假如被扔到了銀河系的某個角落,如何才能確定自己的位置?
假設手上只有一台天文望遠鏡、星表和一台電腦。
-----
本題已收錄至知乎圓桌 ?宇宙那麼大,更多討論歡迎關注。
首先我們要明確銀河系的某個角落都包括哪些範圍。像下面的所表示的,銀河系的範圍不僅僅只有扁平狀的銀盤和中間鼓起來的核球,更大的結構是把整個銀河系用球形包裹起來的銀暈(Halo),就是下面圖中右邊模模糊糊的一團。
如果有幸被扔到了銀暈里某個距離核球和銀盤很遠的地點,那麼恭喜你,在你看來天空的很大一部分都被銀河系輝煌燦爛的旋臂結構所佔據了,用眼睛也能很輕易的分辨出你的「正下方」對應哪條臂的哪個位置,再結合銀河盤的直徑和傾角不難定出距離銀盤的高度。
如果是在銀盤上,情況有點複雜了,銀河在你看來就是天空中扁扁的一條帶子,就跟我們現在看到的一樣,用旋臂定位難度高了點,但是別忘了我們銀河系的兩個小夥伴-大麥哲倫星系和小麥哲倫星系。
作為銀河系的最大的兩個伴星系,它倆是天空中最容易辨認的雲霧狀天體,而且它們足夠明亮,在整個銀河系內都可見(被銀心擋住的地方除外)。如果銀河系別的地方存在另一個智慧文明,我相信它們一定也和人類一樣處於大小麥哲倫星系的照耀下。人們已經準確測定了這哥倆的距離、位置、直徑等等參數。你要做的只是實際測量一下它們倆在天空中的夾角,以及與銀盤的夾角、與銀河系中心方向(核球)的相對位置,剩下的事也就易如反掌了。
注意,到現在我們還沒有用上望遠鏡這個工具。
如果銀河旅行者所在的位置正好是在某顆行星的「北半球」,看不到大小麥哲倫星系怎麼辦呢?最好的定位工具是銀河系裡的球狀星團。原因有以下幾點:
- 銀河系裡的球狀星團總數是有限的,估計也就不到200個,人類已經觀測到了其中的絕大部分(超過150,剩下的被銀心擋住了實在沒辦法),很多已經準確測定了直徑、距離、年齡、成員星數目、化學組成等等參數。
- 球狀星團幾乎均勻的分布在整個銀暈里,它們明亮到整個銀河系可見,而且特有的球形、緊緻的外形使得在天空中很容易與其它天體(河外星系、疏散星團)區分開(見下圖:球狀星團 NGC7006)。
3. 最重要的一點:正如沒有兩片紋理完全相同的葉子,沒有兩個球狀星團是一模一樣的(雖然它們看上去都差不多)。每個球狀星團的成員星在顏色-星等圖(CMD)上的分布都各不相同,就像它們的指紋一樣。只要用望遠鏡的CCD相機加不同顏色的濾光片(假設有一套這樣的設備)對球狀星團拍照,做出顏色-星等圖(CMD),就可以與現有的觀測資料匹配上了。
下圖:8個不同的球狀星團的顏色-星等圖
利用球狀星團的分布進行定位,跟利用周圍幾十顆恆星的相對位置進行匹配,原理是一樣的,只不過後者所需要的全銀河係數千億顆恆星的準確位置,在今天仍然是不可能的任務。目前最完整的恆星距離數據來自歐空局的依巴谷天體測量衛星,也只不過測量了太陽附近一小片空間內恆星的三角視差,1000光年多一點的地方,距離誤差就非常大了。要知道這1000光年還不到銀河系直徑的百分之一。而有位置數據的恆星,也就太陽周邊十幾萬顆,跟銀河系恆星總數相比是可以忽略不計的。
在銀盤裡數恆星找出附近的旋臂,難度也有點高了。銀河系主要的旋臂有幾條也就是最近十來年才搞清楚的事,而且是建立在海量觀測數據的基礎上。
用脈衝星定位的主意也跟用恆星類似,整個銀河系內脈衝星的數目有數十萬顆,而且不是每顆射電脈衝都恰好對著你。這個方法雖然比恆星計數簡單一些,但跟球狀星團比還是難度太大了。
總之作為合格的銀河系旅行者,不要忘了球狀星團才是你永遠不滅的燈塔。假設你星表裡有人類已知的 造父變星 ,還有他們的距離。
另外再帶一個冷凍CCD好不好呀~~~^ ^....
