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第二十五講 星雲

第二十五講 星雲

↓4.這樣,讓我們與赫歇爾一起來想象如下情形:無數顆星星,它們彼此之間的距離幾乎相等,並且它們排列成了扁平狀的星團形狀,或說層疊成磨盤的形狀,而這個扁平狀的星團或是磨盤的厚度,比起它的寬度來,小得可以忽略不計。我們可以利用前文中所講過的一個例子來想象這一情形。它是由許多顆恆星形成的霧,儘管它的厚度有限,但它的長度與寬度卻是無限地大。我們的太陽就是這許多顆恆星中的一顆,因此我們處於這個恆星磨盤內部的一個位置上,這樣就可以解釋這一切了。如果我們順著恆星磨盤厚度這個方向看去,那麼我們就只能看到很少的星星,在這個方向上的天空似乎也變得空空蕩蕩了;而如果我們順著恆星磨盤的寬度這個方向看去,那麼我們就能看到無數顆星星,這些星星重疊在一起,似乎互相緊挨著,它們融匯成了一條發出奶白色亮光的連續光帶。因此,這個由無數顆太陽所組成的磨盤,它在其寬度的方向上形成了一個由無數顆恆星組成的帶子,環繞在我們周圍並漂浮在天空中,這就像從一層輕霧的最厚方向上看去,這層輕霧就呈現為一圈雲層一樣。因此,銀河是順著由恆星組成的扁平磨盤寬度的方向上看到的景象,而我們自己就是這個扁平磨盤的一部分。因此,銀河就是一個被恆星形成的霧所包裹的界面。
↓5.現在我們來對之加以總結。所有我們在天空中所看到的恆星,不論是小的還是大的,肉眼看到的還是望遠鏡所看到的,全部加起來,其總數至少有4000萬顆左右。這些恆星排列成一個扁平的星團,我們的太陽就位於它的中間。太陽只是和它的夥伴們聚成的巨大恆星堆中一顆普通的恆星。對於我們這些從恆星層的中間來觀察銀河的地球人來說,在某一個方向上我們是看不到這個恆星團的,這是因為它在這個方向上太薄了,但是在另一個方向上,我們卻能看到恆星密密麻麻分佈的情景,也就是說能夠看到銀河,我們將這種恆星密密麻麻分佈的恆星層稱為星雲,星雲通常呈現為磨盤的形狀。從天鵝座到半人馬座,銀河開始分叉,因此我們知道銀河這個恆星層是在它的一半位置處開始分成兩層的。於是,人們將星雲比做一個紙盤,該紙盤從它中間的地方微微分開,分成相互斷開的兩層。
↓3.霧所產生的景象、霧氣籠罩的地平線。
↓8.天空中的島嶼。
↓9.這些天上的島嶼呈現出各種各樣的形狀,它們中有一些是read•99csw.com球形的;有一些是完美的圓形;有一些是拉長的橢圓形狀;而另外的有一些呈冠毛狀;有一些彎曲成環形;有一些只是簡單的發亮的線;它們中有的呈直線形;有的呈曲線形;它們中還有一些像被彗發所包裹著的彗核一樣的形狀;有一些繞著一個公共的中心,將它的恆星們聚集起來,形成一個個螺旋形的厚條形狀,看到這些,人們相信自己看到了煙火,而這實際上是恆星們所形成的發光條紋。下面我們來講講它們的距離。要想看到我們的銀河星雲變成10分的角直徑,那麼就需要將它移到離我們距離是其直徑的334倍的遠處。不過,一道光線要從銀河的直徑方向穿過它,那麼至少需要3000年或4000年的時間,或許可能是10000年的時間,姑且認為是最小的那個數字,那將是3000年的334倍,也即比100萬年稍多一點的時間,這就是在距離我們的銀河334倍其直徑的遠處,即看到銀河角直徑為10分的地方,光要到達那個地方所要花費的時間。有一些星雲的視面積大小是10分,另外一些星雲要小一些,因此,恆星團距離我們是如此遙遠,光線要從這些恆星團到達我們這裏,至少需要100萬年。
