第14章：星系标定

    周源拿起第三个报告阅读，星系标定方法，主要作者：科学院天文学家莱尔和科学院物理学家文明。

    整个报告分为三大部分。第一部分回溯宇宙大小、星系距离是如何测量的，第二部分介绍新理论模型和测量方法，第三部分建议总结等。

    第一部分是总结以前测量方法。

    除了利用红移效应（多普勒效应）对极端遥远的天体进行测距外，还有一些方法。

    射电望远镜测量：比如一个恒星系内，行星到卫星、行星到行星的距离，直接向近距离的行星或卫星表面发射无线电波并接收反射信号，比如金星和火星，并测量信号往返所需要的时间，这可以给出非常精确的距离数值。但使用射电望远镜测量太阳系之外天体的距离，则显得有些不切实际了。

    三角视差法：在一年中的某个时间，测试者用望远镜测定一颗恒星在天空中的位置，比如说在1月份进行这样的测定。然后等上几个月（一般半年）的时间，随后在7月份对同一颗恒星进行同样的测定，此时测试者正处于地球轨道上太阳的另一侧。当测试者在冬天和夏天观察恒星时，就能够利用它们相对于遥远宇宙背景上的位置变化来测算其距离。然而，这一方法也有其自身的局限性，那就是当恒星的距离太过遥远——大约100光年以外，此时这些恒星所显示出的视差值就太小了，无法进行有意义的计算。

    中子星回声：中子星释放出巨大的X射线爆发，它产生的回声——当X射线从星际空间里的尘埃云里反射时就会产生回声——为天文学家产生了令人惊讶的新计量尺。天文学里的距离测量非常困难，尤其是类似CircinusX-1的源，后者隐藏在厚厚一层尘埃背后的银面上，这使得利用光学望远镜观测它们几乎不可能。人类首次利用阻碍视线的尘埃，来创造估计与X射线源距离的新方法。当X射线遇到星际空间里的尘埃颗粒就会发生偏离，如果尘埃云足够密集，它们导致部分X射线从原始路径上散射开来，进入三角形的新路径，而非直线路径，这样它们到达地球的时间，比那些未被散射的X射线到达地球的时间要更长。

    主序拟合法：这一方法背后的基本前提是，人们认为那些质量相似、年龄相仿的恒星，如果它们的距离相同，那么它们的亮度也应该是一样的。但事实是，这些恒星看上去都是不一样亮的，这也就意味着它们的距离远近不同。有一件事是肯定的，那就是随着时间推移，这些恒星的颜色会逐渐变得更红。通过对这些恒星颜色和亮度的精确测定，并将这些恒星与那些距离较近、已经运用视差方法测定过距离的主序星进行对比，通过这种方法，能够大大延伸宇宙测量标尺，从而得以估算遥远的多的恒星的距离。

    造父变星和宇宙标准烛光：概括的说，就是造父变星的光变周期与其光度之间存在关联，且其光变周期越长，光度越大。换句话说，相比那些较为暗弱的造父变星，那些明亮的造父变星“脉动”的周期更长（一般光变周期可以长达数天）。因为天文学家们可以相对容易地测定光变周期，这样他们也就能够得到这颗恒星的真实亮度数据。于是，反过来，只要观察一颗造父变星的亮度，就能够计算出它们的实际距离。天体物理学家们断定所有的Ia型超新星的亮度都是基本相同的。这样一来，就像造父变星一样，只要观察它们的亮度，便可以直接得到它们的距离数值了。也因为以上的原因，Ia型超新星和造父变星，都被天文学家们亲切地称作宇宙中的“标准烛光”。

    第二部分介绍新理论模型和测量方法。

    以前所有测量方法是基于宇宙膨胀和光速不变这两个铁律。如今，事实上，根据文明院士的光速四定律及其推论，由于宇宙本征光速下降，宇宙空间存在多个光速位面空间以及不同光速位面的“过滤截频”效应，所以需要提出一种新理论和测量方法。

    首先我们提出一个宇宙光速位面的静态模型，想象一下。

    一个非常巨大的空心玻璃球A（里面介质是空气），A里面有一个巨大的空心玻璃球B（里面介质是水）和很多很多萤火虫（在A内，在B外），B里面有一个大的空心玻璃球C（里面介质是汽油）和许多萤火虫（在B内，在C外），C里面有一个大的空心玻璃球D（里面介质是柴油）和不少萤火虫（在C内，在D外），D里面有一个小的实心玻璃球E和少量萤火虫（在D内，在E外），E球里面被困了一种萤火虫，动不了。

