有哪些天文学知识概念已经更新或改变，但不为大众所知 ...

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紫色214

「天文单位」和「秒差距」的定义。
说起天文学上常用的长度单位，大多数人的第一反应是光年。实际上针对大尺度距离，天文学家更常用的刻度是另外两个——「天文单位」和「秒差距」。
先说天文单位
过去天文单位的定义是「日地平均距离」，因为地球公转轨道是椭圆，又可以表达成「地球公转轨道的半长轴长度」。如果说天文学家手里有把「量天尺」，天文单位就是这把尺子上的「米」刻度。我见到知乎上有人提问（天文单位为什么不叫做日地距？），说既然天文单位是和日地距离有关，为啥不叫「日地距」。其实要我说，归根结底是因为人类生活在地球上，就像米最初的定义和地球子午线长度有关，过去天文学家在做天体距离测算，尤其是太阳系内天体的时候，习惯把地球和太阳的距离定义为1，久而久之日地距离就成了天文学上的单位长度。如果我们是火星人，天文单位的定义应该就是日火平均距离了。
我们的数学王子高斯同学曾经捣鼓了一个叫「高斯引力常数」的东西，这个常数和平太阳日，太阳质量以及日地平均距离有关，数值上等于0.01720209895。我们规定这个数值是不变的，那么只要知道平太阳日的长度（86400s）以及太阳质量，就可以算日地平均距离，天文单位的长度也呼之欲出了。实际上这也是19世纪以来天文学家计算天文单位长度的惯用方法，1976年IAU还为此开会讨论，用白字黑字写下「中央已经决定了，必须要用高斯引力常数推倒天文单位」。





水平有限我就不翻译了（逃

但这种方法有个问题。高斯同学的引力常数是通过改写开普勒第三定律得到的，等于是这套东西的底层框架已经落后如今的物理学一个时代，如果想天文单位兼容广义相对论框架，在未来继续发光发热，就得改变天文单位的定义。于是在2012年的IAU大会上，天文学家们又用白字黑字写下了天文单位的新定义：


至此天文单位（au）就是个固定值：149597870700米。
<hr/>对于第一次听到的人来说，秒差距可能是比天文单位更加一头雾水的长度单位。

嗯？秒差距？是 @苏炳添 跑100米用10秒，我跑100米要15秒，所以我和苏炳添有5秒差距的意思吗？

不不不，「秒差距」应该这么理解：「拥有1角秒周年视差的天体与太阳的距离」。「秒」指角秒，「差」指周年视差，「距」就是距离。这里有些新概念，结合图示会更好理解：



图｜Wikipedia

由于地球在绕太阳公转，在地球上观测，有一些距离近的恒星会相对遥远的恒星产生位移，这样的现象叫做「恒星视差」。「周年视差」属于「恒星视差」的一个特殊情况，这时候天文学家选择1天文单位作为基线长度，当地球沿基线方向位移了1个天文单位，有一个天体在天空中的位置沿基线方向变化了1角秒，那么这个天体的周年视差就是1（角）秒，和我们的距离就是1（角）秒差距，这也是「秒差距」一直以来的定义。
这个1「秒差距」有多长呢？按照定义出发，其实就是解三角形，初中数学的内容：



图｜Wikipedia@Heron

易得
当年天文学家没有硬算 （泰勒展开什么的），而是决定近似一下，毕竟天文学家都是只看数量级的人（划掉
一个思路是小角度近似， ，那么 ，换算成弧度制即 ，所以 。
另一个思路是把这个三角看作一个大圆里的小扇形，求这个大圆的半径即可：


结果也是 ，相当于3.26光年。

所以我和苏炳添的差距是16.3光年，跟牛郎织女相隔的距离差不多（划掉

重点来了！这个近似值在2015年被IAU钦定为新的秒差距定义：


算了下，新定义下的秒差距比原来硬算的结果长了差不多……千亿分之一，约合242千米。
<hr/>参考&拓展

维基百科相关条目
The astronomical unit gets fixed
http://www.referencesystems.info/uploads/3/0/3/0/3030024/jd7_5-06.pdf
https://www.iau.org/static/resolutions/IAU2012_English.pdf
https://www.iau.org/static/resolutions/IAU2015_English.pdf

