0%
第二十三講 恆星(一)

第二十三講 恆星(一)

↓8.隨著星等越來越低,星星數量增加得也越來越多。人們統計出:二等星有65顆,三等星有190顆,四等星425顆,五等星1100顆,六等星3200顆。因此,所有肉眼可見的星等星星的總數是5000顆。在我們地區,5000顆星星中,接近有1000顆星星從來沒有在地平線上升起過,因此只有4000顆星星散布在我們的天空中。但是因為在某一特定時刻,我們只能看到我們頭頂上方一半的天空,因此我們同時看到的星星只有2000顆。在晴朗的夜晚,能見度非常好的時候,我們最多也就看到3000顆星星。這實在太少了!我們最初總覺得天空中那些發亮的點似乎是無窮多的,但天空的廣博超出了我們的預測。我們用望遠鏡來計數一下後面幾等星星的總數。數字龐大,簡直大大超出了我們的想象。人們發現,七等星有13000顆,八等星有40000顆,九等星有142000顆。我們可觀察到的後面幾等星的數目要以百萬來計量。有一道乳白色的淡淡發光的帶子,環繞在天空中,我們將它稱為銀河。赫歇爾統計出在銀河裡面有1800萬顆恆星。在望遠鏡的放大之下,在這樣一個不比月球圓盤大的天空一角,竟然是上萬顆星星聚集的地方。人們粗略估測,從一等星到十四等星,總共有4300萬顆星星,而且這個數字可能是有誤差的。一般來說,我們的望遠鏡只能看到十四等的星星了,超過十四等的星星我們的望遠鏡就看不見了,但天空中的恆星是無窮無盡的,它們的數量不會止於此,因此隨著我們使用更好的望遠鏡,探測天空更深遠的地方,那麼新的恆星區域就會出現,統計星星數量的工作是永無止境的。太陽們的宇宙懸挂在無窮無盡的天空中,就像最高權力者御座上的珠寶一樣,那麼何處才是你的邊界呢?
↓4.現在我們將自己限制在一個最狹小的範圍之內。根據無可爭議的資料,天文學家已經確定,離地球最近的一顆恆星,它與地球之間的距離也有地球與太陽距離的20萬倍之多,也就是1.52億千米的20萬倍。那麼,我們可以肯定,在這個圓圈內並沒有其他的恆星;只有在這個圓圈之外,才有可能存在其他的恆星,讓我們想象自己被帶到這個理想的球上的一點,這個理想的球就是恆星的邊界。從這裏我們如何才能看到太陽呢?或者不如說,在這樣一個距離上,太陽就消失了。那麼,我們如何才能看到地球繞日公轉所畫出的那個圓圈呢?通過計算我們知道,在那個距離上所看到的地球轉動而畫出來的那個圓圈,就像看到一個處於2500米距離遠處的五分錢硬幣那麼大。是的,地球就是在這個小小的圓圈上轉動的,它以每小時10.8萬千米的速度繞太陽旋轉著。這個距離我們的眼睛有2500米遠的硬幣那小得可憐的視面積,就是地球運行的區域。當地球的軌道被縮小到如此小的地步時,我們所看到的地球自身,就不用再去考慮了。我們能夠知道被風吹到雲層上的灰塵顆粒的狀態嗎?對於處於1.52億千米的20萬倍這麼遠距離以外的地球,我們不能獲得更多的信息了,頂多我們知道現在象徵著地球軌道的這個小圓的中央,我們能夠看到有一個亮點,它在一閃一閃地發光,此外便看不到別的什麼了。但是這個一閃一閃發光的東西,對於我們來說,正是世界的榮耀,是生命的施予者,它就是太陽。我們再強調一點,數字準確無誤地證實了,在距離我們最近的恆星的位置處,還有像太陽那樣中等亮度的星星,比如說北極星。
從這個結論我們可以強有力地得出另一個結論,即:恆星所發出的光是它們自身就具有的,而不是從太陽借來的光。如果恆星的光的確來自太陽,那麼它們就是read.99csw•com被太陽照亮的,而太陽由於距離遙遠縮小成了北極星那麼小的星星,那麼這彷彿就像地球本身是被北極星照亮的一樣。然而,對於夜晚的黑暗來說,整個星空的照耀幾乎都沒有什麼效果。那麼,僅僅有北極星在閃耀,又會產生什麼樣的效果呢?在這顆星星的微弱光亮照耀之下,不管從近處看還是從遠處看,地球都仍然處於完全的黑暗之中。同樣,處於我們太陽光線的照耀之下,這些星星也仍然是黑暗的。不過,不管它們離我們多麼遙遠,每一顆星星都是一個或明或暗的亮點。一些星星,比如天狼星、織女星、五車二星、大角星等等,都放射出很明亮的光芒,因此所有這些星星,跟太陽一樣,都是放射出光的最初始源。
