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第二编 天文篇

最大最亮的恒星

美国天文学家发现了一颗新恒星,迄今为止,它被认为是所发现的星体中最大、最亮的恒星,而且,目前现有的恒星形成理论,根本无法解释这一庞然大物的产生历史。

这颗被命名为LBV1806—20的恒星,约比太阳亮500~4000万倍,其质量至少比太阳大150倍,其直径约是太阳直径的200倍。据《纽约时报》报道称,如果将LBV1806—20与太阳相比较的话,恰如将水星与太阳相比。

佛罗里达大学的天文学家史蒂芬·埃克伯利博士表示,我们对银河十年来的观察最终还是取得了一些成就,原来那里竟然还隐藏着如此奇特的巨型怪物。

尽管LBV1806—20比太阳亮数百万倍,但是要看见它还得费些周折。它距离我们45000光年远,并处于银河的另一边,而且被众多的尘埃覆盖着,它仅有10%的红外光能够到达地球。

事实上,LBV1806—20早在上世纪90年代就被发现,当时天文学家们曾将其列入寿命不长的蓝星范畴,而且还预言其质量仅比太阳大100万倍。但是,经过设在加利福尼亚和智利的两个天文观测台最新的多次观测后,科学家们获取了高质量照片,并对该恒星的质量和亮度重新进行了评估和界定。

埃克伯利表示,天文学家们一贯认为,超重恒星事实都是由多个体积较小的星体聚集而成的,然而,此次所拍摄的高清晰度照片却排除了这种可能。

距离我们最近的恒星

太阳是距离地球最近的恒星,是太阳系的中心天体。太阳系质量的99.87%都集中在太阳上,其质量为地球的33万倍。它的直径是140万千米,是地球体积的130万倍。它强大的引力控制着大小行星、彗星等天体的运动。

太阳是唯一可以详细研究表面结构的恒星,是一个巨大的天体物理实验室。但太阳只是银河系内一千亿颗恒星中普通的一员,位于银河系的对称平面附近,距离银河系中心约33000光年,在银道面以北约26光年,它一方面绕着银心以每秒250千米的速度旋转,另一方面又相对于周围恒星以每秒19.7千米的速度,朝着织女星附近方向运动。

太阳是一个炽热的大火球,它的热源是由其核心四个氢原子核(质子)聚变,形成一个氦原子,释放出正电子和中微子的粒子,同时也释放出辐射能,就是被称作伽马射线的光子。根据目前对太阳内部氢含量的估计,太阳至少还有50亿年的正常寿命。

科学上通常将太阳的组成分成以下几个部分:

1.日核。

太阳的中心核反应区。它约占太阳半径的20%,集中了太阳质量的一半。高温高压使这里的氢原子核聚变为氦,每秒钟约有质量为6亿吨的氢热核聚变为5.96亿吨的氦,释放出相当于400万吨氢的能量。

2.辐射区。

日核外面一层称为辐射区,范围从0.25个太阳半径到0.86个太阳半径,其密度和温度都很快向外减少,核反应区产生的能量经此区以辐射转移的方式向外传播。

3.对流层。

位于辐射区外侧,太阳气体呈对流的不稳定状态,厚度大约14万千米。这里的温度、压力和密度变化梯度很大,物质径向对流运动强烈而又呈非均匀性,可产生低频声波,将机械能通过光球传输到太阳的外层大气。

4.光球。

对流层上面的太阳大气称为光球,温度约为5770度,几乎全部可见光都是从这一层发射出的。光球上最显著的现象是太阳黑子,由于它比周围区域的温度相对较低,约为4200度,使其看起来是“黑”的。

5.色球。

色球温度从底层的4500度上升到顶部的数万度。色球上玫瑰红色的舌状气体如烈火升腾,称为日珥。日珥在日面上的投影称为暗条。在色球与日冕之间有时会突然发生剧烈的爆发现象,称为耀斑。

6.日冕。

日冕是太阳的最外层大气。它由高温、低密度的等离子体组成。日冕温度达一二百万度。高温使气体获得克服太阳引力的动能,形成不断发射的较稳定粒子流太阳风,是造成彗星尾背向太阳的主要动力。

