在1920年以前,人们在谈论恒星的大小时,通常靠猜测,并把它的大小跟太阳进行比较,估计出一个平均值。那时的科学家们认为,测量恒星的直径是根本不可能的事情。在当时,他们确实没有这个能力。
不过,到了1920年以后,随着物理学的发展,天文学也迎来了新的发展阶段。通过新的方法和工具,人们找到了测量恒星真正大小的方法。
这个方法很简单,它利用的是光的干涉现象。下面,我们来看一个实验。
实验所需仪器:一架放大率为30倍的望远镜;一个距离望远镜10~15米的光源;一张割了直缝的幕布,直缝的宽度约十分之几毫米;一个不透明盖子,用来盖住物镜,在它上面沿水平线和物镜中心对称的地方扎两个圆孔,圆孔的距离为15毫米,直径为3毫米,如图所示。
图测量恒星直径的干涉仪器。
实验内容:(1)物镜不盖盖子,用幕布遮住光源,通过望远镜观察,我们将看到一条狭长的缝,在它的两边,分布着暗弱的条纹;(2)物镜盖上盖子,这时,在中间那条明亮的狭条上,我们将看到很多垂直的黑暗条纹。如果我们把盖子上的一个小孔遮住,这些条纹就会消失。这是因为,光束在经过盖上的两个小孔射过来时发生了干涉,从而形成了条纹。
如果物镜前面的那两个小孔可以移动,换句话说,如果小孔中间的距离可以任意改变,那么,我们还会看到不同的现象。比如说,如果小孔之间的距离变大,刚才看到的黑色条纹会变模糊,当小孔之间的距离变大到某种程度时,条纹会消失。这时,我们记下条纹消失时两个小孔之间的距离,根据这个距离,就可以判断出观察者所见的直缝的视角大小。在此基础上,根据幕布上的直缝与观察者之间的距离,我们可以计算出直缝的实际宽度。
同理,在恒星直径的测量上,我们也可以用这个方法。在望远镜前面的盖子上,我们事先扎两个小孔,它们的距离可以变化。由于恒星的直径看起来太小,所以我们选取的是最大倍数的望远镜。
除了这个方法,还有另外一种方法,就是根据光谱来测量。这里,需要具备三个前提条件:一是恒星的温度;二是恒星的距离;三是恒星的视亮度。
根据恒星的光谱,天文学家可以计算出恒星的温度。知道了温度,就可以计算出1平方厘米的表面辐射的能量。知道了恒星的距离和视亮度,就可以计算出它全部表面的辐射量。最后,把这一数值除以1平方厘米表面的辐射量,就可以得出恒星表面的大小,进而计算出恒星的直径。现在,天文学家已经通过这种方法计算出了一些恒星的直径,比如说:五车二的直径大概是太阳的12倍,参宿四的直径大概是太阳的360倍,天狼星的直径大概是太阳的2倍,织女星的直径大概是太阳的2.5倍,而天狼星的伴星直径大概是太阳的2%。
可见,随着科学技术的迅猛发展,我们可以得出恒星的真正直径,而不是靠猜测。