多图预警：内含20多张图片，请自行根据情况打开此文...
宇宙刻度
之前分享了Cary Huang制作的一份动画《宇宙刻度》，其展现了极宏观视角与极微观视角的变化。
开始界面
其中一个视角
惊叹动画演示的效果，其中的内容也是引发了大家的进一步思考：其中的距离是如何测量出来的？
地球和月球
地球的形状
人会好奇自己身处的地方是什么样的，限于早期认知手段的匮乏，最早回答这个问题的是神话传说。
中国神话传说中，混沌未开，犹如鸡卵，盘古生其中，斧凿分天地，天圆地方。
骚里骚气的盘古/好插图在哪里
朴素的天圆地方
印度教神话中，地被描述为平盘状物体，中央为须弥山，周围有四大部洲，其间有海洋相隔。太阳，月亮和星辰环绕须弥山运行。地上有6层天，地下有6层地下世界，6层之下为地狱7区，地狱之下为巨蛇舍湿所栖。
印度宇宙观/不见了的图
其他大陆的民族神话中，对世界的认识也是类似。其大多数不外乎是垂直结构和水平结构的混合。
随着人类经验的累计，解释世界的方法不再只有神话传说一种了。
古希腊人亚里士多德认为地球是圆的，在其著作中记述了很多用于证明地球是球形的证据。
由于缺乏观测手段和受限于活动范围，这些证据并不都对，如下摘抄几点：
· 眺望地中海上归航的帆船，总是先看到桅顶杠，后看到船身。
远处驶来的帆船
· 在不同纬度看到北极星在天球上的高度不同，越往北高度越高；而且会看到不同的星空
高低变化的星星
不过还有一个司空见惯的现象更能说明这点。那就是月食。
月食--来源互动百科
地球的大小
知道了地球的形状，如何知道其大小？
经典理论和运气测量结合--来源：果壳网cloudsforest
希腊学者埃拉托斯特尼测量夏至时亚历山大城太阳的角度，即可得到地球的半径。
（公式输入技能还未解锁，一个弦长公式，一个角度和弧度转化公式，看图解题...）
具体推导和误差分析见末尾参考文章：《月全食有什么用》
而实际观测中，对地球的描述是“两级略扁，赤道略鼓的椭圆体”，但是这种差异在整个地球半径的尺度下是很轻微的，把地球看做一个正球体也无不可。如下是卫星拍摄下的地球图片。
文章末尾有附上果壳网推荐的一个同步卫星观测网站 ：美GOES-16 和日本向日葵8号同步卫星图
蓝色弹珠-阿波罗号摄
微信启动画面-风云四号摄
在搜图片时也发现了一些其他特别的地球照片~
艺术夸张了的重力分布图-非地球素颜照
“比心”地球
月亮有多大
附一张嫦娥妹纸
关于月球的形成，当前的主流观点认为是一场星体间的撞击导致：
原地月系统中两颗星体碰撞，小的那颗被撞碎了，撞碎的大部分被大的那颗吸收，剩下那部分在撞击中四散。因密度不均和万有引力影响，剩下那部分重新凝聚，成为了现在的月球，大的那颗成为了现在的地球。所以在探寻地球的年龄时，可以通过月球佐证（实际事情发展，可参考比尔布莱森的《万物简史》，整本书的逻辑、布局精美，其阅读快感不下于侦探小说）。
地月
阿里斯塔克斯通过观察月食发生的各时间段差异和其公转周期，得到了地球在月球轨道上本影半径、地球半径和月球半径的关系：地球直径是月球直径的3倍。
详细推导和误差分析见末尾参考文章3《月全食有什么用》
月亮有多远
知道了月亮的直径，如何估算地球月亮间的距离？
阿里斯塔克斯用相似原理：
“他举起一个大拇指对着月亮，当拇指完全能够遮住月亮的时候，它和眼睛之间的距离与拇指尖宽度的比值大约为 110 ，根据相似形的原理，这个值等于地月之间距离与月亮直径的比值，由于已经知道月亮的直径，所以很容易求出地月之间的距离。”