↓2.假設在任意一個時刻,地球位於其軌道上的T點,如圖80所示,我們用經緯儀上的一架望遠鏡來朝向太陽S,用另一架望遠鏡來朝向TE方向上的一顆恆星。第一次的觀察使我們獲得了角ETT′,六個月之後,當地球移動到T′的位置,即到了地球繞日公轉軌道的另一個端點上,我們再次觀察太陽。這時,我們把太陽作為參考點,用它來找到地球繞日公轉軌道直徑TT′的方向;現在,我們觀察到恆星位於T′E′方向上,於是我們得到了角E′T′T。我們已經知道了基底線TT′的長度是3.04億千米,我們還知道了這根基底線所構成的兩個角的大小。這樣,我們就可以構造出一個相似圖形來。但是如果我們真的進行構造的話,我們就會發現,對於大多數的恆星來說,以TE和T′E′為代表的兩條線,無論我們將它們延伸到什麼地方,它們都不會相交。這樣看來,這根基底線還是太短了。當我們以一根長度為3.04億千米的線段作為基底線來構造一個以一顆恆星為頂點的三角形時,這根基底線還是沒有什麼用。實際上你們可以想象分別從兩隻手的末端發出來兩條直線,並設想它們會在地平線處相交。毫無疑問,這兩條直線最終會相交,它們構成了一個以兩手間距離為基底線的三角形。但是,這個三角形太尖了,即使用最好的測量工具,我們也會把這兩條邊誤看成平行的。同樣的,TE與TE′這兩條視線,它們分別從3.04億千米的基底線兩端到達同一顆恆星,嚴格來說,它們是可以相交的,但是因為距離太遙遠了,因此我們的測量工具總是將它們看成是平行的。我們希望以地球軌道的直徑來作為基底線來測量一顆恆星到地球之間的距離。這就像我們用手掌的長度來測量一個省的大小一樣。在幾何學中,就像在其他一切學科中一樣,將小的跟小的進行比較,將大的跟大的進行比較,將特別大的與特別大的進行比較。相隔六個月後,兩條通過同一顆恆星的視直線是平行的,因此它們所構成的三角形也不可能閉合,這告訴我們,以它們的長度作為比較的基準,這是不可能的。地球軌道的最大直徑太短了,而恆星距離我們又太遠了,因此這兩個距離是不能比較的。
如果因為我們望遠鏡的功效不夠強大,為我們留出了一個廣闊的空間,對恆星體積的問題產生了種種猜測,但是很顯然,這些猜測中總有一個是真實的。恆星是本身發光的球體,它們距離我們如此遙遠,即使距離我們最近的恆星,它發出的光要到達地球也要三到四年的時間。另一方面,幾何學最基本的推理告訴我們,從越遠的距離看太陽,太陽看上去就會越小,如果我們能夠從恆星區域起始的地方看太陽,那麼它就變成像北極星似的一顆星星。如果我們的觀察點能夠設得足夠遠,那麼最後我們就看不到太陽了。從恆星看太陽,太陽只不過是一顆普通的恆星;如果在距離太陽很近的地方看太陽,那它又成為九九藏書太陽了。由於我們看太陽時,與太陽之間距離遠近的變化,會使得太陽看上去是一顆星星或是星星看上去是太陽,就像距離的遠近會使得火堆看上去是一個火花或者火花看上去是一個火堆一樣。由此我們必然得出這樣一個結論,即恆星都是可以與我們的太陽相媲美的太陽們,它們與太陽一樣都是光和熱的源頭,體積同樣都是巨大無比的。依靠理智我們可以猜測出恆星與太陽一樣,都是行星和衛星組成的黑暗世界的中心,但我們的眼睛或許永遠都不能看到這個世界。
