星球徑距的天文測算技術問題

沈乘宇

摘 要：我們在本刊9月期刊中證明了天文觀測的計算原理（雙徑距比原理），運用這一原理我們對現(xiàn)有的天文測算方法和數(shù)據(jù)進行了比較和考證，結果發(fā)現(xiàn)有些測算方法和數(shù)據(jù)明顯存在問題，例如人們測算的仙女座星系的距離與直徑在比例上就有矛盾，數(shù)值上也有較大偏差。這種矛盾和偏差的根源可能出在測算的方法和技術上。又例如人們在對系外行星的探測方法和技術方面也可能存在不當?shù)恼J識，以為這種方法和技術是無比強大的，可以適用非常遙遠的和視直徑任意微小的系外行星觀測，根本不受范圍的約束。然而實踐和理論上都是不可能的。這就非常令人擔憂。我們發(fā)表本文的目的就在于對一些流行的理念和說法進行重新審視和論證，使人們能夠理解天文科學探測技術的應用是有范圍的，測算方法和手段是有前提條件的。

關鍵詞：造父星“量天尺”測算方法；星球參數(shù)計算公式；仙女座星系；月球和系外行星的成像視直徑；凌星或掩星觀測技術

中圖分類號：P413.1 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）19-0229-03

1關于仙女座星系

仙女座星系是離地球最近的一個大星系，她的幾大參數(shù)（距離、直徑和視直徑）對于人類研究和認識宇宙特別是了解遙遠星系的距離和范圍具有不可多得的參考價值，而且這幾大參數(shù)的測算準確度也是天文科學探測技術和計算水平的重要標志。

眾所周知，人們把造父星稱作測量星球距離的“量天尺”，現(xiàn)代天文科學測量仙女座星系的距離就是通過測算造父星的光變頻率和波長得到的。而用這種方法所求得的仙女座星系距離答案就有幾種：160萬光年的、170萬光年的、230萬光年的，最新（百度百科）的有252萬光年的，等等。而仙女座星系的直徑也有幾種：16萬光年的，17萬光年的，最新標明的（百度百科）有22萬光年的，等等。僅從天文資料提供的這些數(shù)據(jù)上看，無論是仙女座的距離還是她的直徑，大小均相差約30%，這基本上就無所謂精確性可言。可見現(xiàn)代天文觀測在技術上還是有一定困難和問題的。然而科學家們的探討精神總是不屈不服的，特別是我們注意到百科百度最新給出科學家的一組探測數(shù)據(jù)為：仙女星系的距離為252萬光年，直徑為22萬光年，據(jù)稱這組數(shù)據(jù)也是運用造父星量天尺的原理測算得來的。負責測算的天文科學家說這組數(shù)據(jù)誤差小于5%。如此高的精確度我們不知道是怎么證明而來的？參照標準是什么？真的有如此高的精確度嗎？下面我們就來看看真相如何。

我們從百度百科對仙女座星系的介紹資料中了解到一個非常簡短的天文觀測記錄，即在滿月時仙女座星系的視直徑為月球視直徑的7倍。按照百科百度的這一說法，我們通過“雙徑距比原理”公式d月/L月φ月=d仙/L仙φ仙（該公式己在本刊9月期刊登證明）分析得φ仙/φ月=L月d仙/d月L仙=7，或d仙/L仙=d月/L月×7。其中月球直徑d月=3476km，月地距離L月=384401km，距徑比L月/d月=384401/3476=110.58所以得d仙/L仙=L月/d月÷7≈15.8即仙女座星系的距徑比為15.8。當仙女座星系的直徑d仙為22萬光時，她與地球的距離L仙=22×15.8=347.6萬光年，而不是專家測算的253萬光年。但若專家認為她與地球的距離L仙為253萬光年時，則她的直徑d仙約為16萬光年。而不是22萬光年。運用造父星光變原理計算的仙女座星系最精確的數(shù)據(jù)誤差近30%左右。

以上僅是基于仙女座星系的成像視直徑為月球成像視直徑為7倍大時的計算結果。目前我們還無法證實仙女座星系與月球的成像視直徑之比為7倍的說法是否準確，但據(jù)我們多方面的分析，仙女座的成像視直徑有可能小于月球的7倍，如果小于7倍很多，那么誤差將會更大。正如我們曾在本刊9月期刊巜天文觀測的重要計算原理》一文中說過的那樣，即使仙女座星系的視直徑有月球一樣大，她與地球的距離也至少有1712萬光年。

