。”
他也不是在开玩笑!想象一下。假设你在德国的高速公路上。你坐在一辆法拉利里，以每小时300公里(186英里)的速度飞驰。如果你不需要停下来，你可以绕地球一周大约133小时，也就是5天半。现在想象一下，如果你的法拉利突然可以飞向太阳。到达太阳要比开车绕地球一周多花近4000倍的时间!那就是在法拉利的22000天!离太阳最近的恒星被称为太阳半人马座阿尔法星．要到达那里，就像开车去太阳差不多30万次!最接近的星系，仙女座它比半人马座阿尔法星远近60万倍!我测量的最远的星系比仙女座远100多倍，而要到达可见宇宙的尽头，你必须比仙女座远150倍!1不管怎样，如果你想开车到可见宇宙的尽头，或者太空中的任何地方，都需要很长时间。
用秒差距测量空间
因为太空太大了，许多天文学家不喜欢用英里或公里来表示物体有多远。相反，我们使用一种我们称之为a的测量方法秒差距．还记得离我们最近的半人马座阿尔法星吗?它是1.347秒差距，或415600亿(或41.56万亿)公里远。我喜欢秒差距，因为对我来说，与千米的所有零相比，秒差距更容易使用和理解。
崎岖不平的星系
太空如此之大，至少我是这么认为的。但我们怎么知道太空有多大呢?在太空中测量东西有很多不同的方法，但我主要是用一种非常特殊的方法来测量星系的距离表面亮度波动(SBF)．为了解释SBF是如何工作的，仔细看看你正在阅读这篇文章的手机或电脑屏幕。如果屏幕真的离你的脸很近，你就能看到像素，或者在屏幕上组成你所看到的图像的小灯。现在，后退，直到您不再能够看到像素。
当它靠近你的屏幕时，你可以分辨出屏幕上的像素，因为你的屏幕是由很多像素组成的。类似地，星系只是一堆聚集在一起的恒星。星系不是手机屏幕，但它确实有类似的行为。当星系靠近我们时，由于星系恒星的组织方式，我们看到来自星系的更大的隆起。就像屏幕一样，当星系离我们更远时，所有的恒星都会融合在一起，星系看起来会非常平滑，就像你坐在屏幕后面时，屏幕上的像素会融合在一起一样。在图1，你可以看到一个较近的星系看起来比一个较远的星系更颠簸。由于星系中恒星的组织方式，当我们知道凸起的大小时，它有助于天文学家计算出该星系有多少颗恒星。
- 图1 -左边的图片是M32星系，它就在仙女座星系的旁边，距离我们0.77百万秒差距(Mpc)，或77万秒差距。
- 右边的星系是NGC 7768。它距离地球120 Mpc，即1.2亿秒差距。M32看起来比NGC 7768颠簸得多，因为它离我们更近。这两张照片都来自双子座天文台2．
测量肿块
为了测量遥远星系中“凸起”的大小，我们需要从图片中移除星系的主要部分，以专注于凸起。为了做到这一点，计算机创建了一个非常光滑的星系的图像，类似于我们拍摄的照片。然后我们将计算机生成的平滑的星系图像与我们原始图像中的图像相减，只留下如图所示的星系凸起图2．一旦我们有了图上的凸起，接下来我们需要算出一个叫做功率谱．功率谱告诉我们一个星系有多少个大凸起，以及它有多少个小凸起。如果功率谱告诉我们，图像中有很多详细的、尖锐的凸起，这可能意味着星系离我们更近。如果同一个星系离得更远，功率谱在图像中只会显示不那么详细、更平滑的凸起。如果你知道那个星系的颜色和它有多少颗恒星，你就能算出如果它在一定距离外，你应该看到多少光。
- 图2 -星系NGC 0524显示在左边。
- 在计算机从图像中移除星系的主要部分后，只剩下凸起，如右侧所示。星系凸起的大小取决于星系与我们的距离和它的温度。这个星系的照片是由哈勃太空望远镜拍摄的3.．
色彩斑斓的星系
想象一下，你和朋友们围坐在篝火旁，烤着美味的棉花糖。你有没有想过为什么火的一些部分是红色的，一些是橙色的，一些是黄色的，还有一些是白色的?这是因为火中较冷的部分呈红色，较热的部分呈橙色，较热的部分呈黄色，最热的部分呈白色。如果你能让火足够热，它甚至会开始看起来是蓝色的(但它也会给你一个非常严重的晒伤)。星系也是如此。就像火一样，当星系包含较冷的恒星时，它们看起来是红色的。当它们包含更热的恒星时，它们看起来更蓝。当我们知道了星系的颜色，我们就知道了恒星的温度。从星系的颜色我们可以知道一个星系中的恒星能发出多少光。一旦我们知道了每颗恒星产生的光，如果我们知道了恒星的总数，我们就能计算出在一定距离内星系的亮度。
颜色和凸起在一起可以产生距离
想象你正坐在篝火旁。当你就在火旁边时，你可以感受到它的温暖，你甚至可能有足够的光看书。但是想象一下，你开始远离火。你很快就会感到更冷，很快就会太黑，看不清里面的东西图3．火看起来也会像只有一种颜色，而不是一堆颜色。这并不是因为火要熄灭了，也不是因为它现在是单一的颜色，而是因为你离火更远了。如果你仔细比较火在你身边时的样子和从远处看它的样子，你就可以计算出你走了多远。就像篝火一样，星系越远，我们看到的光和细节就越少。
- 图3 -这显示了两个营火。
- 左边的照片4近到你能看到不同的颜色。如果你离火那么近，你可以感觉到它的热量，甚至可以烤一些棉花糖!在右边，火仍然可见，但更暗，因为它是更远的。火看起来只有一种颜色，你感觉不到它的热量。
一个星系的凹凸不平取决于它的距离和它的颜色，这就是为什么两种数据都需要。星系的颜色告诉我们恒星有多热，以及它们产生多少光。一旦我们知道了恒星的温度和星系凸起的大小，我们就可以计算出该星系中有多少恒星，以及该星系正在产生多少光。从那里，天文学家终于可以计算出星系到地球的距离，因为他们知道星系在一定距离上看起来应该有多亮，就像你通过比较火发出的光来测量你走了多远一样。
为什么距离很重要?