因此,所有不同等級的恆星,它們都會發生位移,有的順著這個方向,有的順著其他方向。我們的恆星,太陽也不例外,在行星的陪伴下,它以每小時2.88萬千米的速度向著武仙座飛去。我們還不知道是什麼力量吸引著太陽向著這片天空區域靠近。或許它是圍繞著一顆我們還不知道的恆星轉動,這顆恆星的體積無比巨大,太陽只不過是它的一顆普通衛星。或許是這樣的吧。由於恆星與我們地球有著無限遠的距離,所以我們看不到恆星的移動,但它的移動至少已經延續了幾個世紀。也許有一天,它們會混雜在一起,然後天空中的星群就會換了一個新的面貌。但人類的年表並不是恆星的年表,這種變化是非常緩慢的,或許在那個時候的地球上已經不存在人類,也就沒有人能夠看到這片嶄新的天空了。
↓5.恆星角直徑的不可測量性、望遠鏡中所看到的恆星們。
↓9.從表面觀察來看,恆星似乎彼此之間都保持在天空中的同一位置處。那麼它們事實上也是不動的嗎?不是這樣,它們靜止不動,這隻是我們的錯覺而已。在宇宙中,一切都在運動。太陽們與地球們一樣,也在運動。如果我們看到恆星似乎是不動的,這是因為它們距離我們太遙遠了,以至於我們根本就看不到它們在移動。實際上,恆星們是在運動的,它們順著自身那神奇的軌道在天空中運行,它們所走過的路程在我們的時間與空間中是不能測量的。要測定這些神奇的軌道,我們需要運用現代天文學上極其精確的方法。比如,天鵝座的第61顆星,它每年都要移動一小段弧的長度,這段長度就相當於把一根繩子放到離我們眼前30米的遠處、我們眼睛所看到的這根繩子的粗細那麼多,即5秒的弧度。由於這顆恆星與我們的地球極為遙遠,因此像這根繩子那麼粗的一小段距離,就代表了非常大的一段距離,它對應的至少是160萬億千米那麼長的距離。這就是天鵝座的第61顆星在一年中所走過的路程。為了讓我們不要被這些龐大的數字搞得暈頭轉向,我們試著只去測量它在一個小時內所走過的路程。天鵝座的第61顆星每小時所移動的距離是257760千米;大角星每小時所移動的距離是307296千米;天狼星每小時所移動的距離是14.4萬千米;五車二星每小時所移動的距離是150368千米。——地球在它的軌道上每小時所移動的距離是10.8萬千米。我們不要再徒勞地去想象這種飛快的速度了。儘管天狼星、五車二星、大角星等等這些星星看上去似乎是不動的,但它們走得比地球還要快呢。這些原先我們認為是不動的星星,它們卻擁有比我們想象的要快得多的速度。
↓3.在傳播路程中變老的光線、在恆星毀滅后很長一段時間內都還能看到這顆恆星。
↓2.測量恆星的距離。
↓8.肉眼和望遠鏡可以看到的恆星的數量。
根據已經獲得的種種資料,我們就認為恆星本身就是發光的,並且認為恆星處於太陽系中最後一顆行星的外面,它們就是與https://read.99csw.com我們太陽相類似的星球,但是處於離我們無限遠的地方,對於這些看法,我們甚至都沒有再提供一個證明。而在這裏,我們可以提供一個證明。首先,我們來研究一下距離。要測量一個不能到達的物體的距離,你們回憶一下,應該首先選擇一個基底線,並以這個基底線為基礎構造起一個三角形,並且我們能夠測量出這個三角形中兩個夾角的大小。通過構造一個相似圖形,或者更好一點,通過計算,我們就能求得所求的距離大小。但是還有另一個必不可少的條件需要滿足。就是基底線與所要求得的長度之間必須有一定的比例關係。我們已經知道,要測量距離我們最近的月球到地球的距離,需要以地球的周長的一大部分為基礎畫出一個幾何圖形。要測量太陽到地球之間的距離,地球已經太小而不能作為基底線了,因此要以地球與月球之間的那根想象的距離線作為基底線。那麼,要測量恆星的距離,我們應該以什麼作為基底線呢?我已經跟你們說過,有一根基底線是我們可以控制的,即地球繞日公轉軌道的直徑,以這根長達3.04億千米的線段作為基底線,或許我們能夠構造出我們想要的三角形來。下面讓我們來試試。
在南半球的天空上,我們所見的最亮的星星包括:船底座的α星即老人星、半人馬座的α星與β星、南十字座的α星與β星。一等星總共有20顆。