“雙徑距比原理”是經(jīng)理論證明和實踐檢驗的物景視線規(guī)律。有多大的直徑就對應多大的成像視直徑和多遠的距離，這一硬道理能夠解決很多天文觀測的問題，特別是能夠立即凸現(xiàn)現(xiàn)有的仙女座星系測算方法所得出的參數(shù)結果存在的誤差問題。但問題究竟有多大？我們在此還不能精確告訴讀者，因為有一組數(shù)據(jù)尚未搞清楚，也就是同觀測倍數(shù)的月亮和仙女座星系的成像照片直徑各為多大還不清楚。盡管這組同比例的數(shù)據(jù)很簡單，但很關鍵。從現(xiàn)有的天文觀測資料中還未能查找到。所以我們十分渴望有關專家和學者能積極提供。請注意是二者同等放大倍的成像直徑。不同倍數(shù)的圖像直徑是無用的。有了這組數(shù)據(jù)任何人都能按“雙徑距比原理”進行計算，得出比較精確的仙女座星系的距離和直徑，與現(xiàn)代天文觀測數(shù)據(jù)進行比較。

仙女座星系的距離問題是人類研究宇宙的門檻和起點問題，而且仙女座星系本身就很有研究意義，例如按照科學家對她的距離與直徑的說法，她相對銀河星系的距徑比才不到12倍（253萬光年/22萬光年），這是非常令人驚恐的徑距比。因為按銀河系恒星的平均密度1光年計算，普通恒星的距徑比也將達千萬甚至數(shù)千萬倍以上。即使是離地球最近的月球和太陽，兩者與地球的距徑比也近110倍。12倍的距徑比相當于月球就在地球同步衛(wèi)星軌道的高度上，太陽就在不到1/2月球距離的軌道上，如此強大的引力將會把地球和月球撕成粉碎。同樣聯(lián)想，仙女座星系的強大引力也完全可能而且早就將松散的運動著的銀河系恒星拉扯撕開。甚至我們的太陽系也很難幸免。然而實際上一切都安然無恙，天文觀測表明兩星系連干擾變形的跡象也未有。只有科學家非常淡定的描述“仙女座正以每秒200多公里的速度向銀河系靠近”等等。這些現(xiàn)象與說法的矛盾應該引起科學家們的再度關注，仙女座星系的距離真的有那么近嗎？直徑真的有那么大嗎？仙女座星系是真還是假？這些問題看似天文學問題，而其實也可能是物理學和科學探測的技術問題。

從直接的物理學理論上說，運用造父星“量天尺”的原理來測算仙女座的距離的已知條件是未滿足的，因為只知道造父星的光變頻率和周期，而每一光波的發(fā)出時間是未知的，盡管專家們用光的衰變或其它間接方法來解決已知條件，但這本身就是未確定因素，所以最終得出的計算結果不準確是可能的。

2 關于系外行星

近些年來不斷有世界各地天文觀測臺宣稱發(fā)現(xiàn)數(shù)十光年甚至上千年以遠的系外行星，并認為已觀測到系外行星的海洋性氣候以及人類宜居的自然環(huán)境情景，等等。天文觀測臺發(fā)現(xiàn)系外行星的傳聞已成為人們普遍公認的事實。那么這一傳聞是真是假呢？對于這一問題，我們通過“雙徑距比計算原理”就可作出肯定性的回答：人類以現(xiàn)有的光學望遠鏡觀測技術是不可能觀看到系外行星的，特別是10光年以遠的系外行星絕對不可能觀看得到。那些所謂發(fā)現(xiàn)數(shù)十光年甚至上百光年以遠的多個系外行星的說法也有可能，但絕對不是觀看到，而有可能是探測到。人類不能以現(xiàn)有的光學望遠鏡觀看到系外行星，這個判斷其實是天文科學家作出的而不是我們作出的，只是天文科學家們從來都含糊其是而已。為什么呢？因為他們也承認，至今為止幾乎所有的系外行星都是通過“凌星（或掩星）效應”發(fā)現(xiàn)的。這也間接說明系外行星的可見光不能被光學望遠鏡所觀測到。盡管從未見天文科學家這樣說過，而且也從未有人證明過為什么看不到，但事實與理論就是如此。下面我就第一個在理論上給予說明：導致人類不可觀看到系外行星有兩大決定性的因素：第一，系外行星的視直徑非常非常之小，通過“雙徑距比計算原理”計算可知，以一個3萬公里直徑的系外行星為例，如位于1光年以遠，視直徑僅為約1.3×10-6mm，如位于10光年以遠，其視直徑僅約為5.6×10-8mm，如位于1000光年以遠，則其視直徑僅約為2.9× 10-10mm；第二，但人類看不到系外行星主要還不是視直經(jīng)太小的原因，而是系外行星本身不發(fā)光而僅有反射光，這樣的反射光如果在本恒星上看可能很亮，但經(jīng)過非常遙遠的傳遞路程后會嚴重衰弱，致使視亮度非常黑暗，造成系外行星觀看不到或分辨不出。

