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天体までの距離の算出方法
よく、あの星、星雲まで何光年だとか何十億光年だなどと言いますが、どうしてわかるのですか？あとパーセクとゆう単位（たしか 1パーセク＝3光年ぐらいだと記憶しています。）がありますが、なんの役に立っているのですか？ できればくわしく教えてください。
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測定方法は天体までの距離によって異なります。下記に概要を説明しますが距離の区分はかなりアバウトです。 １．百光年程度まで 地球から百光年程度までの比較的近い天体では、takuya74さんが説明されている年周視差で測定できます。 またこの方法で、近くにある主系列星について距離を測定し、そのスペクトルと絶対光度の関係を調べておきます。光の強さは距離の２乗に反比例して弱くなりますので、その恒星の見かけの明るさと距離からその恒星の絶対光度（本当の明るさ）がわかります。横軸にスペクトル、縦軸に絶対光度をプロットしたグラフをヘルツシュプルング－ラッセル図（ＨＲ図）といいます。 ２．数十万光年程度まで １の方法では年周視差が観測できる比較的近い恒星しか測定できません。それ以上の距離では、その中に含まれる主系列星の見かけの明るさと上記ＨＲ図から距離を求めることができます。 またこの方法で、セファイド型変光星を含む星団について距離を求め、セファイド型変光星の変光周期と絶対光度の関係を調べておきます。 ３．数百万光年程度まで ２の方法では恒星のスペクトルを詳しく分析できる距離でしか使えませんので、これ以上はセファイド型変光星を利用する方法で測定します。セファイド型変光星では変光周期と絶対光度の間に一定の関係がありますので、その見かけの明るさと変光周期から距離がわかります。 ４．それ以上 セファイド型変光星を分離できないような遠方の天体では、asucaさんやatsuotaさんが説明されているようなドップラー効果を使う方法や超新星などの標準光源を使う方法などがあります。 パーセクは天文単位と同じで単なる距離の単位で特に何かに役立つというわけでもないと思うのですが、ただ「１０パーセクの距離においたときの明るさを絶対光度とする」というように絶対光度の基準になっているのが、役立っているといえば言えるかもしれません。
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- stomachman
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ほんの補足です。 Ia型超新星、すなわち白色矮星に伴星からガスが蓄積して、チャンドラセカール限界に達したときに爆発するやつは、白色矮星や伴星の性質に依らない光度曲線を描くので、非常に遠い銀河の測定において重要です。 また、銀河の形とサイズの相関を利用して、形と見かけの大きさから距離を推定する方法も結構良い性能です。 なにしろ色々不確定要素がありますから、色々な方法で測った結果を突き合わせることが重要です。 こうして求めた距離と、赤方変位とから、ハッブル定数が推定されます。ハッブル定数が既知と仮定すれば、赤方変位からだいたいの距離が出ますが、この方法は天体の固有運動を無視しています。 実際、アンドロメダ星雲は天の川銀河に近づいてきているので青方変位を示します。
パーセクについて補足いたします。 下のお二方がおっしゃるように、遠方の星はドップラー効果で距離を計測し、光年で表します。しかし、ほかにも距離の測定方法があり、その結果はパーセクで表すことが多いのです。 地球は太陽の周りを公転しているので、例えば夏と冬では同じ星を別の方向から見ることができます。すると近くの星は遠くの星に対して動いて見えます。これを年周視差といいます。電車から見ると、遠くの山は動かないのに近くの建物などは動きますね。 もちろん星は非常に遠いのであまり動きませんが、近い星ほど大きく動きます。角度にして1秒(3600分の1度)動く時、その星までの距離が「1パーセク」であると決めました。0.1秒しか動かなければより遠くにあるので10パーセクです。 図に書くと、地球の公転軌道の端っこの二点と距離を測りたい星をつなぎ、三角形にします。公転軌道の端から端までは約3億kmです。星までの距離はこれよりも段違いに遠いので、ものすごく細長い二等辺三角形になりますが、その先端の角度が1秒のとき、この三角形の長い辺が1パーセクになります。
- atsuota
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asucaさんも書いていますが、光のドップラー効果、というものを利用します。 現在の天文学の知識で、だいたいあのタイプの星にはこんな元素がある、ということはわかるらしいです。 すると、その元素に応じて発する光の特徴的な周波数（色）というのがあるわけです。 で、実際に観測するとどうもずれている。 そのずれ方を調べると、その天体が地球からどれくらいのスピードで遠ざかっているかがわかり、さらにその天体までの距離がわかる、というわけですね。 天体関係のホームページはたくさんありますが、例えば下のページなどどうでしょうか。
- asuca
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よく救急車がそばを通り過ぎるときに近づいて来るときと当座買っていくときとでは音が違いますよね。 これと同じように宇宙は膨張していますので本来の色が見かけの色と違っている場合にその違い方によって距離を測ることが出来ます。確かハッブルという人がそれを証明したのです。 またパーセクなど色々な単位が天文学には使われますが使い方にそれぞれの意味がありますが「目安」と考えればいいでしょう。単位が決まっていなければどれだけの距離？などと言うことが無意味になってしまいますから。 下記ページに色々な単位の説明があります。
お礼
質問の意を汲んでいただいた的確な回答、どうもありがとうございました。大変よくわかりました。 光の赤方偏移、聞いたことはあったのですがここで使われていたのですね！ 以前からパーセクについては、スケールの違わない単位をなぜ決めてあるのか不思議でしたが、そおゆう必要が あったのですね。