今夕何夕535

粗略的讲两个吧：



不同类型的恒星 (纵坐标的表面有效温度代表) 周围宜居带范围的乐观 (红色边界) 和保守 (黄色边界)估计，以及与一系列近期发现的宜居带内的系外行星的对应关系。图片来自维基百科，原始出处在这里：http://sites.psu.edu/ceh5286/images/

1. 宜居带不宜居

宜居带，Habitable Zone，是指一颗恒星周围能够让行星表面在正常的大气压下存在液态水的区域。我描述的定义不一定非常严谨，但大致如此。尽管系外行星研究和天体生物学研究都是方兴未艾，但宜居带的概念却是由来已久。天文学家从上个世纪初就在不断探索行星形成和生命出现的天体物理背景，而很多科学家不约而同地想到的首先是液态水，毕竟地球就是这样的一颗大“水球”，而就当时的生物学认识，一切生物的新陈代谢，繁衍生息都离不开液态水。1959年，定居Yerkes天文台的华裔天文学家黄授书 (Su-Shu Huang) 首先在论文中提出了宜居带的概念。黄老爷子的大名可能很多人并不熟悉，但这位师从Otto Struve的天文学家在上个世纪50-60年代展现的科学创造力是惊人的，像不要钱一样一年能发上十篇左右的文章，其中不少在今天看到都还是挺好玩的。
经过了多年的发展，宜居带的改变也在随着系外行星的发现和研究不断演进。粗略说来，宜居带是和恒星的质量，光度，还有行星本身的质量有关的。系外行星科学家们一直在不断改进着宜居带估计的模型。1993年，James Kasting，Daniel Whitmire，和Ray Reynolds三位科学家发表了重要论文，认为类太阳恒星在46亿年左右的年龄上，保守估计的宜居带范围是0.95-1.15倍的天文单位。到今天，随着观测进步，模型改善，宜居带的估计也并没有变得更简单，不同的模型给出的宜居带的范围反而到越来越大了。如果你感兴趣，可以到下面这个网站利用华盛顿大学科学给出的模型估算地球质量行星的宜居带范围：
http://depts.washington.edu/naivpl/sites/default/files/hz.shtml不过，即便宜居带这个概念曾经对系外行星研究如此重要，他的地位也在经历着很大的考验。至少我们已经知道，“宜居带”的“宜居”两个字是挺误导人。人们听到Habitable第一个反应就是人可以活着，就算谨慎点也会想到允许生物出现。。。但其实这么想是非常片面的。我们对于生命出现和行星形成的理解都还很浅薄，而仅仅在物理条件上允许在足够的大气下有液态水存在是远远不够的。从90年代末，宜居带内行星被首次发现，到Kepler带给我们一大批处于理论估计的恒星宜居带内的系外行星，仅仅用了20年的时间。最早这样的发现出现的时候，媒体的报道简直与发现了遥远绿洲的感觉无异。可惜事实不是这样，宜居带内的行星绝不是个个“宜居”，而不在宜居带内的行星也未必孕育不了生命。很多天文学家其实已经在看好某些巨行星的卫星上『宜居』的可能性了，而太阳系里内土卫二和木卫二在这方面就给了我们很多启示。
可以预见的是，尽管很多天文学家已经在探索更严谨地界定系外行星“宜居性”的新标准，在惯性下，宜居带这个概念依然会持续地被天文学家和媒体提及，只能希望在耐心的引导下，大家能越来越看淡这里的“宜居”二字吧。




这是我2016年文章里的一个卡通图，粗略解释了两阶段形成模型，和星系在质量与恒星颜色关系上的可能演化。文章发表后，我才意识到我在文章里画了一个解剖学意义上非常正确的男性生殖器。呵呵，天文学真有意思。