以上兩大因素任何其中一個都可導致系外行星不可觀看。下面我們再用詳細計算來說明這兩大因素。

2.1 系外行星的視直徑問題

現(xiàn)我們以美國宇航局前不久發(fā)現(xiàn)的開普勒22b的系外行星為例。該系外行星的直徑為28000公里，距離地球為600光年。

設月亮為1，系外行星為2。己知：22b系外行星的直徑為：d2=28000km，距離為L2=600光年=5.676×1015km。月球的直徑為d1=3476km=3.476×103km；月地距離L1=3.844×105km，月亮視直徑φ1=4mm；求22b系外行星的視直徑φ2=？

根據(jù)“雙徑距比計算原理”計算式d1/L1φ1=d2/L2得：φ2=L1d2φ1/d1L2即φ2=3.844×105km×2.8×104km×4mm/3.476×103km×5.676×1015km=10.7632×109×4mm/19.73×1018≈2.18×10-9mm

這個計算結果說明，直徑為28000公里的22b系外行星的視直徑當與月亮的視直徑（約4mm）相比時約為2.18×10-9mm。幾乎比光波的波長還小數(shù)倍。就是說美國宇航局的天文望遠鏡可以觀測到視直徑比光波波長還小數(shù)倍的遙遠系外行星。

為了使讀者理解更明快，在此我們把系外行星這個視直徑轉(zhuǎn)換為月球上的一件小物品，從月球上這件小物品的直徑使讀者直觀地理解天文光學望遠鏡的最大能耐？請見如下計算：

已知：月球的直徑為d1=3476km=3.476×103km，小物品視直徑為φ2=2.18×10-9mm，月亮的視直徑等于太陽視直徑φ1=4mm，月球距離與小物品至地球的距離相等，L1=L2。根據(jù)計算式d1/L1φ1=d2/L2φ2當L1=L2時得d1/φ1=d2/φ2或d2=d1φ2/φ1即d2=3.476×103km× 2.18×10-9mm/4mm≈1.9×10-6km≈1.9mm

請讀者注意1.9mm是月球上物體的直徑，而不是視直徑。這個物體直徑應該相當于一顆芝麻一樣大小。就是說美國宇航局的光學天文望遠鏡要觀測到22b系外行星相當于能夠觀測到或者能識別出月球上的一顆芝麻大小的物體。這還不止，美國宇航局還必須能看到月球這顆芝麻上的斑點。因為他們認為己觀測到22b的海洋和巖石。

為了加深讀者的印象和增加這一問題的有趣性，我們假設22b系外行星不是處在600光年以遠的地方，而是處在1光年以近的地方，然后將它的視直徑換算或等效為月球上物體的直徑，看看這個物體能否可以被美國宇航局的天文望遠鏡所觀測得到。

根據(jù)以上變換φ2=L1d2φ1/d1L2，假設22b行星距離L2=1光年，即得φ2=3.844×105km×2.8×104km×4mm/3.476×103km×9.46×1012km=53.816×1012mm/×1015≈1.3×10-6mm1.3×10-6mm的結果是22b系外行星位于1光年遠的位置時的視直徑。下面我們將這視直徑轉(zhuǎn)換或等效為月球上的物體直徑，看看這一月球上的物體有多大：