恩,題主既然沒有限制望遠鏡是什麼樣的,我還是帶一台:
其實用不著這麼好的啦,啊哈。。啊啊哈哈
我們繼續 ( QAQ求輕拍)
理論上利用三顆以上銀河系內已經觀測到的造父變星就可以一定程度上準確確定自己在銀河系中的三維位置。
造父變星是啥勒?它是一種絕對亮度會周期性變化的星星,而且還有周期還和絕對亮度存在精確的數量關係這樣的逆天性質,另外這種星星還比一般的恆星亮的多,所以x萬光年外也能被看見。
最tm扯的就是這貨亮度變化周期居然不長不短是天量級。
總的來說就是一種你有瞭望遠鏡和ccd就可以精確測量距離的星星!!!即使隔著幾萬光年也可以!!
簡直就是上帝準備給我們用來測距離的啊啊哈哈哈厚厚厚!!!
具體參考:wikipedia.org 的頁面
造父變星_百度百科
具體步驟:
1.首先在天空中找出造父變星(慢慢找不著急啊)。
ps:估計這時候你能找到應該也有人找到過,找到一顆之後比對一下銀心,再參考一下星表,剩下的就好找了。
(實在碰巧找到一堆地球上沒人找到過的就準備回球發論文吧,不知道你回來的時候nature還在么)
2.持續觀察x天,利用造父變星的周光關係可以定出星星的絕對星等。
3.測量星星的視星等,(如果有哈勃望遠鏡那好辦。如果只有一般的冷凍CCD,就讓畫面輕微的失焦,再利用光斑面積和CCD的iso值,鏡頭通光量等參數就能夠算出光斑內部的總光功率,再通過光斑大小進而算出視星等)
4.把你看到的星星的位置標在一張銀河系平面圖上,然後和地球觀測到的作比對。
例如說下面是14年發現的新的五顆:
天文學家在銀河系遠端發現5顆造父變星(圖)
_科學探索
_光明網
接下來。通過與地球觀測數據比對這些造父變星在你的星空中的極角方向和投影位置關係,就可以準確測定你自己的位置啦!!!!另外,扔到了銀心也是ok噠!
因為我們的技術完全可以在紅外波段看穿銀心觀察銀河系另一端的造父變星!!!!!
對我大人類就是這麼逆天!!
三葉星雲背後發現一對位於銀河系遠端的造父變星
這是個有趣的問題。
一開始我是想通過銀河系內有特徵的恆星、星團、星雲來定位,但是在不同的位置看來這些東西的亮度、形態大相徑庭,需要輔以光譜觀測等手段才能確定是什麼。
於是我想可以跳出銀河系,利用河外天體來定位,因為在銀河系裡不論什麼位置,這些河外天體的亮度、形態、相對位置是基本恆定的。所以我可以通過測量M31、M33等河外星系與銀心之間的夾角,確定自己相對於銀心的方位角和相對銀道面的夾角。
有了這兩個角度,我的位置就被限定在一條直線上,然後通過觀察銀心核球的大小,可以大致推斷出距離銀心的距離,這時候再通過比對已知的星團、星雲來進一步定位(當然不同位置看過去差異還是很大,需要費一番力氣確認目標),就可以獲得比較精確的位置,而且可行性也比較高。
=======================================================
補充一句,最簡潔的定位方法應該是通過已知的脈衝星進行定位,就像先驅者號上面的鍍金鋁板那樣,用14顆脈衝星和太陽系之間的相對距離來標示太陽系位置,但是只有普通光學望遠鏡難以測量脈衝星頻率。
=======================================================
@俊lyn 思考後提出問題:
我們現在觀察到的河外星系可能是數萬年或者數十萬年前的他們的樣子,我們如果處於銀河系其他位置很可能觀察到它們的樣子完全
不同,銀河系直徑約為100,000光年,所以從他的位置觀察到的河外星系和我們觀察到的可能相差數萬年,還能進行對比嗎?
