为什么科学家能测出地球外天体的大小、质量以及离地球的距离？

在浩瀚的宇宙中，科学家们，就如同一群手持着神奇尺规的星际裁缝一般，用光年当作针脚，用公式当作剪刀，将动辄百万光年外的天体的尺寸、重量以及距离裁剪得明明白白。

2025年，韦伯望远镜最新公布的系外行星大气成分图谱，使普通人也开始心生好奇：这些悬浮于真空中的巨型天体，到底是如何被精确测量的呢？

要理解天体测量，不妨先做个思维实验：把地球小小的缩成一颗弹珠；太阳系仅仅是直径10米的操场；而最近的比邻星，则藏在遥远的2700公里外的另一座城市。

这个尺度下，科学家们如何丈量宇宙？

他们首先，祭出的是“三角视差法”——当地球在轨道两侧观测同一颗恒星时，会与恒星形成等腰三角形。

通过测量，这个三角形的顶角，发生了变化，这样就能够，算出恒星的距离。

就像是用拇指去比划那远处的山峰一样，这里角度越小，那么距离就越远。

这个方法，让天文学家绘制出了银河系内，3000光年内的恒星地图，其误差不超过，一颗芝麻在操场另一端的偏移。

当目标超出视差法的极限之时，“标准烛光”——造父变星便轻盈地闪亮登场了。

这类恒星的亮度变化周期，以及绝对光度之间，存在着精准的对应关系，就如同自带标准刻度了的灯泡一般。

因此在1923了年，哈勃通过测定仙女座星系中造父变星的周期，成功地计算出了它的距离，结果显示其远远超出了银河系的范围，进而彻底颠覆了“宇宙等于银河”这一传统观念。

如今利用欧洲航天局盖亚卫星那包含数十亿级恒星的数据库，天文学家已然能够凭借造父变星，校准出在7000万光年内的星系距离，且误差被控制在了3%以内。

对于更遥远的星系，宇宙膨胀本身，成了天然量尺。

哈勃定律揭示了，星系的退行速度，以及距离之间，存在着正比关系。

就好似宇宙大爆炸时撒出的彩色纸屑那般，飘得越远的纸屑，其颜色越发地变红。

通过测量星系光谱的红移程度，科学家能反推出其距离。

2019年诺贝尔物理学奖得主詹姆斯·皮布尔斯的研究表明，利用红移数据绘制的宇宙三维地图，精度已达到对130亿光年外星系的位置误差不超过1%。

在双星系统里，两颗恒星，环绕着共同的质心，进行公转，其轨道周期，与半长轴之间的关系，极为巧妙地符合了开普勒第三定律。

通过分析，光谱多普勒频移，天文学家能够精确地计算，轨道参数，进而得出，恒星的质量。

在2020年发现的双黑洞系统GW190521中，其30倍太阳质量的黑洞，正是通过这种，引力波探测技术，被确定的。

对于单星系统，恒星演化模型，以及光谱分析的结合，能够推算出质量——O型恒星，其质量可达太阳的260倍；而M型红矮星，或许不足太阳的十分之一。

行星质量的测量则更显智慧。

当行星凌日之时，恒星的亮度，会出现周期性的、微弱的下降。通过凌日的深度以及持续的时间，再结合恒星的质量，便能够反过来推断出行星的大小。

而径向速度法，通过检测恒星光谱的周期性，也就是红移、蓝移能够捕捉到行星引力引起的恒星晃动。

2009年，开普勒望远镜正是用这种方法，在天鹅座发现了首颗类地行星——开普勒22b，其质量误差被控制在地球的20%以内。

这些测量技术的突破，正在逐渐地重塑人类对于宇宙的认知。

欧洲航天局计划于2035年发射的ARIEL望远镜，将通过分析系外行星大气光谱，与此同时测定其质量和半径；中国“巡天”空间望远镜的近红外巡天模块，预计能够把恒星距离测量精度提升到0.5%。

当这些技术叠加应用时，科学家甚至能描绘出系外行星的地质演化史——就如同通过人的指纹以及DNA，不但能知晓身高体重，还能够推断其健康状况。