为什么天文学家不使用仪表来测量天文距离？

74

在天文学中，距离通常以非公制单位表示，例如：光年，天文单位（AU），秒差距等。为什么不使用米（或其倍数）来测量距离，因为它们是SI的单位距离？由于该表已经在粒子物理学中用于测量原子的大小，为什么它不能在天体物理学中用于测量宇宙中的大距离？

例如：

国际空间站绕地球约400公里旋转。
太阳的直径为1.39 Gm（千兆米）。
距仙女座星系的距离为23 Zm（zettameters）。
冥王星最远处距太阳5.83 Tm（太米）。

编辑：有些人回答说仪表太小，因此对于大距离的测量是不直观的，但是在很多情况下这不是问题，例如：

字节用于测量巨大的数据量，例如TB（1e + 12）或PB（1e + 15）
大型爆炸释放的能量通常以百万吨表示，基于克（1e + 12）
SI单位赫兹通常以千兆赫（1e + 9）或太赫兹（1e + 12）表示，用于测量网络频率或处理器时钟速度。

如果不使用仪表的主要原因是历史原因，那么是否有理由期望SI单位将成为天文学的标准，就像世界上大多数国家将其从本地单位转换为SI单位来进行日常测量一样？

distances units

— 阿恩
source

13

因为这样做没有用。

— eyeballfrog

12

您认为埃斯特或费米是什么？还是谷仓？出于相同的原因，物理学家也不总是在SI中指定内容。

— 罗布·杰弗里斯

17

出于同样的原因，您以公斤而不是谷物购买大米。

— dotancohen

24

因为您希望单位与要测量的对象相关。如果我告诉您我的身高为

，这会有助于您了解我的身高吗？

1.13 * 10^{35}

$1.13*10^{35}$

— 德米特里·格里戈里耶夫

15

@MartinArgerami是的，但是如果有人告诉我他们的身高是57英尺，我马上就会发现一个错误（如果我告诉他们我的身高是18米，我认为美国人不会相信我）。对于木板长度，即使是一个数量级的错误也可能不明显。

— 德米特里·格里戈里耶夫

81

除了@ HDE226868提供的答案外，还有历史原因。在使用雷达测距来找到太阳系中距离之前，我们不得不使用其他聪明的方法来确定从地球到太阳的距离。例如，测量金星在太阳表面的传播。这些方法不如今天的方法那么精确，因此，根据不确定的但固定的地球-太阳距离，指定基于测量视差的距离是有意义的。这样，如果将来的测量将转换值从AU转换为米，则无需更改太多论文和教科书。

更不用说这种校准不确定性会将相关误差引入到分析中，而使用大样本量是无法克服的。

我不能说出实际的历史，但是太阳系的测量最初都是根据地球/太阳的距离进行的。例如，一个小的几何图形表明，从其最大太阳伸长率中减去金星和水星在非盟的轨道的大小非常简单。我不知道它们是如何计算出火星等轨道半径的，但几乎可以肯定，它们早在知道非盟之前就已经在非盟完成了，而且在MKS系统存在之前就已经完成了所有这些工作，更不用说标准化了。

\tan π_{a n g l e} = \frac{1 A U}{D} .

$\tan \pi_{\mathrm{angle}} = \frac{1 AU}{D}.$

D

$D$

\frac{D}{1 p a r s e c} = \frac{\frac{π}{180 \times 60 \times 60}}{\tan (π_{a n g l e} \frac{π r a d i a n s}{180 \times 60 \times 60 a r c s e c})} .

$\frac{D}{1\, \mathrm{parsec}} = \frac{\frac{\pi}{180\times60\times60}}{\tan\left(\pi_{\mathrm{angle}} \frac{\pi\, \mathrm{radians}}{180\times60\times60 \, \mathrm{arcsec}}\right)}.$

1 parsec = \frac{180 \times 3600}{π} AU

$1\operatorname{parsec} = \frac{180\times 3600}{\pi} \operatorname{AU}$

天文学家还特别喜欢mks / SI单位的近亲表亲，即cgs。据我所知，这是由于光谱学家的影响，他们喜欢电磁的“高斯单位”部分，因为它将库仑常数设为1，简化了计算。

— 肖恩·莱克
source

16

我会说这是正确的答案，而HDE 226868提供的答案不是。在人类可理解性方面，例如以千安（或千亿安； 1 AU≈150 Gm = 0.15 Tm）进行测量，例如测量太阳系是否为AU或多或少是直观的。但是，由于历史惯性，非度量单位仍然存在，并且在某些特定单位可以比某些单位本身的长度更准确地测量距离的情况下，它们更方便（有时仍然很方便）的事实以米为单位。

