文档介绍：人类在宇宙空间中的位置
速率法测量距离
物体有多大?离我们有多远?这是我们经常碰到的问题。日常生活中所接
触到的东西,人们能够立刻感觉到它们的大小,肉眼能大体估计出它们的远
近。精确一点,用尺量等简单的方法就可以有结果。但对更大、更远的东西,如
高山、大漠,就必须用更有效的方法来确定其大小和距离。一种方法就是用速
率来测量。例如,汽车每小时行驶公里( ,从甲地行驶到某一地点需
小时( ,我们就知道某地距甲地为。如按时速每小时行驶绕大
漠一周,费时小时( ,大漠的周长为,由此可算出大漠的面积同
样,用速率可以测量地球的大小。飞机飞行约需分钟( ,若在两海
岸之间飞行一次约需,则两海岸间的宽度约为。同样一架飞机
绕地球一周,几乎需要它的倍的时间,地球的圆周大约为,实际是
。我们知道,地球是个圆球,这样就容易从它的圆周算出直径
。这就是人类自己的住所一地球这个行星的大小。
反射法测量距离
为了显示出人类在宇宙中的位置,让我们把视野扩大到宇宙空间中的许
多星体,它们距地球是很遥远的。先考虑月亮、太阳和太阳系中的星星,如何测
量它们与地球之间的距离呢?最简单的方法是根据雷达技术发展出来的一个
十分新颖的方法。即把雷达束对准目标月亮,并发出一个短脉冲信号,等候雷
达所发出的信号从目标月亮上反射回来,测量出信号往返所需的时间。如所需
的时间间隔是,即雷达信号从地球到达月亮,再从月亮回到地球,历时
。雷达波与光波一样,都有同样的速率每秒钟。于是我们得
出结论:地球月亮地球的距离是,这就告诉我们,月亮
离地球大约。当然,反射法也是利用速率来测量距离的。
知道了地球到月亮的距离,那就要问,月亮有多大呢?我们看到的月亮像
个圆盘。把同月亮一样大的圆盘从地平线西端挨个儿摆到天顶,再从天顶摆
到地平线东端,摆成这么一个巨大的半圆形,需要个同月亮一样大的圆
盘,这样就可以通过简单计算得出月亮的大小。我们已知地球到月亮的距
离,也知道以该距离为半径的这个半圆形的周长,即半径,或
。月亮的直径必然是这个半圆形周长的,这是,相当于地
球直径的三分之一。月亮与地球间的距离只有地球直径的倍多一点。月
亮几乎是一个属于地球范围内的物体。
现在再来看一看其他的天体,首先只看太阳系的成员,即太阳和其他行
星。人们对行星运转已观测了许多世纪,但并不知道这到底是怎么一回事。
在哥白尼之前,盛行的是地球中心说,如毕达哥拉斯的地球中心说模型,从
哥白尼那个时代起才弄清楚,原来我们从地球上看到的行星的奇怪运动,是
它们环绕太阳按圆形(实际是椭圆形,近于圆形)轨道运转,地球本身也环
绕太阳运转。地球是行星之一,从太阳往外按行星轨道来数,地球是第三个
行星。从地球上仔细观测行星运转,就能看出不同行星的轨道的相对大小。
例如,我们观测到,水星总是靠近太阳的,它离太阳从不超过。从这一事
实得出结论:水星轨道的半径是地球轨道半径的,即三分之一多一点。
同样的观测方法可得出,金星轨道是地球轨道的,即三分之二多一点。
这样,人们就能作出一幅比例正确的太阳系图,但是太阳系实际有多大,人
们还不知道(图。毕达哥拉斯的地球中心说模型如图所示。
图人们见到的水星与金星离太阳的最大角度
(这些角度决定地球轨道和水星与金星的轨道之间的比率)
图毕达哥拉斯的地球中心说模型哥白尼(
波兰天文学家
那么我们又怎样求得这些轨道的大小,从而知道太阳系确实有多大呢?我们已
经知道太阳系所有成员彼此之间的相对位置,所以,只要把一个成员的确实距
离测量出来,就能知道所有行星轨道确实有多大。这里,我们仍然能够用雷达
方法来测量太阳系以内的距离。
现在,虽然人们已经做过一些有成效的实验,但是我们还没有能够用雷达
束的技术来得到地球到太阳之间距离的有效的测量结果。可是,我们能把雷达
束对准靠近地球的一个行星。对于金星就曾这样实验过,而雷达信号簇返回所
历时间在之间,这要看观测时地球和金星各自在其轨道上的位置而
定。根据光的速率可以算出,金星的距离属于若干百万公里的数量级。于是,我
们可以得到足以表示太阳系特征的一个距离。光从太阳系的一个行星到达另
一个行星,要走若干分钟,由此可以得知,太阳系究竟有多大了。一旦把单独一
个距离,例如金星地球距离测定下来,要找出太阳系其他任何一个距离就
不再有困难了,因为我们已经知道了行星轨道的比例及其相对的大小。这样我
们马上就能得出,对地球上的人来说是最重要的距离,即太阳一地球距离。原
来太阳地球距离有亿千万千米,光从太阳到达地球要走分多钟。
太阳有多大呢?初看起来,太阳和月亮在人们视觉中是一般大小,可是我
们很容易算出,太阳离地球比月亮