↓1.在晴朗的夜空,誰不曾看到過一條發亮的帶子,就像一道發出磷光的霧氣,從天空的這一端橫跨至另一端?天文學家將它稱為銀河,通常人們會將它稱為聖雅克之路。古人曾經講過這樣一個故事:有一天,朱諾(Juno)給她的孩子武仙(Hercule)哺乳時,有幾滴神聖的奶汁從嬰兒的嘴中流出來,灑到了天空中,由此形成了銀河,即奶汁之河。科學保留了古代神話傳說中的這個名字,但是,它卻摒棄了原先的奶汁形成銀河的這個傳說,而賦之以另外一個更為莊重的解釋。對於這一點,你們在下文中可以自行判斷。
通過肉眼來看,銀河就像一層發亮的淡淡的輕霧,它呈現為一條不規則的帶狀。銀河環繞在整個天空中,把天空分成兩個幾乎相等的部分。在我們的這個半球,冬天時我們會看到銀河穿過仙后座、英仙座、御夫座,非常靠近御夫座的五車二星;接下來,它經過獵戶座的附近,把獵戶舉著的大頭棒罩住了;最後,它到達天狼星的附近。在夏天,它從仙后座流向天鵝座與天鷹座,並穿過它們;從天鵝座開始,它分成兩個分叉,而在南邊的天空靠近半人馬座的α星的地方,銀河的這兩個分叉又合二為一了。於是,在整個銀河長度一半的地方分成兩九_九_藏_書個弧,而另一半則單獨成一部分,也許我們可以將它比喻成一枚戒指,該戒指的金屬環被分成兩個部分,中間留出一個空隙,嵌進那珍貴的寶石。單憑肉眼的力量我們不能再獲得更多關於銀河的信息。望遠鏡能告訴我們關於銀河的其他知識。
↓1.銀河、銀河的形狀與位置。
假設在我們周圍的地面上環繞著一層高十米左右的薄霧,這層薄霧在水平方向上是可以延伸的,但在垂直的方向上它的高度是有限的。那麼,我們在這層薄霧的中間能看到什麼呢?在我們的頭頂上空,我們的視線幾乎可以無障礙地延伸出去,因為霧的高度是有限的,我們只能看到一些很少的霧氣的微粒,藍色的天空似乎變得暗淡了一些。而與此相反,我們在水平的方向上向四周看上去,我們看到的都會是霧氣微粒的不固定行列,這些霧氣微粒重疊在一起,並且,由於這種重疊,觀察者周圍的霧氣加重了,形成一個不透明的雲狀的圓環。因此,對於均勻的霧氣層來說,當我們順著它厚度較小的方向去看時,我們看不到霧氣層;當順著它厚度較大的方向去看時,我們就能夠看到霧氣層了。因此,它就在我們的周圍形成一個雲霧的環形地帶。平常環繞在地平線上的那層霧氣,實際上並沒有其他的形成原因,它就是這樣形成的。在水平方向上,霧氣並不比我們所處地方的霧氣更重,而是因為從水平方向看去,地面上的霧氣重疊起來了,從而顯得更為厚重。
↓8.但是,倘若有一個很好的望遠鏡,那麼實際上,我們也能從地球上看到理性所想象的位於遙遠距離處的星雲的樣子。在天空中的很多區域中,在恆星層之外的地方,我們可以通過望遠鏡而看到一些發亮的斑點。這些斑點也是淡淡的雲狀,發出乳白色的光。它們中的大部分也是與我們銀河星雲相似的星雲,也就是說,它們也是恆星團。到目前為止,在天文學家所能探測到的天空的最深遠處,我們已經統計出有四千多座這樣的星雲。隨著我們使用更高倍數的天文望遠鏡,所能看到的星雲數目也將會不斷地增加。由於距離的因素這些星雲看起來亮度很弱,體積很小,因此它們很難被肉眼看到。要想看到它們,我們必須用最好的天文望遠鏡。用一架中等倍數的望遠鏡來看,這些星雲就像是泛著淡淡白色光亮的一片片小小的雲片。它們發出的光是如此微弱,以致人們擔心彷彿輕輕吹一口氣就能把它們吹滅。但是隨著望遠鏡倍數的增大,事實就會逐漸被揭示出來,你們也會漸read.99csw.com漸發現自己原先的想法會有多愚蠢了。