— Ilmari Karonen

3

我喜欢这个答案。您可以通过提及恒星距离的首选度量单位是parsec来扩展它，因为它可以精确地根据AU来计算（（648000 AU = \ pi parsec）

— James K

3

与这种情况有关的另一个历史悠久的历史是化学，人们非常希望谈论一种物质的“摩尔”，而不是谈论该物质的某些分子。不仅仅是摩尔数不太可能需要科学计数法来表达。也是令人惊讶的是，很长一段时间（直到20世纪初），化学家实际上并不知道葡萄胎中有多少分子。

— Michael Seifert

3

通常，物理学家不喜欢原始数字。他们真的很喜欢将数量表示为表示系统某些属性的无量纲数字。它使人们更容易推理事物。因此，如果您正在考虑行星系统，那么在AU中工作（即，将距离表示为地球轨道的倍数）是非常合理的事情。

— drxzcl

1

天文学家不会将pi_angle用作视差角，是吗？这似乎令人困惑=）。

— 克里斯·楚兹基

24

我建议这样做还可以使人的大脑更容易使用这些材料。

我只是无法处理疯狂的数字。他们没有任何意义。

但是即使我不确切知道1 AU也很容易；我知道这意味着什么，这对头脑来说是一个方便的标度。

同样，当我们谈论恒星距离时，以米（或AU）为单位的距离有什么用？光年工作更有意义。同样，大多数人即使不知道准确的米数，也知道这意味着什么。

当我们走向宇宙时，您也在谈论过去的巨大时代，所以光年在这里确实具有双重意义。如果我告诉您以米为单位的距离，那也不会立即告诉您时间还差多远。

因此，我认为这是关于便利性和理解力的问题。

— 斯蒂芬·G
source

10

字节呢？似乎没有人会用字节来表示非常大的数字，例如KB，MB，GB，TB，PB等。没有人认为这些单位不直观，或者一旦大小超过一定限制，我们就需要一个完全不同的单位。我不确定在仪表和大尺寸测量上为什么会有所不同。

— Arne

2

我的观点是，大多数人根本不了解KB，MB，TB等。什么字节？什么是结核病？对于大多数人来说，它们不过是营销标签而已。我认为唯一了解他们的人是必须的专业人士。对于计算机类型（有罪），这些测量非常简单。YMMV。

— StephenG

6

@Arne：作为计算机科学专业，我想指出，我们（计算机科学家）在谈论内存时使用非SI字节数。KB，MB，GB，TB，PB等不是SI单位。例如，1 MB = 1024 KB，而不是SI系统中的1000 MB。我们使用2为底，而不

— 是以

3

@pipe KiB，MiB，... 按照定义是 base-2。KB，MB等是不明确的，通常可以使用base-2或base-10。

— CVn

6

@pipe：相反，基本2是在其最基本的级别内置于硬件中的。什么是边缘欺诈，就是那些使用10的幂来夸大其内存大小的营销人员。

— jamesqf

9

除其他答案外，还有另一个原因，特别是在测量到其他星系的距离时。

在说明与其他星系的距离时，天文学家很少以任何长度单位表示该距离，因此他们倾向于使用红移（z）。这个单元是不实际长度单位（它是波长的一个无量纲的比值），也不会线性地转换成距离（Z = 2是不两倍远Z = 1），也没有红移之间的例外转换和距离（取决于您所假设的宇宙模型）。

使用红移是因为可以非常精确地对其进行测量。我们知道恒星或星系光谱中的某些特征，这些确切特征是它们发出的确切波长，因此可以通过以下方式精确计算出红移：

z = \frac{λ_{o b s}}{λ_{e m}} - 1

$z=\frac{\lambda_{obs}}{\lambda_{em}}-1$

这是一个观察到的，准确的（在实验误差范围内）的属性。这个转换为距离是混乱：你说的是距离内的对象是离我们立即现在，或瞬间时，你看到的光子被发出，或距离你看走过的光子？您是否要考虑局部运动以及哈勃（宇宙）扩展？加上宇宙的形状，宇宙的膨胀率，宇宙的膨胀变化率（暗能量/哈勃常数/其他效应），您会发现到实际距离的任何转换都是有问题，需要您准确定义哪种类型的转化以及采用何种假设。易于使用定义明确的易于测量的红移。

