科学家是怎么确定外空收到的无线电是多少光年外发来的呢？

Lcbfki7jfgtrtw 2019-03-10

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最近，FRB(快速无线电暴）因为和外星人扯上关系，因此引发许多人关注。

我也对这个问题好奇，所以去找了专业的论文看，在这里和诸位共享一下。首先，要说一下能确定FRB的距离是因为它在重复发射，它大约每小时发射一次，如果是那种不重复的无线电信号，是没法知道它到底是从多远的地方传来的，因为追查距离我们有多远，关键只有一条，精确定位它的来源，定位越精确估算的距离越准。

2017年，一次FRB(快速无线暴/无线电脉冲）被识别出来自30亿光年外的一个矮星系的黑洞中心，而确定它真的来自30亿光年之外的论文，发表在了著名科学期刊《自然》上。

图示：论文标题为《对快速无线电脉冲及其宿主的直接定位》

科学家之所以能定位FRB1211012的来源，很重要的一个原因是这个信号一再重复，平均每小时爆发一次。这就给了科学家跟踪追查它来源的可能性。为了找到这个神秘的信号到底是从哪里传来的，科学家动用了许多设备。

首先, 他们将新墨西哥州的甚大天线阵（Very Large Array，VLA）全部用于这项追查任务，甚大天线阵是由27台，口径25米的天线组成的射电望远镜阵列。VLA的分辨率能达到0.05角秒，这是啥意思呢？

图示：这些巨大的射电望远镜，可以在导轨上滑行，彼此组合改变接收角度，从而对信号来源进行精确定位。

当天空的某处传来一个无线电信号时，我们想知道它是从天空的哪一块区域传过来的，我们需要先把天空分成一个一个的小格。而将天空分成小格子的办法，是用圆的角度来进行切割，因为天圆地方嘛，我们头上的天空笼罩下来，就像一个倒扣的碗，在极其平坦的地方，可以看成近乎一个半圆，我们都知道一个圆，被分为360度，半个圆则是180度。如果按度来切割天空，你就把天空分成了180份，但这太粗糙了，随着技术进步，我们可以把一度再切开成60份，这就得到一角分，再把一角分分成60份，这就得到了一角秒。

这样我们就把天空切成了，180*60*60=648,000份，再把每一份细分为20格，每一格就是0.05角秒，即把天空分成了12,960,000份（近乎一千三百万)份。

而这就是确定信号来源的关键步骤。

只要我们能正确判断出信号是从哪个精确的位置传来的，就能知道它是从哪个星系传来的，自然也就能知道信号的来源地距离地球有多远。因为，天文学家早已把天空中的繁星和星系进行了距离测量或者估算。至于是如何估算的，在后面我会介绍。

为了验证没有出错，研究团队还使用了位于欧洲的另一个强大的望远镜网络, 对FRB121102 进行了另一次追踪观察。两边望远镜给出的结果一致，于是研究团队认定FRB121102的来源确定为某个距离地球大约30亿光年外某个矮星系。

而天文学家早就知道这个矮星系中心存在一个超大质量黑洞。这很可能暗示,FRB121102是由黑洞的活动造成的，或者是围绕黑洞的中子星发出的。FRB信号最有意思的一点是，我们从来没有发现过来自银河系内部的信号。所以，多数天文学家认为FRB代表的是宇宙早期发生的一些特殊事件，那时候的宇宙与我们现在的宇宙有很大差别。因为，30亿光年之外的信号，就表示事件发生在30亿年前。

因为，我们已经对天空中的星星和星系进行了编号，并测定了它们距离地球的距离。

至于如何测量星星或者星系，距离地球的距离，按它们的远近不同，有如下通用的测量方法，当然距离我们越远的星系测量的误差越大，所以测量方法还在不断改进。但现在使用的方法如下：

1、近距离（通常在100光年之内）使用视差法，这是目前最准确的测量方法。

由于地球在绕太阳公转，因此我们可以拍摄两张照片，来对比同一颗星星在天空中位置的变化，这种变化是相对于极其遥远的背景星星或星系而言的。因为距离我们越遥远的星星或星系，可以认为是不存在视差的，即在任何一个夜晚去看这些星星它们在天空的位置都是不变的（当然要先排除地球的自转造成的旋转变化）。简单说，星星距离我们越近，它在时隔六个月后的夜晚在天上的位置变化就越大，之所以时隔六个月，是因为需要构建一个三点一线，即六个月前的地球位置、太阳、现在的地球位置，这三个点可以连成一条直线，这样天文学家们就可以使用三角函数，进行计算。

图示：正中心是太阳。距离太阳100光年的其它恒星邻居。

2、远距离(100光年）则使用标准烛光法。

如果我们能知道星星发出的绝对光度，那么根据它们到达地球后减弱的程度，就能计算出它们离我们到底有多远，而在许多星系中，存在一类特殊的星星，首先它们非常非常明亮，因此即便它们离地球非常遥远，我们依然能接收到来自它们的光，其次它们的绝对光度能够进行精确计算或估算。这些特殊的星星，通常是一些光度发生规律性变化的星星，它们被称为造父变星。

图示：造父变星的光度在很短的时间中就能发生非常规律的变化

天文学家发现的第一颗造父变星位于仙王座，它距离我们891光年。对它的观察和研究，给了天文学家测量极其遥远的星系到底离我们有多远的灵感，它就是今日使用的造父变星的原型，又称为造父一。造父一（仙王座δ）的变光是由于恒星本身的胀缩导致的，它的星等（光度）在3.6至4.3等之间变化，变化周期只有5.36634天。

当然，这种估算并不完全可靠，一方面光线的减弱的程度固然与距离有关，但也和它穿越的空间中所遇到的星系介质有关，越是遥远误差必然越大。其次，就是对造父变星的绝对光度的估算是否存在严重误差呢？但有数据总比没有数据好，剩下的就是不断发展得更好更精确。直到现在，如何更加精确地估算极其遥远的距离，依然是天文学上的一个专门研究分支。但在这里我们就不多说了。知道存在很大误差，不是很准确就够了。