午休后，开开正在书房里学习，爸爸坐在沙发上喝茶看书，享受着下午惬意的时光。

“爸爸，我有个问题想问问您。”开开从书房走过来问道。

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爸爸的脸慢慢地从书后面露出来，看着开开说：“噢？开开又遇到什么不明白的问题了？”

“爸爸，我看书的时候想到个问题，我们是如何知道地球与某颗恒星间的距离呢？”开开一脸费解的看着爸爸，“比如说地球夜空中能看到的最亮恒星——天狼星，书上说我们距离天狼星差不多有8.6光年，这个距离是怎么得出来的呢？”

“是这样的，通过望远镜观测，我们知道恒星的颜色多种多样，这是因为恒星的温度也是不一样的，温度最高的恒星呈蓝白色，温度最低的为橙红色。”爸爸开始认真地讲道，“通过分析恒星光的组成颜色，可以了解到恒星的组成成分和它的运动速度。再通过对位置的精确测量，天文科学家们就可以测量出地球与恒星间的距离，甚至还可以预测数千年后恒星在天空中的行进路径。”

“为什么通过恒星的颜色就可以分析出这么多的数据啊？”开开问道。

“这个问题啊...”爸爸放下了手中的书，摸着下巴说道，“涉及到两个概念，一个一个说吧。”

“嗯，您说吧，我认真听着呢。”开开一脸期待的说着。

“首先，要明白什么是光谱。光实际上是由波长长短不一的电磁波组成的。我们通过一个类似棱镜作用的光谱仪，可以把光分解成不同的波长，由这些不同波长形成的色带就是光谱。”爸爸认真地讲着，“恒星大气中的元素会吸收某些波长的光，在光谱中留下颜色偏暗的吸收线，也叫谱线。在恒星的光谱中，谱线的波长会受到恒星运动的影响，这就是多普勒效应。”

“多普勒效应？那是什么意思啊？”开开不解道。

“这就是爸爸要说的第二个概念。”爸爸继续说道，“多普勒效应是指当你和波源有相对运动时，你接受到波的频率与波源发出的频率并不相同的现象。”

“我不太理解这个，您能讲详细一点吗？”开开问道。

“举个生活中的例子来说明吧，这样你就明白了。”爸爸看着开开说道，“当你在铁路边上听火车由远而近的汽笛声时，汽笛的音调总是由高音到低音变化的。我们知道声波频率高时音调就高，频率低时音调就低。若火车静止汽笛不断发出固定频率的声波，我们听到的音调便固定。若火车向我们移动，由于它此时具有速度，它便等于在追赶它发向我们的第一个波峰，同时又发出第二个波峰，这就等于缩短了波长，增加了频率，因此听到的音调就高。同样，它离我们而去的时候，波长被拉长，频率降低，声音便低沉。”

“那这个和地球与恒星的距离有什么关系吗？”开开有点疑惑。

“当然有关系，这个规律不仅在声波上适用，也同样适用在光波上。还记得刚刚讲的光谱和谱线吗？”爸爸说道，“当恒星向地球移动时，波长将会缩短，谱线会向光谱的蓝端移动，也叫蓝移。当恒星远离地球，波长就会变长，谱线就会向光谱的红端移动，叫红移。通过测量波长的变化，天文学家就能计算出恒星的速度、和地球的距离等信息了。”

“谢谢爸爸，我懂了，但还需要再去消化一下您讲的这些知识。”开开似乎明白了。

“嗯，开开真好学啊，有什么不懂的问题，再来问爸爸吧。”爸爸说完继续看书了。

【知识卡】测量恒星离我们的距离

多普勒效应是空间本身不变化，光源相对于观测者运动而造成的。然而近年的研究表明，本星系群中的那些河外星系的红移和蓝移，都是多普勒效应的表现。本星系群之外的河外星系都只表现出红移，而且遵从哈勃定律，离我们越远的红移越厉害，这种宇宙学红移，不是多普勒效应造成的，而是空间膨胀造成的。由于空间膨胀是广义相对论的结论，是时空弯曲的一种动力学效应，所以宇宙学红移本质上属于“引力红移”。