Hogg 2000是一部出色的（学位级别的）工作，概述了所有不同类型的宇宙学距离及其计算。

— 乔纳森·特维特
source

乔纳森：在霍格（Hogg）简介中，所有距离都是沿着零径向线测量的吗？引力透镜出现在我的脑海中……从某种意义上说，光子显然以观察者的身份终止于我，但是我希望（从原理上讲，不是绝对的……差异可以忽略不计）它在“弯曲”之后会发生”。我希望我的意思很清楚。

— Alchimista

7

另一个尚未提及的原因：

对于这样的距离，没有可用的SI前缀。

如果要使用单位，则需要一些东西来表示特定数量而没有太多的前导或尾随零。我没有将人类身高表示为167万微米，也不将细菌的大小表示为0.000 02 m。

如果你查查表前缀的你看到了千兆和Tera被定义在第一时间1960年。但是，定义不包括使用那些定义是完全一样的异国风情千的九次方 ; 确保它作为定义存在，但是没有人使用它或知道它的存在。在90年代（！）进行的物理学学术研究中~~，引入后30年仍未广为人知。仍然有许多科学家根本不使用千兆字节或兆兆字节。~~Gerrit的提示：物理学家使用的频率带有giga- / tera-前缀，我忘记了。

1 AU即为150千兆或0.15兆。如果您使用的是光年，则1光年已经是9500兆兆安，这不是一个方便的单位。30年后，他们终于引入了一些可用的度量前缀，但我仍然必须找到使用exa-，peta-，yotta-或zetta-的人。

— 索尔斯滕S.
source

评论不作进一步讨论；此对话已转移至聊天。

— 称为2voyage

5

也许需要时光倒流，想一想为什么肘节（前臂的长度），联赛（距离在一小时内走了），英尺（米-地球象限的千分之一？），也许应该不是这个列表）等被选为距离单位吗？
它们易于理解和再现，同时具有与要测量的距离可比的规模。
因此，在现代世界中，人们选择了其他具有最初特征的距离单位。

一旦这些新部门获得人们的青睐，并撰写了论文，教科书等，就很难摆脱它们，有些人会说：“为什么要打扰？”。

— 法彻
source

4

我不知道您的国家情况如何，但是在俄罗斯，天文文章和新闻经常报道以公里，百万公里，十亿公里，万亿公里等为单位的天文距离。等等，但公里是天文学的标准单位。

— Anixx
source

2

我认为您是在谈论热门出版物中的文章，而不是专业的天文杂志。

— Walter

4

已经给出了几个很好的答案。但是没有人谈论对数感知。（https://en.wikipedia.org/wiki/Weber%E2%80%93Fechner_law）

$10 metres$ $100 metres$ $100 metres$ $1 km$

韦伯–费希纳定律的例证。在每一侧，下方的正方形比上方的正方形多包含10个点。但是，感觉有所不同：在左侧，可以清楚地看到上下方形之间的差异。在右侧，两个正方形看起来几乎相同。

$1$ $10$

— 敏捷鹰
source

2

“与以米为单位显示相同数据相比，人类更了解1到10秒差距之间的差异。” 只需为仪表添加一个SI前缀，您将得到相同的数值情况。这并不能真正解释为什么要使用秒差距而不是比值（Pm）。

— Trilarion

1

您可以将parsecs命名为petameters。我们只是认为parsec听起来更好。

— Agile_Eagle

parsec也很方便，因为其定义使使用视差非常容易计算距离

— Agile_Eagle

我完全同意，这非常方便。我认为最后主要是惯例问题。

— Trilarion

2

像米这样的单位太小了，以至于无法在天文尺度上测量距离时使用。从理论上讲，虽然可以结合使用科学记数法来使用仪表，但这是不必要的困难。一个天文单位是地球与太阳之间的距离，这就像一种宇宙计量尺。

— 丹尼尔·沃尔什100
source

1

除了太阳和地球之间的距离不断变化之外，因此无论如何都需要以一些不变单位定义AU ...