這些一個個發亮的雲片,原先人們擔心會將它們一口氣吹滅,但實際上它們卻是一個個無比巨大的恆星團。一開始,雲團似乎是同質的,而到現在,它就分解成無數個單獨發亮的點,分解成一顆顆的星星,就像銀河分解成了一個個的小碎片一樣。倘若我們試圖要計算出其中恆星的數目,那麼這是件白費力氣的事情。因此,我們的星雲,即銀河系,它並不是獨一無二的,在天空的各個角落,都存在著其他的恆星團,至於它們的數量,人類也許永遠都不會確切地知道。這些星團之間彼此之間相距非常遙遠,因此宇宙就像一個沒有已知海岸的海洋,而這些星團彷彿就像這個海洋中數之不盡的島嶼一樣。
↓5.赫歇爾嘗試著去估測這個恆星團的尺寸大小,他的方法非常令人驚訝,並且他的原理非常簡單,因此我們在這裏非講述一下不可。如果星雲中恆星之間的距離相隔的距離幾乎是相等的(這是一個非常自然的假設),那麼從某一個特定的方向去看星雲,如果這個方向的星雲越厚,那麼從這個方向上看到的恆星應該會越多。就是以這樣一個毋庸置疑的原理為基礎,赫歇爾開始去測量天空了。他以天文望遠鏡作為探測與測量的工具,望遠鏡能夠使他的視線深入到星雲的深入去,順著天空的這個方向,望遠鏡中可能只會出現一顆恆星;在天空的另一個方向,望遠鏡中則會出現十顆恆星;而在天空的第三個方向,望遠鏡中則會出現一百顆恆星;另一個方向,兩百顆恆星;然後是三百顆如此等等。根據這些數字,他就可以推算出眼睛所探測到的各個方向上恆星層的不同厚度。最後根據這些不同的厚度,他就可以很容易地畫出星雲的形態與結構。
↓9.光的百萬年旅行、不可分解星雲、太陽誕生的實驗室。
↓6.由此,赫歇爾發現,恆星磨盤的寬度這個方向,也即在銀河這個方向上,恆星磨盤要比它的厚度方向上大一百倍。儘管望遠鏡能夠看到非常深遠的地方,但是他確信他不可能探測到星雲的盡頭。赫歇爾認為,星雲是深不可測的。他通過對星星的亮度作比較,最後發現:在銀河中亮度最暗的恆星是離我們最近的恆星距離的500倍。不過,對於我們而言,最近的恆星離我們的距離,是三四光年;而對於我們來說,銀河的邊緣離我們的距離,則是1500至2000光年;那麼為了在這座星雲的寬度方向上從它的一端來到另一端,以光速也至少要走上300read.99csw.com0年至4000年。現在,如果你們覺得你們的想象力足夠強的話,那麼,你們試著形成一個關於我們所居住的這個恆星層的觀念。一道光從星雲的一端射出,它開始飛速地向前賓士。即使雷電的速度也太慢了,不可能追上它,只有思想的速度才能與之相比。在你們讀這個字的時間里,也就一秒鐘的時間里,它就已經繞地球走了七八圈,走了30萬千米;在下一秒鐘內,它還會走上30萬千米……就這樣下去,光會一直保持著這個速度。幾年過去了,幾個世紀過去了,幾千年過去了,這道光還是沒有到達它的目的地。這道光在它發射出來的四千年後,才到達這座星雲的另一端。誰知道呢,因為赫歇爾所給出的銀河的大小,在其他的偉大天文學家看來,可能會比銀河實際要小呢?誰知道呢?就沒有人會說銀河得有光走上一萬年那麼大嗎!從武仙赫拉克勒斯的嘴裏漏下的幾滴奶水,你們覺得能填滿如此廣闊的空間嗎?