我思考後回答:
這個要分幾種情況:
數萬年的時間對於大多數恆星和星系來說是彈指一揮間,形態幾乎不會有變化(除去瀕死恆星、超大質量恆星),可以參考;
超新星爆發成的行星狀星雲,數萬年時間會有明顯變化,無法參考;
近處的恆星,數萬年時間位置會發生變化,難以參考;
遠處的恆星,數萬年時間位置幾乎很少變化但是大多很暗難以用於參考;
遠處的球狀星團,有足夠的亮度,數萬年時間對形態、位置的影響很小,可以參考(結合絕對亮度、相對亮度還是可以辨認的,而且數量不多只有150個)。
=======================================================
關於用球狀星團定位的方法,詳見 @Procyon 的回答,非常詳細。
先要看你在哪,運氣好的話,有一定可能性確定位置,運氣不好的話就完蛋了。(圖片來自維基百科)
目前,人類可見的大部分恆星都是在1000光年以內的,具體演算法可以參考我的這個回答:離地球多遠才會看到完全不同的星空?
所以,如果在1000光年以外,那麼可見的星空就基本完全不同了。同時,因為到目前為止,人類尚未得到完整的銀河繫結構,因為有銀心遮擋,所以有一塊區域是無法確定狀態的:
如果很不幸被仍到被遮擋的區域,那麼定位可能就會有很大的困難。
當然,如果有望遠鏡的情況下,可以通過河外星系來定位,如下圖:
如果運氣足夠好的話,沒有被仍到人類尚未觀測到的銀河區域里,通過上面的圖是可以大致定位的,因為這些參照物多數運動速度都不算太快,其距離相對於銀河系尺寸(十萬光年)來說還是大很多倍,所以位置因素還不至於影響的太大,至少M31/M32是可以參照的。
當然,這只是一般情況!
下面說說運氣不好的情況:
1、被仍到了銀心附近:銀心裡恆星密度很大,雖然無法具體確定那的情況,但很有可能是星空非常亮,無法通過銀河系外面的幾個參照物確定位置,那麼只能大致確定自己在一萬多光年的範圍,但無法具體定位。
2、被扔到了星雲、星際塵埃團里,或者黑洞、中子星附近,這種地方就算人類能生存下來,因為光線被遮擋或者扭曲,要想定位也實在是太困難了。
3、其它的倒霉情況待補充……
祝題主好運,並且能正確的找到回家的路!不是正式回答,僅僅拋塊磚。
首先假設我被仍到太空中,而不是某個行星表面之類的。
另外還有一個前提知識:地球上能看到的大多數星星都處於銀河系中。
參考:地球上,人類肉眼可見恆星是否全部在銀河系?
推論:銀河系某個角落中能看到的大多數星星都處於銀河系中。
電腦上預先裝好星圖之類的軟體。這個軟體要有銀河系大部分星星的坐標和絕對星等。
此處需要假設當前的時間離地球的21世紀相差不遠,否則星圖的坐標可能會稍有誤差。
然後在星圖軟體中把銀河系劃分為64塊區域,每塊區域里隨便選一顆星星,以這顆星星為原點,查看星圖中的銀河系星星分布,並與自己實際看到的星星對比。總能找到一塊區域,從這個區域看銀河系跟自己實際看到的銀河系很相似。那麼說明我就在這個區域附近了。
然後還有耐心的話,就再在這塊區域里分出64小塊,一塊一塊的對比。
其實我猜測,通過觀察銀河(此處的銀河指天上像河的那個東西)的寬度並和地球上看到的寬度比較,可以大約確定我距銀心的距離。
----- update 2015-06-24 -----
由於銀心把銀河對面的樣子擋住了,目前最全的星圖也頂多覆蓋50%(隨便猜的),所以沒有完整的星圖,被扔到對面就沒轍了。
遊戲的舞台是一個有5000+個恆星系(system)的星系(galaxy),你隨便找個恆星系(system),然後對著星空截個圖放到ecf論壇或者eve貼吧,准有人能猜中你是在哪個恆星系(system)。就算有點誤差,那也是在一個星域(region)或者星座(constellation)之內——已經八九不離十了。
找到銀河系的四維圖把你和旁邊星系的位置代入就可以了
=============================================================
Space Engine多圖預警
=============================================================
首先我用程序命令把自己和一個足夠挺過瓶頸效應的種群隨機扔到了一顆不知道銀河系(銀暈)哪個角落的星球並且活了下來,這是藉助一定儀器的我所能看到的銀河:
