那些與地球相距百萬光年的恆星，我們怎麼確定它有多遠？這樣算

晴朗的夜空繁星遍布，而每一顆星星都是一顆遙遠的恆星，它們與地球的距離都要以「光年」來進行衡量。

這些星星有的與地球相距幾十、數百光年，而有些與地球的距離則要以百萬、千萬光年來進行計算。那麼問題來了，這些看起來都差不多的小亮點，我們是怎麼知道它與我們的距離到底有多遠的呢？其實並不難，只需要兩個簡單的計算。首先我們知道宇宙空間是不斷膨脹的，這種空間的膨脹是均勻的且具有各項同性，也就是說在各個方向上，空間膨脹的性質都是相同的。因為宇宙空間的均勻膨脹，所以與我們相距越遠的恆星，它遠離我們的速度就越快，天文學上將這稱之為天體的「退行速度」。

既然與我們的距離不同會導致天體的退行速度不同，那麼就可以利用這一點來計算一顆恆星與我們之間的距離。

具體怎麼計算呢？需要用到哈勃定律，很簡單，就是V=H*D。在這個公式里，V代表天體的退行速度，H為哈勃常數，D為目標星體相對於地球的距離。現在我們要計算星體相對於地球的距離，只需要將這個公式變形為D=V/H。H是哈勃常數，科學家們經過十多年的努力已經將哈勃常數確定為67.8km/(s·Mpc)到82.48km/(s·Mpc)之間，所以現在只需要知道V，也就是天體的退行速度，就可以計算出一個天體相對於地球的距離了。

怎麼才能知道一個天體的退行速度呢？

這裡我們先要解釋一個現象，也就是多普勒效應。奧地利物理學家多普勒在火車站等待火車的時候發現了一個有趣的現象，火車在進站和出站的時候都會拉響汽笛，而同樣的一個汽笛，在火車進站時和出站時的聲音是截然不同的，前者聽起來高亢，而後者聽起來低沉，這到底是為什麼呢？多普勒經過研究後發現，這種現象的出現是由於波長的變化所導致的。聲音是以波的形式傳播的，而既然是波，就有波長。從一個靜止的聲源處發出來的聲波，波長是固定的。但火車是運動的，這就會導致波長發生變化。

當火車進站時，高速向前行駛的火車會壓縮前方聲波的波長，波長變短後，聲音聽起來自然就高亢。

當火車出站時，它與我們的距離越來越遠，這種運動會使聲波的波長被拉長，波長變長後，聲音聽起來自然就低沉。如果你還是不太明白，大可以把聲波想像成一根彈簧，進站時被壓縮，出站時被拉長。這種現象就被稱之為「多普勒效應」。多普勒效應並不是聲波所獨有的，對光也同樣使用。光具有波粒二象性，所以自然也可以視為一種波，是波就存在多普勒效應。當一顆恆星因宇宙膨脹而遠離地球時，波長會因此變長，而可見光是由七種不同顏色的光所組成的，其中紅光波長最長，所以遠離地球的恆星會顯現出紅光，這種現象就被稱之為「紅移」。

紅移現象在宇宙中是比較常見的，而在與地球相對較近的區域內，由於宇宙膨脹效應不明顯，有些天體的運動呈現與地球靠近的趨勢，於是就會顯現出藍光，這種現象被稱為「藍移」。

兩個正在遠去的天體，由於它們與地球之間的距離不同，所以相對移動速度就不同，而速度的不同就會導致波長不同，於是我們將某顆恆星的光通過稜鏡色散就可以得到這顆恆星獨有的光譜，再根據這顆恆星的光譜與實驗室靜止光源下所得到的光譜進行比較，就可以得到這顆恆星的紅移量了。

知道了紅移量，就可以得到一顆恆星的退行速度了，具體的公式為：V=ZC，其中Z就代表紅移量，而C則是光速，光速是恆定不變的，取值299792458m/s。

得到了恆星的退行速度，就可以運用哈勃定律來計算一顆恆星與地球之間的距離了，也就是使用之前提到的公式D=V/H。值得一提的是，通過這種方式計算出來的距離是一個大概的數據，並不十分精確，與實際距離相差幾光年、乃至幾十光年都是十分正常的，不過對於相距幾百、幾千萬光年的遙遠恆星來說，這樣的誤差是完全可以接受的。至於近距離的宇宙天體嘛，有更加簡單的計算方法，比如我們知道地球與月球之間的距離為38萬公里，現在想知道火星的距離，只需要以三顆星體為頂點畫一個三角形，在已知一條邊長和角度的情況下很容易就能求得另外兩條邊的長度，其中一條邊就是我們與火星的距離。