测量星系距离的原因有很多，尽管这可能会有很多工作要做。如果我们不知道一个星系的距离，我们就无法计算出这个星系有多大，我们就无法知道这个星系的黑洞有多大，也无法知道这个星系中有多少东西。如果我们不知道物体有多远，就很难测试天文学家的其他很酷的理论，比如暗物质、暗能量和其他宇宙奥秘的理论!如果我们永远不知道如何测量空间中的距离，我们就无法理解宇宙的真实样子。
也有人问我，“为什么了解宇宙的样子很重要?”了解宇宙是如何运作的很重要，因为当我们了解了，我们就可以利用这些知识来创造和做令人惊叹的事情。300多年前，艾萨克·牛顿爵士发现了行星绕太阳公转的规律。这本身就是一个很酷的发现，但大多数人没有意识到的是，在做出这个发现的同时，他也在发展微积分4．微积分是一种数学，它帮助人们发明了卫星、电脑、电话、互联网和医生拯救生命的工具!甚至你吃的食物和穿的衣服都在那里，因为科学家们对我们的宇宙是如何运作的有了很酷的发现。
所以，我们知道了解空间中的距离很重要，因为这些信息将帮助我们了解宇宙是如何运作的。但是为什么使用SBF很重要呢?如果你还记得空间有多大，以及一切都是多么遥远，就很难测量到遥远星系的距离。我们知道一些星系离地球有多远，但一般来说，我们知道的星系都离地球很近。如果我们想测量一个较远星系的距离，我们可以将它的颜色和凹凸不平程度与较近星系的质量进行比较，然后根据这些数据进行距离测量。所以，SBF可以给我们一个星系的距离，否则我们无法测量。
那么，下一步是什么?
由于需要大量的工作，SBF只在一些星系上进行过。将来会有很多新的望远镜，拍很多照片，所以我们会有比现在更多的照片。我正在研究计算机程序，可以更快地分析这些图片并进行距离测量，这样天文学家就可以测量尽可能多的星系的距离!
术语表
半人马座阿尔法星：↑离太阳系最近的恒星。它距离地球1.37秒差距，或41.53万亿公里。
星系：↑一堆恒星，甚至是数万亿颗恒星聚集在一起，在彼此的轨道上运行。
仙女座星系：↑它是离我们银河系最近的星系之一。
秒差距：↑天文学家描述空间距离的一种方法。1秒差距相当于30.86万亿公里。
表面亮度波动(SBF)：↑在一个星系的图像中，从一个地方到另一个地方的光是如何出现的。我们通过测量它来确定星系的距离。
像素：↑一个很小的光，是屏幕的一个单独部分。电视是由许多像素组成的。
功率谱：↑这就提供了我们在星系图片中看到的所有凸起的大小信息。
星系的颜色：↑星系的颜色告诉我们该星系中的恒星有多热。
微积分：↑艾萨克·牛顿发明并用于天文学的超级实用数学。
利益冲突
作者声明，这项研究是在没有任何可能被解释为潜在利益冲突的商业或财务关系的情况下进行的。
脚注
1↑我所有的电话号码都是从这个网站上得来的https://www.wolframalpha.com/．只要输入你想了解更多的恒星或星系的名称。
2↑http://www.gemini.edu/是一个网站，在那里你可以了解更多关于双子座望远镜的信息。
3.↑这个网站可以告诉你更多关于哈勃的信息:http://hubblesite.org/
4↑https://web.physics.wustl.edu/alford/general/newton.html
参考文献
[1]↑亚当斯，1980年。银河系漫游指南．1日版．纽约，纽约州:和谐图书。