我希望我能有一張記錄人類已知位置天體的地圖,而且不錯的運氣使得這之中誤差巨大的數據不足以干擾(愚公)回家的行程。。。。。。。。。。
然後在這個星球安身集中力量發展生產力,超過今天人類的觀察能力
讓子孫世代從這個世界測得所有可見星雲/星團/矮星系的視差數據
最後使用統計學方法抽取一些已經定位的樣本比對光譜數據或者恆星年齡分布--總會有一些數據是和人類已有的數據重合
我從地球帶走的銀河系坐標該如何和我的新位置疊放是未知的,這些重合的數據會不斷精確我的坐標位置。
=重合數最多的地區也能暗示太陽系的位置,因為malmquist bias等等我們會觀測到更多相對近的天體。
=以上操作的誤差之大,即便跨越幾千年,可能只能最後也只是一個對太陽所在的天區的暗示,開展巡天工作觀察銀河對岸是不切實際的工作,世代崇拜那一片回不去的天空里閃耀的某星。
卡爾Pale Blue Dot的結尾又回到腦海
「他們將抬頭凝視,在他們的天空中竭力尋找那個藍色的光點。他們不會由於它的暗淡和脆弱而不熱愛它。他們會感到驚奇,這個貯藏我們全部潛力的地方曾經是何等容易受傷害,我們的嬰兒時代是多麼危險,我們的出身是多麼卑微,我們要跨越多少條河流,才能找到我們要走的道路。 」
========================================================================在已知太陽位置的情況下,從隨機位置對焦太陽===================================================================
倒數第二、第三圖右下角是視角大小
這個例子存在的原因是表明我們的世界多麼暗淡
Celestia 修改,改完我去寫作業
其實情況也沒有那麼糟啦,距離越大,兩次觀測的誤差就越大而已嘛
=======================================================================
樓主高二弱渣,學過一點碼字買題喀(mathematica)。我相信我回答中對數學方法的估計和描述十分淺陋。。。懇請大家批評指正
根據這個宇宙大部分地區的尿性,閣下首先要想的是如何活下去。
不識廬山真面目,只緣身在此山中。在銀河系中,你是不能確定自己在哪的,除非跳出整個銀河^·^
我們在地球上看見的銀河帶是銀河的側截面,直徑10萬光年,目前我們知道的銀河系形狀是在這個基礎上抽象出來的概念圖。那我們站在地球上能看見多遠的星星呢?下圖:
白色絮狀是抽象銀河,藍色放射狀是我們目前能看見的所有星星,最遠的距離我們3.59Kpc(一千個秒差距或是3260光年)而且是獨樹一幟的,也就是說,我們目前最多只能窺探到1/10的銀河系。當你在銀河中的一個角落時
--嘿,我在這呀!
--你在哪呢?
小明一覺醒來,發現自己被扔到了一個未知的星球上。很不幸,這裡沒有空氣,小明猝。
小明一覺醒來,又發現自己被扔到了一個未知的星球上。這裡的引力是地球的1000倍,小明猝。
小明一覺醒來,再次發現自己被扔到了一個未知的星球上。這裡白天和晚上的溫差達到了500攝氏度,小明猝。
小明一覺醒來,還是發現自己被扔到了一個未知的星球上。而手頭上只有一台天文望遠鏡、一台星表、一台電腦。發現自己忘了帶食物和水,小明猝。
小明一覺醒來,發現自己第N次被扔到了一個未知的星球上。通過自己的推理和精確計算,終於計算出自己原來在位於α星系的HC6794ξ星球上,距離地球208378.64824光年,小明猝。
小明一覺醒來。。。
小明,還不快去上學!!要遲到了啊!!!
很難確定。
所攜帶的星圖、星表等,只能從地球上利用,才能對應並確定每個恆星的亮度、位置。
對於銀河系的某處,由於時空的差異,造成所帶星圖和觀測點所看到的有根本的不同。某些恆星說不定早就變成超新星爆發了,但是地球上尚未觀測到。
應該無法確定位置 宇宙里每個方向看到的星圖是不同的 而且因為暗的原因 會有很多星圖中沒有的亮星出現 這樣你怎麼判斷? 沒有光譜儀 單靠望遠鏡分不出來星體吧……我想知道電腦這時候還有什麼用……
Use of star patterns and celestial navigation.
你需要一本《銀河系搭車指南》
我有北斗導航系
我感覺以人類現在的壽命,被扔在銀河系某處時,還是先吃好喝好生活好吧!早死晚死,沒區別啊!