除了如上这个简易的操作，还有一种更为准确的方案：三角视差法
这个也是这篇文章最开始动笔时准备切入的主题。换言之，早会提到的那个“距离这么远，多少光年的距离，等光反射回来，人都挂掉了”的疑惑，会在接下来逐步展开。
三角视差法
视差
百度百科版：
视差就是从有一定距离的两个点上观察同一个目标所产生的方向差异。从目标看两个点之间的夹角，叫做这两个点的视差角，两点之间的距离称作基线。只要知道视差角度和基线长度，就可以计算出目标和观测者之间的距离。
精简图像版：
伸出你的食指，闭上左眼，记下手指在背景中的大致位置（背景可以是眼前的笔，也可是远处的信号塔、广告牌...）。接着睁开左眼，闭上右眼，这时你会手指相对背景发生了明显位置变动。这时你就体会到“视差”了。
视差法测地月距离
运用在月球距离估算上，就是要测量两处观测地点中月亮相对于背景的位置变化，得到视差角；加上两观测地点的距离，通过简单的三角关系，即可得到地月距离。
三角视差法测量示意
三角视差法测地日距离
在测量地日距离上，哈雷的金星凌日测量很有价值。通过观察同一场金星凌日，确认起（或终）的时间差，结合之前观测到的金星公转周期，转化为太阳的视差角，进而利用三角关系得到地日距离。
金星凌日-来源未知
有了地日距离，太阳系内天体的距离也不是问题了，因为有开普勒第三定律：
“绕以太阳为焦点的椭圆轨道运行的所有行星，其各自椭圆轨道半长轴的立方与周期的平方之比是一个常量”
周期易于观测，日地距离又已得到，系内其他天体的距离也就一代而出了。所以，日地距离又称为天文单位（AU:Astronomical Unit）。
而在科技发展的今天，系内天体的精确距离会通过天文雷达测距。
但是更遥远距离的天体距离测量，还是有要依靠视差法的地方。
三角视差法的适用范围
太阳系附近恒星距离的测量就可以依靠三角视差法，不过这时替代双眼距离的是日地距离（所以说日地距离好关键的...）。更远的地方，因为视差角极小，相对日地距离来说，已不可能观测到这微小的差异。具体有多远，有多小，这就涉及到另一个长度单位：秒差距（PC:Parsec）。
秒差距
百度百科：
秒差距（英文Parsec, 缩写pc）是天文学上的一种长度单位。 以地球公转轨道的平均半径（一个天文单位，AU）为底边所对应的三角形内角称为视差。当这个角的大小为1角秒时，这个三角形（由于1秒的角的所对应的两条边的长度差异完全可以忽略，因此，这个三角形可以想象成锐角等腰三角形）的一条边的长度（地球到这个恒星的距离）就称为1秒差距。
图像精简版：
如下图所示，视差角为1秒（360角度=60*360角分=60*60*360角秒），三角形（因角度极小，可视为锐角等腰三角形或直角三角形或双直角三角形，弧度约等于对应角度的正弦值约等于对应角度的正切值，公式输入技能未解锁...姑且先这样，后期再行修正）的斜边（直角边）的长度。
秒差距示意图
换言之，视差角越小，天体离得越远，这和我们的认知是相符的(如果配上公式，就更一目了然了。最开始看到100PC时，理解为视差角为100角秒时的距离，发现跟实际认知不符，自己推导下才发现差异...）
视差法适用于100PC内的距离测量，更远距离的测量就需要用到其他方法。如下是部分方法的分类（详细请点击附录中的参考文章）。
适用不同距离的测量方法
星等测量距离
超出100PC后，需要根据星体的发光程度来确认距离。总体思路是，按照一定标准，星体应该具有的光度（绝对星等）和因距离问题与在地球上实际观测到的光度（视星等）差异，来计算这段距离。
