水天 2007年01月08日 09:00
遥远天体的距离，一直是令天文学家十分头疼的问题。因为它们距离我们实在太远了，测量起来实在是太困难了。利用三角视差法测量恒星的距离，只能测量距离在100秒差距（1秒差距＝3.26光年）之内恒星的距离， 但较近的恒星又很少，最近的一颗距离我们也有4.22光年。那些河外星系就更远了，距离我们16万光年的大麦哲伦星云是距我们最近的河外星系。因此，多少年来，天文学家一直在为遥远天体距离的测量方法而冥思苦想，他们希望要是能有一把测量天体距离的尺子该多好啊。事如人愿，天文学家果真找到了这样一把“量天尺”。
在形形色色的恒星世界中，有些星的亮度总在变化，你隔一天甚至隔几个小时再去看它时，它的亮度已与先前的不一样了，这样的恒星称为“变星”。变星的种类较多，“造父变星”就是其中的一种，它们的光度变化是由星体本身周期性的膨胀和收缩引起的。
造父变星的名字是因为这类变星之中有一个非常有名的成员——仙王座 星，它的中国星名叫造父一，所以天文学家就把这类变星统称为造父变星。仙王座 星的变光周期也是由英国的业余天文学家、聋哑人古德里克在1784年首先发现的。它位于天空北部，用肉眼就很容易看到，它的亮度极小时为4.4等，极大时为3.7等。光变周期很有规律，周期为5天8小时47分28秒。后来，人们陆陆续续又发现了很多与仙王座 类似的变星，它们的变光周期各不相等，但大多数在1天到50天之间，而且以5天到6天的为最多。北极星也是一颗造父变星。
1912年，美国哈佛天文台的女天文学家勒维特观测了河外星系小麦哲伦云中的25颗造父变星，她把这些造父变星按其光变周期从短到长排列起来，意外的结果出现了：这些变星的视亮度也严格地按相同的顺序排列，光变周期越长的造父变星视亮度也越大。这个结果说明，造父变星的视星等与光变周期之间存在着某种确定的关系。
由于小麦哲伦云距离我们非常遥远，因此，可以认为这个星云内的各个造父变星与我们之间的距离基本是一样的。这就像北京的无论哪个区到上海的距离我们都可以认为是一样的，是相同的道理。我们知道，恒星的绝对星等是把所有恒星都放在同一个距离上比较它们的亮度。所以，这25颗造父变星的视星等可代表它们的绝对星等。于是，我们就得到了造父变星绝对星等（光度）和周期之间的关系，简称周光关系。用绝对星等作纵坐标，光变周期作横坐标，就得到了周光关系曲线。但这个曲线是根据视星等与光变周期的关系推出来的，坐标的零点需要重新确定。只要能知道勒维特观测的25颗造父变星中的一颗星的距离，零点马上就能确定。但是，小麦哲伦星云是距离极其遥远的河外星系，当时还没有任何办法能够测出它的距离究竟有多远，25颗造父变星的距离全部无法知道。
那么，如果找到另外一颗造夫变星，能把它的距离测出来，也就能够根据它的视星等再推出它的绝对星等。这样造夫变星的周光关系也就能确定了。可惜的是，造夫变星都很遥远，即使最近的一颗造父变星——北极星——也有几百光年远，无法用三角视差法测量出它的距离。
天文学家找到了一种可行的间接的方法，这就是利用恒星的自行来测定造夫变星的距离。我们都知道，越远的恒星自行就越小。天文学家选择了包含有造夫变星的星群。为了测定星群的自行，他们使用了多种仪器装置，还使用了统计学方法。虽然这个过程很复杂，但是最后终于测出了含有造父变星的星群的近似距离。1913年，丹麦天文学家赫兹普龙做了这项工作，得到了一颗造夫变星的观测资料，周期6.6天，绝对星等－2.3等。几年以后，美国天文学家沙普利又重复了这项工作，获得了同样的结果。
终于，天文学家可以把周光关系的零点确定出来了。任何一个不知道距离的造父变星，它的视星等和光变周期都可以通过观测来获得，再利用周光关系曲线得出绝对星等，知道了绝对星等就能算出距离。
很多球状星团、河外星系等天体的距离十分遥远，不易确定，但只要能够观测到其中的造父变星，就能利用造父变星的周光关系将它们的距离确定出来。事实上，很多遥远天体，如星团或者星系的距离也就是利用它们中的造父变星才确定出来的。因此，造父变星获得了“量天尺”的美称。.