根據(jù)以上變換d2=d1φ2/φ1當22b行星的視直徑為1.3×10-6mm時，d2=3.476×103km×1.3×10-6mm/4mm≈1.1m

1.1m的直徑長度僅相當于一臺45英寸的電視機還要小。這就是說美國宇宙局的天文望遠鏡至少要能夠觀看到或分辨出月球上的一臺45英寸的電視機，才能認為可觀測到1光年遠的22b行星。若要看到1光年遠22b行星上的海洋和云彩，至少要看到月球上電視機的字幕和比賽足球。要真能這樣，那美國的觀測科技就厲害了，不僅在美國就可看到天安門城樓上的毛主席畫像和眼睛眉毛。而且還更應該清楚看到當年美國阿波羅號宇航員遺留在月球上的登月車和美國國旗。人們根本用不著爭議美國當年登月的事實是真是假。但很顯然，美國宇航局沒有這個能力，英國南方天文臺也沒有這個能力。因此1光年以遠的系外行星也就不能直接觀看得到。而離地球最近的恒星也至少有3光年以遠，所以我們堅信所有的系外行星人類都不可能通過光學望遠鏡觀看得到。那些所謂觀測到數(shù)百光年甚至上千光年以遠的系外行星以及海洋性氣候的說法也都只是不切實際的宣傳。那些放在百度百科上的所有系外行星的照片肯定都是電腦的虛擬作品。

2.2 天文觀測的視直徑極限問題

為了進一步證明以上觀點，我們有必要求證現(xiàn)代天文望遠鏡的最大觀測極限。人類通過光學天文望遠鏡觀看宇宙的范圍是有極限的，而不能是任意的。那么這個極限范圍應是多少呢？我們以天文觀測臺觀測到本太陽系內(nèi)冥王星衛(wèi)星作為理論參考依據(jù)。眾所周知，冥王星衛(wèi)星（直徑約為1000公里）是經(jīng)幾代科學家艱難努力最后發(fā)現(xiàn)的一顆最遙遠、直徑也很小的衛(wèi)星，我們可以這一發(fā)現(xiàn)舉例計算說明光學望遠鏡的能力和極限。

設月亮為1，冥王星衛(wèi)星為2。我們已知衛(wèi)星的直徑為1000公里，距離地球約5.917×109公里。已知：d1=3.476×103km；L1=3.844×105km；月亮視直徑φ1=4mm；L2=5.917 ×109km；d2=103km；求冥王星衛(wèi)星的視直徑φ2=？

根據(jù)計算式d1/L1φ1=d2/L2φ2得：φ2=L1d2φ1/d1L2即φ2=3.844×105km×103km×4mm/3.476×103km× 5.917×109km=19.22×108mm/20.567×1012km≈7.5×10-5mm

冥王星衛(wèi)星的視直徑只有7.5×10-5mm，這是人眼無論如何也看不到的東西。但只要普通光學天文望遠鏡放大到幾千倍左右，使其視直徑接近0.01mm的范圍，也就是相當于眼前的一根頭發(fā)絲，這樣的視直徑人眼是可看到的，甚至再小一點也還勉強可以看到，但絕對不可能觀察到具體特征。這就是專家們?yōu)槭裁窗l(fā)現(xiàn)該衛(wèi)星如此之艱難但又能最終發(fā)現(xiàn)的根本原因。

7.5×10-5mm盡管可能還不是光學望遠鏡的觀測極限，但從此我們可推測它的極限邊緣。在此之前，我們要試問天文專家，假如冥王星再遠1倍（120億公里）我們還能觀看到這顆衛(wèi)星嗎？如能，2倍呢？3倍呢？10倍呢？100倍呢？如果天文專家認為冥王星再遠100倍也能看到這個衛(wèi)星的話，那么我們就有理由認為有點夸張或言過其實了。所以我們也就有理由認為7.5×10-7mm（原為7.5×10-5）視直徑應該就是光學望遠鏡的最大極限值。這個極限值相當于觀測到6000億公里遠的冥王星衛(wèi)星。即100倍于冥王星的距離。

下面我們就以7.5×10-7mm視直徑的極限值反推或換算成3萬公里直徑的系外行星，看看我們能夠觀看到它最遠的距離為多少？或者說，當我們能見到直徑為3萬公里、視直徑為7.5×10-6mm的系外行星時，它與地球的距離應為多少？

設月亮為1，系外行星為2。已知L1=3.844×105km，d1=3.476×103km，φ1=4mm d2=×3×104km，φ2=7.5×10-7mm求L2？根據(jù)雙徑距比計算式得：L2=L1d2φ1/d1φ2即：L2=3.844×105km×3×104km×4mm/3.476×103km×7.5×10-7mm=46.12×109km/32.33×10-3≈1.43×1012km≈1.5光年