而获得绝对星等的方法不同，就有了主序星重叠法（10000 PC）、造父变星（15 million PC）和超新星（200 million PC）以及漩涡星系法(Tulley-Fisher 关系)。
而更远距离的观测，其原理指导则是哈勃效应和宇宙学红移。
哈勃定律和宇宙红移测量距离
记得最早接触的科普书籍是伽莫夫的《物理世界奇遇记》，印象最新的是其故事和知识点之间的起承转合，极具画面感。当时书中还在提及宇宙是在膨胀还是在收缩，是加速膨胀还是减速膨胀。宇宙的结局是冰冷的寂静，还是炽热的火球。随着认知手段的发展，科学家发现宇宙已在加速膨胀，其中哈勃定律的发现在其中起了重要证据。
哈勃-来源见水印
哈勃定律
百度百科
河外星系的视向退行速度与距离成正比，即距离越远，视向速度越大。V（退行速度）=H0（哈勃常数）* d(星系距离)
精简版：
离我们越远的天体远离我们的速度越快（作为宇宙膨胀的证据之一）
宇宙学红移
如何得到退行速度V？在中学阶段有了解过多普勒效应。
百度百科
波在波源移向观察者接近时接收频率变高，而在波源远离观察者时接收频率变低。
精简版：
当一辆火车迎面驶来的时候，听到声音越来越高；而火车离去的时候声音越来越低。
运用在星体观测上，则有了宇宙红移现象。
宇宙红移是指由遥远星系发出的光谱线，相对于地球上同样光源发出的谱线，向长波方向移动。
红移与蓝移
通过比较红移的幅度，就能得到退行速度，结合哈勃效应，距离也就出来了。
至此，距离这一块就可暂告一段落了。
看到评论中有推荐《星星距离我们有多远》，虽然没有看，但是仅望文生义，我觉得是契合这个主题的，有看过的可评论介绍下~
由科学到艺术
其实还有一个问题，平常我们看到那些绚丽奇幻的星空图并不是我们直接观测的结果（连距离都需要间接方法测量...）,而是对观测数据进行了艺术加工的成果。
观测数据
艺术加工成品（同上图数据无对应关系）
后记：
一 资料收集中，了解到“天眼”之父南仁东去世的消息，借此表达一份对老前辈的敬意。
天眼
二 本人非地理学/天文专业，仅仅是恰逢其会，对这个主题碎片化阅读的个人整理。缺少深度的拓展，另外自己也未对其中涉及推导过程进行重复、验证（非全部验证）；以及运用批判性思维（这两部分内容，希望能留在线下进行）“挑刺”。其中涉及到的专业知识，不做过深的了解，仅仅是作为“通识”。以上内容如有错误、未证实、有偏颇等等问题，可留言指出~~
三 文章中所用图片皆来源于网上，已知出处的已尽量注明，如有未厘清或需配合删除的，还请联系我。
四 若有更合适图片推荐（或补充那几张空白图...），还请联系我~
五 作为大主题的延续，续篇：微观世界酝酿中... 若有协同合作之意向，还请联系我...
附录
参考资料：（主体上按照文章编排顺序）
1《宇宙刻度2》Cary Huang 制作；@王亚瑟，@呀拉哪一卡汉化
2《世界各民族神话大观》叶莫梅列金斯基
3 《月全食有什么用》cloudsforest 果壳网
4 互动百科、百度百科
5 如何测量两个天体之间的实际距离？sym cheng & 王诺诺 知乎回答
6 《你看到的系外行星图都是瞎画的吗》Msarina Koren
7 《万物简史》比尔布莱森 推荐阅读：看到作者写的前言，如果和你想的一样，那就读下去吧
拓展阅读：
《星星离我们有多远》
BBC记录片《地图》
记录片《宇宙有多大》
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