太阳也进行自转,赤道处的自转周期为25天,而极地附近为35天。

最有名的超新星

在恒星世界里,有时会出现一种奇怪的现象:一颗本来较暗的恒星,突然变得很亮。然而仅仅过了几个月甚至几天,它又渐渐消失了。

这种光亮发生剧烈变化的恒星,在天文学上称为变星。古代人把变星称为“客星”,意思是这是一颗“前来做客”的恒星。

变星有很多种,其中亮度变化最剧烈的是超新星。一般认为,恒星之所以突然会变亮,主要是由于这颗恒星发生了猛烈的爆炸,放出巨额的能量。

新星和超新星是变星中的一个类别。人们看见它们突然出现,曾经一度以为是刚刚诞生的恒星,所以取名叫“新星”。其实,它们不但不是新生的星体,相反,而是正走向衰亡的老年恒星。其实,它们就是正在爆发的红巨星。

当一颗恒星步入老年,它的中心会向内收缩,而外壳却朝外膨胀,形成一颗红巨星。红巨星是很不稳定的,总有一天它会猛烈地爆发,抛掉身上的外壳,露出藏在中心的白矮星或中子星来。

在大爆炸中,恒星将抛射掉自己大部分的质量,同时释放出巨大的能量。这样,在短短几天内,它的光度有可能将增加几十万倍,这样的星叫“新星”。如果恒星的爆发再猛烈些,它的光度增加甚至能超过1000万倍,这样的恒星叫做“超新星”。

超新星爆发的激烈程度让人难以置信。据说它在几天内倾泄的能量,就像一颗青年恒星在几亿年里所辐射的那样多,以致它看上去就像整个星系那样明亮!

新星或者超新星的爆发是天体演化的重要环节。超新星的爆发可能会引发附近星云中无数颗恒星的诞生。另一方面,新星和超新星爆发的灰烬,也是形成别的天体的重要材料。比如说,今天地球上的许多物质元素,就来自那些早已消失的恒星。

根据历史记载,最有名的超行星是我国1054年记录到的金牛座超行星。它是一颗最明亮的超行星。光亮的程度使人们在白天都能看到它的芒角四射。

迄今为止宇宙最深处

美国宇航局说,“哈勃”太空望远镜新拍到了迄今有关可见宇宙最纵深景观的照片,这张具有历史意义的照片中,可能包含着宇宙诞生后不久产生的最早期星系。

科学界普遍认为,宇宙诞生于距今约137亿年前的“大爆炸”。在“大爆炸”后的3亿年中,宇宙处于黑暗和冷寂状态,随后第一批恒星以及星系开始产生。“哈勃”新拍下的照片捕获到的正是宇宙中首批星系所发出的光芒。

美国宇航局在公布新照片时称,该照片是根据“哈勃”望远镜两台相机的拍摄结果合成的,共包含约1万个星系。从照片上看,这些星系仿佛散落在黑天鹅绒上的宝石。照片覆盖的太空区域相当狭窄,仅相当于满月直径的十分之一。天文学家们说,照片上的星系如此暗淡和遥远,寻找它们就好比拍摄月球上飞着的萤火虫。

新照片拍摄时间持续了5个月,其间“哈勃”围绕地球运转400圈,太空望远镜上的相机共完成了总计100万秒的800次曝光。照片中不仅包括大批经典的螺旋形和椭圆形星系,也可以看到类似牙签等形状的其他一些古怪星系,还有少数星系似乎进行着碰撞等相互作用。据天文学家分析,这些形状古怪的星系表明,当时宇宙要更为混乱和无序。

天文学家们说,他们希望能借助新照片寻找到“大爆炸”后4亿到8亿年间宇宙中所存在的星系,从而为研究星系起源和演化提供新的线索。他们指出,宇宙的演化与一个人的成长有点类似,最急剧的变化往往产生于最早期。因此,看到的宇宙景观越纵深,对宇宙的基础研究也将越深入。

最大的宇宙星系组图

安装在“哈勃”太空望远镜上的最新照相机,拍摄到有史以来最大的宇宙星系组图,所包括的星系超过了40000个。据美国天文协会发布的消息称,此次“哈勃”太空望远镜拍摄到的组图,虽然其视野的外围尺寸只有满月这么大,但是这样的尺寸是早先通过“哈勃”望远镜获得的星系图的150倍。

来自巴尔的摩太空望远镜科学研究所的萨尔达·乔吉博士说,对天文学研究来说,获得如此大尺寸的星系组图,对了解银河系在过去90亿年(相当于宇宙年龄的三分之二)的演变非常重要。他还说,如果太空望远镜的视野狭窄,所得到的照片可能误导天文学家对宇宙星系演变的研究。