2. 一次撞不出来的胖子

这个算是我自己研究领域里的。可能对星系领域略有了解的爱好者都会听到“旋涡星系之间的碰撞，并和产生了椭圆星系”，或者“银河系和仙女座大星系在N年后会碰撞，成为一个椭圆星系”这样的说法吧。这个观点来自于对于星系演化和形态多样性的“古典观点”。20世纪初期，天文学家们对近邻的河外宇宙岛分门别类，大致将其划分为有旋臂结构，富含年轻恒星和气体，结构包含一个显著的恒星盘的旋涡星系，和结构上没有明显细节，整体呈椭球型，几乎不包含年轻恒星的椭圆星系。分类之后，自然就是解释其不同于起源了。在60年代，曾有两个解释椭圆星系形成的理论并驾齐驱，一个是单调坍缩图像 (Monolithic collapse)，一个是质量相近的盘星系并和的图像。随着对星系动力学理解的加深，早期N体数值模拟的出现 (Toomre兄弟的经典工作)，以及大量正在并和星系，和椭圆星系周围并和遗迹的发现使得后者成为了主流。当时的想法是，早期的气体团块的坍缩中总会因为净角动量的存在而形成恒星盘，而星系并和中剧烈的恒星结构之间的相互作用 (Violent relaxation，剧烈弛豫过程) 则可以把两个盘打散，搅乱，最终形成椭圆星系的结构。
这个图像非常的。。。简洁，让人容易理解。在引力无情的引导下，碰撞并和似乎是多数星系唯一的归宿。不过近30年来，随着两个领域的腾飞，这个可爱的模型还是被无可奈何的复杂化了。这两个领域是：1) 冷暗物质宇宙学模型的建立，和结构形成的层级模型的成熟；2) 高红移星系的直接观测研究。
早期的星系研究有两个问题，一个是把星系中的恒星看做主导的系统，一个是以静态的眼光去看问题。天文学家们当时只能看到我们附近的星系中的恒星，难免起初会认为“普天之下”，“自古以来”星系都是如此。但现在我们已经知道，星系演化的幕后黑手是在永不停歇的互相吞噬中成长的暗物质晕结构，而恒星结构只是浮光与泡沫一般脆弱的存在。此外，透过哈勃空间望远镜和一系列地面大望远镜，天文学家目瞪口呆地瞥见了星系青春期狂放不羁的面貌。哪里还有什么规则的盘，优雅的旋臂，规则的椭球? 大家都是在攀比着叛逆，除了在不停的吸积和碰撞中看不出头尾的，就是不知如何变得极其致密的，完全没有今天看到的序列和分类。早期宇宙中气体更为丰富，星系可以承载起更为狂暴的恒星形成，见证大质量黑洞早期的澎湃，又会随着暗物质晕不停迁徙，辗转。
我们现在理解的椭圆星系的形成其实是一种早期两种图像的嫁接：即在宇宙早期，质量比较大的暗物质晕能够高效的吸积气体，以一种快速坍缩的形式形成了椭圆星系致密的核心；不过这种风云激荡的日子持续不了多久，气体快速消耗，中心黑洞在快速形成中不断反抗孕育了自己的宿主，以不同形式的能量反馈消减着星系继续形成新恒星的能力。最终在星系开始变得沉寂一些后，大质量的暗物质晕只好以引力为触手，不断的从周围捕捉无力反抗的小星系，通过连续，反复的“投喂”强行地把中心星系堆成了胖胖的椭圆星系。这种第一个阶段单调坍缩和富气体耗散过程为主，第二个阶段以多次并和占优的复合模型并没有一个更好的名字，天文学家们就叫他 “两阶段形成”模型 (Two-phase formation scenario)。随着观测深入，数值模拟日益逼真，这个模型提供的基本框架可以帮助我们更为具体地理解椭圆星系这些宇宙列维坦的形成。
哦，对了，如果这些还不够麻烦的话，现在我们还知道，两个银河系这般的盘星系的并和，也为比会形成椭圆星系，而是很有可能重构出一个不一样的盘结构。就如一场车祸的惨烈程度取决于车速，碰撞的角度，以及车上汽油的多少一样，两个星系并和的轨道，盘的相对绕转角度，以及气体含量也决定了他们最终的命运。银河系和仙女大星系都谈不上是质量很大的星系，热闹一场之后是什么样的面貌还真的不好说。