↓2.赫歇爾對銀河的探索與研究。
↓6.星雲的形狀與大小、光穿過銀河所需要的時間。
↓2.如果我們將望遠鏡指向銀河中的任意一個位置,那麼很快就能看到成千上萬的亮點,而最初我們用眼睛觀察這裏時,只能看到一片模糊的微光。嚴格說來,這裡是群星聚集之地,棲居了無數顆恆星。從遠處看,海灘上的沙粒混合在一起,像一條帶子;從近處看,它就分成無數的單個的小沙粒。銀河也一樣,從遠處看,或者用肉眼看,它就像一片乳色發光的帶子;從近處看,也就是用望遠鏡看時,它就是無數的單顆星星的聚集體。我們所說的天體海洋的沙灘上,堆積的是恆星,而不是沙粒。當赫歇爾研究天空中的這一神奇景象時,他所使用的望遠鏡只能看到月球圓盤的四分之一那麼大的一塊區域,但就是在這樣一片狹小的區域內,他所看到的星星就有300顆、400顆、500顆,直到600顆。在銀河的這樣一個小小角落裡,只有月球圓盤四分之一那麼大的一塊區域居然就有600顆星星。那麼,在整個月球圓盤的區域內就會有2400顆星星!在整個天空中,我們不用望遠鏡而只用肉眼來看,也看不到那麼多顆星星。儘管望遠鏡的觀察區域保持不變,然而星星則由於它們的視轉而發生移動,不斷地在更新著。赫歇爾嘗試著統計所觀察到的星星的數量,他估測,每十五分鐘,就會有11.6萬顆星星進入他的眼睛!他估計整個銀河中星星的數量至少會有18九_九_藏_書00萬顆!
除了那些用我們的望遠鏡可以將它們分成一個個亮點、一顆顆星星的星雲之外,天文學家們還認識了另一些星雲,這些星雲是不能藉助于望遠鏡分開的,也就是說,不管我們用多大倍數的望遠鏡去看,這些星雲還是一片片發出乳白色光亮的斑塊。我們將前者稱為可分解星雲,將後者稱為不可分解星雲。不可分解星雲不會像可分解星雲一樣呈現出規則的形狀,它們像被強風吹得七零八落的雲片一樣,它們是由瀰漫的物質構成的,與彗星雲團的物質相類似,這些由微細的物質構成的雲團,似乎是天空中的實驗室,它會慢慢地受到引力的作用,從這裏誕生出新的太陽來。
↓3.是否銀河就像望遠鏡所告訴我們的,它是由幾百萬幾千萬顆太陽聚積在一起形成的一個環,或者它是一層均勻分佈的太陽所形成的景象,我們自己處於這層太陽的內部?下文中的例子可以解釋我的這一想法。
↓5.對天空的測量。
↓7.銀河這座星雲繞著我們在天空中畫了一個環狀帶,這是由於我們正好處於這根環狀帶的中間位置。銀河是由於我們的觀察點位於中間而產生的一個景象。但倘若我們處於這個恆星層很遠的地方,那麼我們所看到的景象就會完全不一樣。假設我們正處於這個恆星磨盤之外的某個不太遠的地方,並且面對著這個磨盤,那麼,這時我們所看到的這座星雲就是一個閃閃發光的巨大圓盤,它覆蓋了整個天空。假設我們離這個恆星磨盤遠去,那麼這個磨盤就會變得越來越小,而恆星磨盤上那些發亮的點,相互之間就會離得越來越近,最後它們就會相互靠在一起,融合成一片乳白色的光。當我們離銀河足夠遠時,那麼原先那個巨大的星團就會變成一個只有手掌那麼大小的白色雲團。幾何學計算出,當我們與銀河之間的距離是銀河最大寬度的334倍時,看到它的角直徑是10分。也就是說,這時它看上去就像是處於12米之外的五法郎硬幣的大小。實際上我們完全不能想象,我們的星雲由於距離的關係而縮小為這麼小的一塊面積。但是在幾何學的指引下,理性總是能夠對此作出合理的想象。理性能夠看到大得不可估量的恆星層,在這裡有著成萬上億的太陽們,它們聚集在天空的一角,理性看到這個恆星層就像一個圓形的小斑塊一樣,它發出模糊的亮光,這使我們想起微弱的磷光。
↓4.由恆星們組成的磨盤、對銀河的解釋。
↓7.從遠處看到的銀河。