毫蟹，不是一种动物

不知道你有没有听过一些看似“不正经”的说法，比如一颗即将接近地球的小行星有“18只鸭嘴兽”那么大，也可能是“33只犰狳”那么大，甚至是“22条金枪鱼”那么大。这些听上去很离奇的比较其实是记者Aaron Reich的发明，他自称“长颈鹿公制的缔造者”。

但真正有意思的是，天文学家有时也会用同样奇怪的单位来测量天体。一颗“是地球质量的85%的行星”似乎很好理解，但一个亮度为数“毫蟹”的脉冲星风星云呢？画风似乎开始变得奇怪了！

  为什么用这么奇怪的单位？ 

最基本问题在于，太空中有太多东西对于我们熟悉的单位而言都太大了。以一只小狗为例，它可能有90多厘米长。而地球的半径可达6.38亿厘米，也就是750万只小狗。

木星的半径是11.2个地球半径，或者说8500万只小狗。但这种计数单位有点可笑，这也就是天文学家为何需要找到一些更说得通的单位。

在更大的尺度上，可以再想想参宿四，它的半径是83000个地球半径，也就是太阳半径的764倍。因此，当谈论参宿四的大小时，用太阳的半径作为单位，自然就比用地球半径作为单位更方便、合理。

  它有多重？ 

在地球上，一个物体的重量取决于物体质量和把它拉向地面的引力。我们可以用把一只18千克的小狗托离地面的难度来理解重量。这在地球上不难做到，如果是在月球这样引力更小的地方则更容易一些，而在木星这样引力较大的地方就要难得多。

而质量是衡量某物的组成成分的单位。小狗的质量指的是它由多少东西构成，无论它在哪个星球上，这一点都不变。在太空中，天文学家对质量比对重量更感兴趣，他们常用地球和太阳作为一种便捷的单位来测量天体的质量。举个例子，仙女星系的质量大约是三万亿个太阳质量。

  它有多远？ 

天文学家用比较来衡量天体之间的距离。太阳和地球相距1.49亿千米，这个关键的距离有一个特别的名字，即我们常说的天文单位（AU）。对于那些更曲折的距离，天文学家则会用秒差距（parsec）。秒差距是“视差秒”（parallax second）的简称。

理解秒差距需要一些最基础的三角学。天文学家用角秒来衡量非常小的角度，3600角秒等于1度。在一个直角三角形中，当一个锐角的角度为1角秒，它的对边是1AU时，这个直角三角形的另一条直角边的长度就是一秒差距（由于这个三角形相当狭长，剩余两个角极其接近直角，因此另一条直角边与斜边长度几乎可以视为相等）。

秒差距的定义示意图（非等比例）。（图/Srain, Wikimedia Commons）

秒差距对于测量更大的距离相当方便，因为1秒差距约等于3.26光年，或者206265 AU。例如，我们自己的银河系的中心离地球大约有8000秒差距，也就是160万AU。

  它有多亮？ 

当我们想要测量某个天体有多亮时，天文测量单位可能就更古怪了。

公元前二世纪，古希腊天文学家希帕克斯（Hipparchus）仰望星空，给最亮的恒星赋予了数值1，最暗的恒星赋予了数值6。注意，是一颗较亮的恒星具有一个更小的数值。我们把这些亮度值称为星等。太阳的视星等是-26！

太阳非常亮，它的视星等是-26。（图/NASA, SDO）

或许比负数的亮度更令人困惑的是，每一阶星等之间都具有2.512倍的亮度差异。也就是说，织女星的视星等是0，它比视星等为1的心宿二要亮两倍多一点。

  最后，说说“毫蟹”  

我们用眼睛看到的光被称为可见光。除了可见光之外，光谱实际上还有很广的范围。比如，医生用来给你的骨骼拍照的光就是X射线光。当天文学家用X射线来观察天空时，他们有时会用“蟹”来衡量X射线的亮度。

这只“蟹”其实是天空中的一颗快速旋转的中子星（也就是脉冲星），它位于一颗爆发的恒星的残骸中。用X射线望远镜观察蟹状星云和蟹云脉冲星就会发现，这个X射线源简直太亮了。亮到什么程度？天文学家从20世纪70年代开始就用它来校准望远镜了。可以这么说，每一位X射线天文学家都知道“蟹”的X射线有多强，因此会用它来衡量宇宙中其他X射线源的强度。

蟹状星云的图像，其中红色来自甚大阵的射电，黄色来自斯皮策空间望远镜的红外，绿色来自哈勃空间望远镜的可见光，蓝色和紫色是来自XMM牛顿望远镜和钱德拉X射线观测站的X射线。（图/NASA, ESA, G. Dubner (IAFE, CONICET-University of Buenos Aires) et al.; A. Loll et al.; T. Temim et al.; F. Seward et al.; VLA, NRAO, AUI, NSF; Chandra, CXC; Spitzer, JPL-Caltech; XMM-Newton, ESA; and Hubble, STScI）

一蟹被定义为蟹状星云在相应的X射线光子能量下的强度。（但要注意的是，“蟹”的亮度其实是不同的，具体取决于所观测的X射线的能量，因此在单位转换时还需要考虑感兴趣的X射线能量范围。）如果他们谈论一颗特定的天体，比如说一个叫作GX339-4的双黑洞系统，它的X射线强度只有蟹状星云的千分之五，那就说它的亮度是5毫蟹（milliCrab）。

对天文学家来说，要确保的是要对这些单位进行定义。除非能保证定义清楚，否则无论是螃蟹还是犰狳，或许都无济于事。

#创作团队：

原文作者：Laura Nicole Driessen（悉尼大学射电天文学博士后研究员）

编译：Takeko

排版：雯雯

#参考来源：

https://theconversation.com/from-platypus-to-parsecs-and-millicrab-why-do-astronomers-use-such-weird-units-203061

#图片来源：

封面图：NASA, ESA, J. Hester, A. Loll