— CVn

1

AU是半长轴，非常接近不变式。

— userLTK

1

“像米这样的单位实在太小了……”，然后使用前缀使它们更大，例如像petameter（Pm）。我没有看到很大的缺点。

— Trilarion

2

天文学家不能也不可以测量距离。距离仅是根据实际测量的结果（例如角度，相对光度，时间段等）推论得出的。大多数天文距离的确定最终取决于地球与太阳的距离（天文单位），因此这至关重要（而且只有在现代才知道它的准确性很高）。对于附近的恒星，视差角与距离直接相关，但是从该距离推断出的距离并不是正确的测量距离：其不确定性不是正态分布的（请考虑负视差测量）。

天文学家当然知道一秒差距是多少米，并且知道使用米来计算银河系距离只会造成混淆，因为您必须确保始终获得正确的0000数（或者正确的10的幂）。

最后，与粒子物理学不同，天文学作为一种科学先于仪表系统，至少在其广泛使用之前。从一个运行良好的系统更改为其他系统仅仅是为了符合SI，但是为了带来不便和困惑，这似乎是一个愚蠢的主意。

— 沃尔特
source

“距离仅仅是从实际测量的结果中推断出来的……”这不总是这样吗？观察很少是直接的，通常您必须以某种方式推断出您感兴趣的价值。这不会降低其有效性。声明您无法测量天文学中的距离，这是完全错误的。

— Trilarion

2

我认为答案是约定俗成的（而且人们更喜欢少量的数字）。

真的没有更多了。只要您正确进行转换并且您所在领域的人都知道，则长度的任何前缀同样有效。

在物理上，1 m和1,000,000 µm之间没有差异。

因此，所有类型的问题都是：“为什么选择此前缀而不是用于测量XYZ的前缀？” 有相同的答案。它归结为更方便且最终相当主观的东西。

— Trilarion
source

1

很难将像万用表这样的东西与“实际长度”相关联，因为缺乏对物理对象进行比较的知识。而且，因为一段时间后，这些单位就变成了“更多的零”。因此，我建议以下几点：

空间边际单位（SMU）：1,000,000米，大约是法国一端到另一端的距离。两个航天器必须相互之间的最小距离，才能协调轨迹或进入对接操纵。（请给我一些暂停这里的人们的怀疑。）

地球轨道长度（LEO）：1万亿米，即地球在一年内行驶的距离。（距离实际上比该距离小6％，但是LEO是可以可视化的。）

Kaid：1,000,000,000,000,000,000米。这比从这里到星星Alkaid的距离还多。

以上内容很容易进行日常对话-如果我们每天都在谈论这样的事情！

— 珍妮佛
source

2

科学计数法呢？我们可以用它代替零，不是吗？

— A --- B

5

我看不出这如何回答问题。此外，LEO是低地球轨道（Low Earth Orbit）的常见缩写，这与地球绕太阳的轨道非常不同。

— CVn

2

“很难将像万用表这样的东西与“真实长度”联系起来。”真的吗？对我来说，一秒差距很难与我能感觉到的长度联系起来。我的简单观点是，有些恒星和星系确实非常，非常遥远。1 TB是明确定义的，因此必须具有含义。

— Trilarion

1

简单的答案是：较大的单位（例如AU或光年）使人脑更容易记住。并且，我们应避免将带有多个零的单位放在前几个数字之后，例如：1,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000米。我们可以使用AU或更远的距离，光年。如果更短，那么我们仍然使用米，但指数却要高。

— 潘o
source

1 AU约为0.15 Tm，如果使用正确的前缀，则不会有过多的零。水分子的大小为0.275海里，我们不说0.000000000275米。

— Arne

0

因为距离很不整齐。但是字节，隆隆声和嗡嗡声变化平稳。

OP中的度量标准前缀已成为常规前缀，例如TB，兆吨，千兆赫兹。

硬盘驱动器，IC或电缆的增长没有硬性，持久性的门槛。除了2的幂有一点粘性外，进步是连续的。
爆炸在历史上逐渐增长。原子武器之类的飞跃很少见，但即使如此，也没有神奇的数字。如果每枚聚变炸弹具有相同的产量，那么也许这将成为一个科学单位，但各地都有所不同。
很少有人类早已熟悉的魔术频率。电磁波在可见光下在频谱上有一个生动的岛。但是，即使将其涂抹在一个八度音阶（400-800太赫兹）上，并且两边的海洋都具有明显的均匀性。

另一方面，人类与距离的相处开始并开始。萨根说：“我们只被地球，海洋和天空所包围。” 这些人类旅行的硬边界一直持续了数千年。成年人的步伐是一个距离遥远的古老，狭窄，熟悉的岛屿。到太阳的距离一直很熟悉，而且似乎还很远，很久以后任何人都无法测量。因此，这些条款仍然存在。“光年”将超现实的数量固定在两个几乎不为人所知的有形物品上。而且它们都是严格的界限，即使它们的组合并非如此。

对于人类来说，时间是另一个不完整的领域，一天，一年，一口气的时间很深。单个单元上没有度量标准前缀。

— 鲍勃·斯坦
source