↓5.從理論上來說,一旦我們知道了一顆恆星的距離,只要測一下角直徑,也就是這顆恆星與所形成的兩側視線所構成的角的大小,我們就能夠解決恆星體積的問題了。這看上去似乎是一件很簡單的事情,但是請不要急著下結論。從地球上看太陽,要測量太陽的角直徑是沒有問題的。在前面的一講中,我們已經測得太陽的角直徑是32分6秒,但是對於一個位於離我們最近的恆星上的觀察者而言,你們知道他看到的太陽,其角直徑會縮小到多小嗎?通過計算,我們就可以知道結果。因為一顆恆星到太陽的距離是地球到太陽距離的20萬倍,從這樣一個距離外去看太陽,那麼太陽的角直徑也會縮小20萬倍,也就是說,小到只有一秒的百分之一那麼大,我們任何測量角的儀器都不能量出這麼小的數值來,所有可能的經緯儀都測不出一秒的百分之一。因此,儘管太陽的體積實際上非常龐大,但是從恆星這麼遠的距離來看,太陽就是一個點而已。反過來說,儘管恆星與太陽一樣大,但是從地球上看去,這些恆星也僅僅是幾個點而已。不過,我們所看到的恆星,確實是彷彿有著一定大小的。這是因為,當我們用肉眼去看時,恆星的周圍似乎環繞著一層漫射光,我們使用高倍率的望遠鏡就可以看得非常清楚,這層漫射光消失了。失去幻覺式的光環的恆星,就會變成一個真正的點。我們使用的望遠鏡越是精確、越是完善,我們所觀察到的恆星點就會越小。如果不考慮在距離上的巨大差異,這是一件奇怪的事情,也就是,望遠鏡可以使得行星變大而使得恆星變小。當距離超過了一定的比例,我們的觀察工具就會失效,它的作用就僅限於除去恆星的漫射光並清晰地顯示出這顆恆星的邊界,通過望遠鏡觀察,恆星就縮小為一個沒有大小的點。因此,一般而言,恆星的角直徑並不能通過科學的儀器來測量出來。
除了這些將光線傳播到我們地球這兒需要一個人的壽命那麼長時間的恆星,比如說五車二星,還有其他很多的恆星,它們的光要傳播到我們地球這兒,需要幾個世紀甚至幾千年長的時間。使用最高倍的望遠鏡所能看到的最遠恆星,再根據光的強度隨著距離的增加而減弱的原理,我們可以計算出這顆恆星的大概距離。它到我們的距離,是光需要花上2700年才能走過的一段距離九九藏書。我們將頭望向星空,第一眼就能看到一顆最小的恆星,在這顆恆星將它的光線傳播出來的那個時刻,我們中的任何人都還沒有出生呢!我們中沒有任何人能夠看到在此時恆星所發出來的光線,因為光線傳播到地球需要一百年以上的時間。倘若這顆恆星消失了,那麼我們在之後幾個世紀的時間里都還能繼續看到它;而在這顆恆星毀滅時它所發出來的光還沒有傳播到我們這裏,直到隔了幾個世紀之後,那些光才可能傳播到我們地球。光線傳播的速度與它所需要走過的路程相比,還是顯得太慢了。因此,光線的傳播會造成我們的錯覺,我們堅持認為,我們所看到的是一種真實的景象,而實際上,那顆恆星已經消失很久了。
↓1.恆星、恆星的閃爍。
↓7.根據恆星亮度的差別,天文學家們將它們分成不同的等級。最亮的恆星是一等星,那些光線稍微弱一點的恆星是二等星……如此一直排列下去。你們不要誤解這一分類。它沒有告訴我們任何關於恆星體積的信息,它告訴我們的僅僅是恆星顯現出來的亮度。比如說,天狼星是一等星,北極星是二等星,這是否說明北極星的體積不如天狼星大呢?並沒有,因為北極星的光比較弱也許是因為它距離我們要遠一些。如果一顆恆星的大小和它光源的強度能夠增加它的亮度,那麼距離卻削弱了它的亮度。因此很容易存在著這樣的恆星,它被歸為最後一等的星星,但實際上它比一等星還要亮,還要大。一顆我們的眼睛所能看到的最小的恆星點,也許是一顆比天狼星大很多的巨大星體。我們的眼睛剛剛能看到的位於天空深遠處的發光的微粒,通常都是恆星。
↓9.恆星的特有運動、恆星的速度、太陽系朝著武仙座運動、未來的天空。