    抽象一下，假如ABCD空心玻璃球和E实心球的球面是无形无质的，相当于光速位面。每个玻璃球界面附近都有一个真空域，没有任何介质。现在进行动态建模。

    所有的空心玻璃球ABCD都在向外膨胀且都在运动着（假设各个球里面介质也是满的），E球没有膨胀，但也在向D球面运动。除了E内被困的萤火虫，所有的萤火虫，都向自己所在的球面方向以玻璃球膨胀速度运动着。那么，E球里面被困的这只萤火虫怎么知道其它各个同伴的距离？这个同伴最近的就是位于D球内的，最远就是位于A球内的。

    由于宇宙本征光速是在单调下降，所以实际上各个空心玻璃球向外膨胀和萤火虫同伴向各自球面的快速运动都是做减速运动。

    这就是我们突破“光速壁垒”后所要面临的问题，由于各个球内介质不一样，所以光速传播速度不一样，从A球到E球，光速是依次逐渐减速的（因为里面介质密度逐渐增大），在E球内那个被困的萤火虫看来，所有的萤火虫同伴都在远离自己。

    这个模型只是一种形象的比喻。下面进行萤火虫同伴定位和距离判断。

    E球内被困的萤火虫首先需要做出下面几个步骤：

    将E球打碎，突破实心玻璃屏障，和D球内的同伴处于同一个光速区域。在D球区域内，D球内光速是不变，第一部分介绍的、传统的星系测量方法都适用；

    根据光速四定律的倒数第二个推论，即对于处于同一个光速位面区域的物体，速度的合成遵守相对论的速度合成法则，而对于不同光速位面区域的物体，速度的合成遵守经典力学的法则。

    对于一个玻璃球，如果这个玻璃球本身以一定的速度运动，则一般求运动玻璃球光速的方法是先建立一个随动参考系，其中的光速是玻璃球静止时的光速，然后通过参考系变换得到运动玻璃球的光速；或者可以直接用相对论速度叠加公式去求运动玻璃球的光速。

    对于玻璃球1：

    设v1是玻璃球:静止时玻璃球内的光速，u1是玻璃球扩张的运动速度，v1’是玻璃球运动时玻璃球内的光速，c1是玻璃球界面真空域光速，这个真空域光速是更大玻璃球的光经过光速位面“滤光截频”效应后的光速，也就是壁垒光速或位面光速。则相对论速度叠加

    V1’=(v1 u1)/(1 v1*u1/c1^2)

    对于与玻璃球1相邻的玻璃球2，同样有相对论速度叠加

    V2’=(v2 u2)/(1 v2*u2/c2^2)

    这样，对于玻璃球1内观察者来说，玻璃球2内的速度，速度的合成遵守经典力学的法则

    V=V1’ V2’

    第三部分是建议总结，大致是：

    在一个玻璃球内，如果有人造黑洞，就相当于在这个玻璃球内修了一个直通管子，管子里是一条汽车公路，萤火虫可以开车从玻璃球内一点快速移动到另一点，可以通过这个管子快速到达球内的同伴附近。

    如果黑洞的密度波很大，天然黑洞（比如银河系黑洞），很有可能是不同位面空间之间的超距离通道，就像玻璃球之间通了高速公路一样，可以快速到达遥远的河外星系。

    人类突破太阳系光速壁垒后，先测定当前空间域的光速，然后根据以前经典测量方法标定附近恒星和星系位置。对于稍远些的，那些红移现象比较大的星体，运用相对论速度叠加和经典力学速度合成方法确定，重新作标定，对于更遥远的星体，只能通过超光速航行到达附近位面空间再去逐渐标定。

    为了以后星际航行记录和使用方便，建议以目前太阳系壁垒光速c0，也就是常说的约数30万公里/秒作为以后描述光速的基本单位。而星系坐标运用以下形式：

    星标（Ω，n，m，c），Ω是位面空间（或前面所说的光速位面区域）编号，n是这个星系在这个位面空间的编号，m是这个恒星在这个星系的编号，c是该位面空间的光速大小。

    当然，恒星种类很多，比如黄矮星、白矮星、超巨星等，不在星标里体现。星标与星标之间的关联，比如距离、方位等，通过上文所描述的重新标定的方法去确定。

    比如星标（101，/，/，10c0）表示101号位面空间，位面空间光速是300万公里/秒。

    比如星标（101，22，/，10c0）表示101号位面空间，编号22号星系，位面空间光速是300万公里/秒。

    比如星标（101，22，1800，10c0）表示101号位面空间域，编号22号星系，编号1800号恒星，位面空间光速是300万公里/秒。