天文學家們採取多種方式確定太陽系在銀河系中的位置.人們只要抬頭看一看夜空,就可以看到銀河系的大致形狀,它像是一條暗淡的光帶橫亘在天空.這條光帶的寬度約為15度,星星比較均勻地分布在光帶的兩側.這表明銀河系是扁平的圓盤狀,我們的太陽系位於圓盤近似平面的某處.如果銀河系不是扁平的圓盤狀,它看上去就會不同.比如說,如果銀河系呈球狀,我們看到的銀河系就不會是窄窄的一條光帶,而是布滿了整個天空.如果我們的位置大大高於或低於圓盤平面,我們就不會看到銀河系像光帶一樣橫亘在天空--天空就會顯得一半亮一半暗.通過測定我們能夠看到的所有星星的距離,可以進一步確定太陽系在銀河系中的位置.本世紀初,美國天文學家沙普利發現巨大的球狀星團分布在以人馬星座為中心的一個直徑約10萬光年的球形範圍內.他得出的結論是:這個中心也是銀河系的中心,因此銀河系看上去像是鑲在球狀星雲中的一個扁平圓盤.
如果能活下來的話。首先,要像目前排名前幾的答主一樣,有豐富的天文知識。再不濟,你的電腦要能聯網,然後找到知乎的這個問題才知道答案吧。
那個時候首先人類已經有銀河系的三維空間圖了,其中的每個恆星都有特徵可以作為坐標,這樣可以作為計算你的坐標參考了。
挺有意思一個問題,仔細思考了一下,供題主參考。
首先說一下,目前頂的較高的「Bright0574」的答案我認為是錯誤的。
他給出的答案「通過河外天體的方位角定位」,實際上只能定出你面朝的方向,不能定出你的位置。你想一想,你在銀河系看那些天體就是一個點或者一個小星團,那麼站在那些天體上,你看到的銀河系也就是一個點,銀河系都成一個點了,誰還找得到你啊。簡單說:你在銀河系裡具體的位置,達不到方位角的解析度。
好了,目前看來,通過河外星系,我認為你確定不了自己的位置。但是,河外天體能帶給我們什麼呢?我覺得你可以根據河外天體建立一個直角坐標軸,能夠確定你每時每刻面對的方向。(你會發現,地月系的旋轉角速度&>太陽系&>銀河系&>星系聯盟&>宇宙),這個目的是選擇一個角速度相對較慢的體系,作為「靜止參考系」。當然,不得不說,如果你就在銀河系內部玩耍,這個「靜止參考系」對你一點作用也沒有。如果你要去其他星系,這個坐標軸就是你的參考,但是,你如果去其他星系,你在銀河系的位置一點也不重要,你只要知道你在銀河系就對了。
其他星系沒有參考價值,那就求助於銀河系內的天體。問題簡化一下,改為「在太陽系中,如何確定自己的位置」,那麼同樣的,你目前應該求助於太陽系內天體。然後你發現,所有行星都在公轉,他們在剛才建立的「靜止坐標系」中是移動的,於是乎問題出現了:(1)求助於外部星系,方位角的解析度不夠;(2)求助於內部天體,解析度夠了,這些玩意兒亂跑,哪還有參照點。所以,「靜止坐標系」方案流產,還是建立一個「動態坐標系」,比如太陽為原點,太陽指向地球為x軸,由於太陽系近似平面,那麼垂直於平面的軸就是z軸,y軸就是與x軸,z軸正交的那個方向嘍。好了,目前可以討論你在這個坐標系的位置了。
總結一下:
1、你的絕對位置是找不到的,因為相對河外天體,銀河系內你的位置問題解析度太小;相對銀河系內天體,你沒有絕對位置。
2、你的相對位置,決定於你care的天體,就以你care的天體為參考,建立動態的坐標系吧。
3、其實以上說的都是廢話,你要做的就是找到你和你想去的天體的相對位置,然後move。你想去太陽系?能看到(包括一切探測手段)太陽系嗎?能——move。不能——對不起,我認為你lost了,你現在沒有坐標,沒有「位置」。仔細想想是不是這樣!
推薦閱讀:
※關於地球形狀的一些疑惑?
※不用鐘錶,如何測量當地經度?
※民用日出、航海日出、天文日出有什麼不同?為什麼分開來計算?我們平常用哪一個比較好?
※有哪些天文現象影響人類社會的案例?
※宇宙中有哪些超出常人想像的現象?