坏坏的猪蹄肇

谢腰
想起一个关于星系分类的哈勃音叉图，or哈勃序列


图源Wikipedia
星系按形态（椭率以及延伸结构等）分为椭圆星系（E0-E7）,透镜状星系（S0）, 旋涡星系（Sa-Sc）以及棒旋星系（SBa-SBc）. 不规则星系因为缺乏特征结构所以未列入。
早期认为旋涡星系是由椭圆星系演化而来（后来发现是错误的），因此根据哈勃音叉图左侧的椭圆和透镜星系被称为早型星系，旋涡星系和棒旋星系被称为晚型星系。这个称呼作为约定俗成一直延续到现在。
研究表明漩涡和棒旋星系实际上比椭圆星系更年轻。记得九十年代有一些科普读物说椭圆星系是由旋涡星系“缠紧”演化而成，这也是不正确的。现在一般认为星系结构和形成时的角动量分布有关，而彼此之间没有演化上的关系。
非星系天文方向，记忆来自硕士时的星系天文课程和教科书，有误请指正。
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看评论可以再补充一点了: 银河系是棒旋星系

DJ牧南

泻药，先写两个

1.在技术成熟的前提之下，可以不需要将望远镜口径造得很大
我们在科普时会说望远镜口径越大越好，在相同观测波段的理想状态下口径越大分辨角越小，也就是能分辨出角距离更近的物体，同时更大的口径能看到更暗弱的物体。但这只是最初级的内容。在望远镜口径越造越大之后，就面临着各种工程学和成本上的问题，尤其是光学望远镜。
20世纪50年代英国天文学家马丁赖尔和他的团队发明了综合孔径（aperture synthesis）技术，通过多台口径相同的射电望远镜按特定位置摆放，在极大节约资源的情况下获得更大口径。在通过各种技术（主动光学、镜面拼接等）加成之后，不仅射电望远镜可以获得更好的观测结果，这项技术还能应用在光学望远镜上（如欧南台的VLT）。赖尔于1974年与发现脉冲星的休伊什共享了诺贝尔物理学奖。
这项技术已经有了半个世纪的历史，在国内也已经有了应用，比如北京密云不老屯的一字型射电阵列（不过已经废弃了），但是了解它的人还是很少。所以说FAST虽然是世界上单口径最大的射电望远镜，但和综合孔径能达到的效果相比，真的没什么好吹的。

2.银河系是棒旋星系
可能大家对于银河系的俯视图的印象还停留在这种图上：



百度找了半天没找到合适的，随便放张图吧

虽然我们对银河系的结构的认识也不过半个世纪，20世纪50年代才开始有对银河系结构的观测研究，后来在对中性氢的观测中发现银河系是漩涡结构（也就是从核心伸展出旋臂），但是随着观测手段的加强，有人发现银河系中心的两侧的中性氢的速度分布不太像是漩涡，而是有一个棒状结构。然而环境和技术所限，能够确认银河系结构的最佳方式：中性氢和K、M型小质量恒星的精确观测在90年代以后才逐渐展开。直到2005年，工作在红外波段的斯皮策（Spitzer）望远镜通过观测才确认了银河系中心的棒状结构，证明银河系是一个棒旋星系（从核心伸出一个棒状结构，在棒的两端伸展出旋臂）。
所以最新的关于银河系俯视图的科普图长这样：



其中两条最主要的旋臂分别是盾牌-半人马臂和英仙臂

当然，关于银河系到底有几条主旋臂的问题还没讨论清楚，虽然说白了还是观测技术的问题。