↓6.這並不是說聰明的觀察者沒有用高度完善的儀器來進行這樣的研究。比如,赫歇爾就認為自己知道了五車二星的角直徑是二秒半。但是,從距離地球最近的恆星上我們所看到的地球軌道的直徑是二秒。如果五車二星的角直徑確實如赫歇爾所說的那樣大,那麼它就成為這樣一顆巨大的太陽:地球繞日公轉的軌道都不能像一根帶子一樣將它環繞起來。這顆太陽是我們太陽的2000萬倍大。這位著名的天文學家搞錯了嗎?他的儀器會不會欺騙他啊?誰能夠斷定,在天空的寶藏中,人們不會發現像這麼大體積的星球呢?人們根據天狼星這顆天空中最耀眼的星星的亮度,推測它的體積大約是太陽的1000倍左右。
↓6.地球的軌道都不能繞上一圈的太陽、天狼星的大小、恆星是與我們的太陽相似的太陽。

圖80
天狼星大犬座
大角星牧夫座
參宿七星獵戶座
五車二星御夫座
織女星天琴座
南河三星小犬座
參宿四星獵戶座
畢宿五星金牛座
心宿二星天蝎座
河鼓二星(牛郎星)天鷹座
角宿一星室女座
北落師門星南魚座
北河三星雙子座
軒轅十四星獅子座
九*九*藏*書
↓1.恆星在天空中的位置一直保持不變,這就是為什麼我們將它們稱為恆星的原因。與此相反的是,行星由於繞著太陽公轉,它們在天空中是不斷地移動著的,它們會連續地穿過不同的星座,我們在前文中已經研究過行星的這一特徵。將行星的這一特徵與恆星的這個特徵聯繫起來,我們不用作特殊的天文學研究就能區分出行星與恆星。恆星的光傳播得非常快,而且是連續地閃動著傳播的,我們將它稱為閃爍。似乎我們的大氣層就是使它產生閃動的原因:空氣越是清澈,氣溫越是低,恆星在地平線上的位置越高,那麼它閃爍得就越是明亮。行星幾乎是不閃爍的:土星與木星,它們發出的是平穩的光;而對於水星、火星、尤其是金星,我們可以感覺到它們會有一些閃動。
前六等恆星指的是那些不用望遠鏡、僅用肉眼就能看到的星星。六等以下的恆星是指那些不用望遠鏡就看不到的星體。下面,我們列舉的是在天空中看到的一等星的名字,從最亮的星星依次排列下去,每顆星星名字後面附帶的是它所在星座的名字。
↓4.以地球為球心的一個大球,恆星在這個大球外才出現、從最近的恆星處看地球軌道、我們的太陽縮小成一個小小的亮點,縮小到看不見、僅僅被北極星照耀著的地球、恆星們,光的最初始源。
↓7.恆星的分類、一等星的列表。
↓3.對於那些離我們地球最近的恆星,天文學家極其仔細地研究過,因此能夠通過測量一個三角形來求得它們的距離。但他們研究所得出的結論卻是天空的歷史上最令人驚訝的結果之一。當我們推算恆星的距離,我們以千米甚至是地球的半徑為單位來計量這些距離,它的數字是變得多麼的大啊!這時我們的大腦都陷入混亂了。這些不可想象的距離是很難通過數字衡量的,因此一種特殊的計量單位是非常必要的,這種計量單位就是用來測量深遠度的單位,光為我們提供了這一計量單位。你們應該還記得,光線要從太陽到達地球,也就是要穿越1.52億千米的距離,它需要的時間是八分鐘左右。但是天文學家稱,由於恆星構成的三角形是非常巨大的,離我們最近的恆星之一是半人馬座的α星,它的光到達地球需要三年半的時間,你們要好好想想,這是三年半的時間。光只需要八分鐘的時間就能穿越地球與太陽之間1.52億千米的距離,而這裡是三年半啊!你們再仔細聽著,並不是所有的恆星與地球的距離都相等,有的離得近一些,有的離得遠一些。天鵝座的第61顆星,它的光到達地球需要九年多的時間;天琴座的織女星,它的光到達地球需要12至13年的時間;天狼星的光到達地球需要22年的時間;大角星的光到達地球需要26年的時間;北極星的光到達地球需要31年的時間;五車二星的光到達地球需要72年的時間。現在進入我們瞳孔中的第一道光線,它已經在路上走了很多年,儘管它傳播的速度達到了驚人的每秒30萬千米的高速。如果它來自於北極星的話,那麼它已經走了31年;而如果它來自於五車二星,那麼它已走了72年。它在路上已經變老了,因此它給我們帶來的不是恆星現在的信息,而是過去的信息。