“哈勃”太空望远镜拍摄到的组图,是用78张先进观测照相机对天炉星座区域拍摄得到的照片合成的。整合过程就像是完成一个巨大的拼图游戏。该成果是一个被称为“星系演变形态和光谱能量分布”的星系观测项目的一部分,是由美国、德国等多国科学家合作完成的。

乔吉博士说,选择天炉星座区域进行拍摄,是因为目前科学家已经探测出该区域中大约10000个星系和地球之间的距离,据此可以推算出光从这些星系出发到达“哈勃”望远镜所需要的时间。这样一来,天文学家就可以知道宇宙从初始到45亿年时天炉星座区域附近星系的形态。目前,宇宙的年龄大概是137亿年。

乔吉博士说,现在太空中的星系有70%以上看起来像银河系一样,呈有分隔的棒槌形,这种形态表示在星系中央有剧烈的星系爆发和新星球的形成。其他如椭圆形的星系则意味着该星系处于某种“休眠”状态。把这些不同形态的星系组合成一张大图,可以让天文学家更好地了解星系演变之谜。

移动最慢的星系

位于英国剑桥的“哈佛·斯密森天体物理中心”科学家马克·里德等人在《科学》杂志上著文披露,他们的研究小组发现了“移动”最慢的星系。这个被命名为M33的星系位于仙女星座,远离地球240万光年,围绕另一星系转动。

马克·里德等人使用了美国的“很长基线天文望远镜系列”,经过2年半的观测,才发现了M33星系。它的“移动速度”很慢,在一年时间内才转动了千分之八度。马克·里德形象地说,这一速度相当于一个在火星表面上爬行的蜗牛的速度的1/100。

马克·里德所测量的“移动速度”,只是天文学家所观测到的该星系在星空平面移动的速度,也称为“横向速度”,并不是星系实际的速度。星系距离地球越远,它的这一“横向速度”也就越小,因此很难测量。马克·里德等人的结果,也是科学家第一次对远离银河系的星系得到“横向速度”的数据。

“很长基线天文望远镜系列”由10个镜头直径为25米的射电天文望远镜组成,这些望远镜分布在从夏威夷经过美国本土到加勒比海地区的广大地区,它们整体组合起来形成的分辨度很高,以至于人们能够看清远在几千千米外的一张报纸。正是由于具有这样的分辨度,马克·里德等人才能发现移动速度如此之慢的M33星系。正如马克·里德所说,“很长基线天文望远镜系列”是唯一的能进行这样测量的天文望远镜。

银河系的最大星团

欧洲天文学研究小组已经发现了银河内最大星团——“Westerlund1”。据该天文研究小组的科学家们称,他们是通过架设在智利的红外天文望远镜发现这一隐性庞然大物的。该星团被一些厚密的宇宙尘埃所覆盖,其质量相当于10万个太阳,整个星团直径约为6光年。

此前,科学家们一直认为,此类星团只存在于遥远的星系中,而且是由两个或两个以上的星系相互作用才能产生。

欧洲天文学家们还在本次新发现的“Westerlund1”星团中找到一些独立的高质量恒星,其亮度足以抵得上百万个太阳。这些星团中有许多恒星都可以归入超巨星家族——其大小约为太阳的2000多倍,有效半径约相当于整个土星轨道。

“Westerlund1”星团位于天坛座南部,要不是有厚厚的宇宙尘埃阻碍其强光,地球上的夜空会变得异常明亮。

宇宙中最寒冷的地方

2003年2月20日,天文学家公布了一个新发现的气体云团——被认为是宇宙中最寒冷地方的首张照片。位于离地球5000光年的布梅兰格星云是在1979年由瑞典和美国天文学家利用架设在智利的巨大望远镜发现的,它在1980年取名为“布梅兰格”,是因为它看上去像加长的变成弯形的飞去来器(布梅兰格是英文飞去来器的音译)。

天文学家也称该星云为“宇宙冰箱”,布梅兰格星云的温度为—272℃,仅比绝对零度(—273.15℃)高1度左右。确实,在地球实验室中已成功获得更低的温度,但是在自然界从未发现过如此低的温度。