這個悲觀的結果告訴人們，只有當現(xiàn)代光學天文望遠鏡可以觀看到6000億公里（原59億公里）以遠，直徑為1000公里的冥王星衛(wèi)星時，才可能觀測到1.5光年以遠，直徑為3萬公里的系外行星。我們懷疑天文光學望遠鏡沒有這個能力，所以也就不太相信有可能觀看到直徑為3萬公里、距離為1.5光年以遠的系外行星。更不用說10光年或更遠的系外行星了。

如我們再將冥王星衛(wèi)星的視直徑設定極限值（7.5× 10-7mm）轉(zhuǎn)化月球上的小物體，它的直徑才僅為0.65m，相當于一臺25英寸電視機的長度。問題很清楚，即使完全不考慮亮度，天文光學望遠鏡至少要能夠分辨出月球上的一臺25英寸電視機，才能認為可以觀看到6000億公里遠的冥王星衛(wèi)星以及1.5光年遠的系外行星。

2.3 系外行星的視亮度問題

然而，視直徑太小和距離太遙遠只是導致無法觀看到系外行星的一個雞毛祘皮的問題，而比此嚴重萬倍的問題還在于系外行星的視亮度非常非常之黑暗。也許有讀者會認為，冥王星衛(wèi)星由于距離太陽很遠，太陽光反射光很弱，所以觀測困難。而系外行星離恒星很近，反射光很強，所以觀測容易。這真是一個天大的誤解。

具有初中物理學知識的讀者可能都應該知道，光的傳遞是以1/R2（R為光傳距離半徑，如月亮至地球為一個光傳半徑）的速率衰減的，即使我們假設的系外行星有如月亮般的亮度（甚至更亮），經(jīng)過數(shù)光年的傳遞衰減也會變得無法想象的黑暗。因為1光年相當于2.5×105個月地距離。如設系外行星的亮度等于月球的亮度p1，到達地球的亮度或觀測視亮度為P，則P≈P1/（2.5×105）2.≈P/7.5×1010這說明到達地球的行星亮度只有月球亮度的數(shù)萬億份之一。系外行星這一亮度肯定比冥王星衛(wèi)星黑暗數(shù)萬倍。因此僅從亮度上考慮，系外行星在主恒星的側面依靠反射光是無論如何也觀測不到的。唯一只有尋求別的辦法。

事實上天文權威人士也承認，系外行星都是通過凌星或掩星的光變化原理發(fā)現(xiàn)的。這種承認使得我們的以上觀點論證既重要又多余，重要的是專家們從未在理論上證明過為什么不能直接觀看到系外行星，或者最遠能觀看到多遠的系外行星，而我們證明了。多余的是專家已經(jīng)說明系外行星都是通過凌星或掩星的光變化原理發(fā)現(xiàn)的，而我們說光學望遠鏡不能直觀看到系外行星純屬多余。

從物理學原理上說，用凌星或掩星的方法探測系外行星應該是可行的，但問題就在于這一方法和技術的應用不是無限的和隨意的，而是有局限性和前提條件的。即所謂的凌星光變化實質(zhì)是行星經(jīng)過恒星正面時產(chǎn)生黑影引起的恒星光變化，而不是系外行星本身的光變化。系外行星應該是黑暗的，人們不可能看到明亮的系外行星。甚至于由于所有恒星都很遙遠，黑點視直徑也非常之小，因此人們通過光學望遠鏡也很難看到系外行星形成的黑點，這就產(chǎn)生了一個前提條件，也就是說專家必須要在能夠看到這一黑點并能識別為系外行星的前提條件之下，才有可能對系外行星的情景進行描述。如果專家連黑點也看不到或者認別不出，那么他說看到了系外行星的海洋、巖石等情景，肯定就不符合客觀邏輯。只能是一種虛構和假想。然而能夠滿足視直徑可觀看條件的系外行星范圍是十分有限的，前面我們已證明過才不到1.5光年，再怎么樣也不超過10光年的范圍。

然而近來不斷有天文觀測臺宣稱已觀測到上千光年甚至數(shù)千光年的系外行星（如2bb系外行星1400光年、A90系外行星2545光年），并對這些系外行星有非常詳細的描述。據(jù)稱這些遙遠的系外行星直徑不到地球的1.2倍。經(jīng)計算視直徑最小約1×10-10mm。換算成月球上的物體直徑僅有針尖那樣大。地球上的天文臺要看到月球上的針尖，這是真是假我們不作結論由讀者去辨解吧。