这张布梅兰格星云照片,是由美国宇航局和欧洲航天局发射升空的“哈勃”太空望远镜拍摄的,这些照片为美国宇航局和欧洲航天局共同拥有。美国哥伦比亚号航天飞机为“哈勃”安装了新型改进镜头,使照片的分辨率提高了10倍。特别是改进后的“哈勃”,拍摄了离我们地球4.2亿光年两银河的碰撞照片,使天文学家能观察到位于所谓“朦胧区域”即银河形成初期的个别银河。

欧洲航天局代表声称,“即使是大爆炸之后形成的—270℃温度也比布梅兰格星云温度要高,这是迄今为止在自然界中发现的唯一天体,其温度比大爆炸后保留的辐射背景温度更低。”现已查明,布梅兰格星云气体在吸收微波背景辐射——大爆炸后留下的残余辐射,这一过程只会在气体温度冷却到—270℃以下时才会发生,这在自然界中任何地方都从未观察到过。

布梅兰格星云是一气体和尘埃云团,云团是从一颗正在死亡的恒星中以大于150千米/秒的速度喷溅出来的,这导致布梅兰格星云急剧变冷。最可能的是,该星云变冷是由于家用压缩制冷冰箱作用原理所致,即由于气体快速膨胀的结果。不排除这样的可能性,即该星云局部冷却可能存在暂时未发现的“黑洞”一类天体。简单地说,这种情况与儿童玩气球的效应相似,如果突然从气球中放出空气,则气球会马上变冷。

最古老的黑洞

美国斯坦福大学的天文学研究小组,在遥远的宇宙中发现了目前为止堪称最庞大最古老的黑洞。其质量是太阳质量的100多亿倍,这意味着,这个被称为Q0906+6930的黑洞,能够在自己的引力场中吸纳上千个太阳系,其质量也相当于银河系内所有恒星的质量之和。

这个巨型黑洞位于大熊座星系中央,与地球的距离约为127亿光年。据来自斯坦福大学的罗格·罗曼尼表示,科学家们初步确定这个黑洞的年龄约为127亿岁,也就是说,它在“大爆炸”之后10亿年内就已经形成了。

然而,令天文学家们疑惑不解的是,这个巨型黑洞是如何能在如此短暂的时间内聚集如此之巨的质量。据罗格·罗曼尼教授解释称,为了揭开这个庞然大物的质量之谜,天文学家们使尽了全身的解数——包括测量微粒的运动速度和多普勒效应强度。

众所周知,黑洞是看不见的,因此,科学家们只能依靠它发出的辐射和对相邻恒星的万有引力作用来判定它的存在。一般来讲,天文学家们将黑洞分为两类:星状黑洞和超大质量星状黑洞。星状黑洞由质量相当于几个太阳的恒星坍缩形成,而超大质量星状黑洞的质量则可达十亿个太阳质量。

首次捕捉到太阳系外行星的身影

德国天文学家曾利用“斯皮策”红外望远镜,第一次捕捉到太阳系外行星的图像,直接证明了太阳系外有行星围绕恒星运行的推测。

由于恒星发出的光比围绕其运行的行星所反射的光要亮许多倍,因此,太阳系外行星很难被直接观测到。天文学家一般通过观察行星在恒星表面造成的引力效应,或是在行星运行到恒星前方时观察到恒星光芒出现短暂暗淡现象,来判断行星的存在。过去10年中,天文学家在太阳系外发现了近150颗行星,但都是通过间接手段实现的。

据英国《新科学家》网站报道,距离地球约400光年的一颗年轻恒星及围绕它运行的一颗行星为天文学家提供了很好的观测条件。德国耶拿大学天文物理学院研究人员利用“斯皮策”望远镜观测到一颗名为“GQ卢皮”的恒星附近始终有一颗星体。研究人员根据两个原因断定,该星体是围绕“GQ卢皮”的行星。

首先,它本身具有温度,却不及“GQ卢皮”的温度高。从两者温度的差别看,这颗星体很像是一颗“年龄”不大的行星。因为它刚诞生不久,表面温度较高,所以能够在红外望远镜上“现身”。第二,根据1999年到2004年间美国哈勃望远镜、日本的昴宿星团望远镜和设在智利的欧洲南方天文台望远镜拍摄到的一系列图像判断,这颗星体和“GQ卢皮”间的距离一直没有变化,因此它肯定是围绕“GQ卢皮”的一颗行星。

据德新社报道,耶拿大学天文物理学院院长拉尔夫·诺伊霍伊泽说,这颗行星是太阳系外直接通过照片发现的第一颗行星。这颗行星还很年轻,质量是木星的两倍,约有2000℃的高温,环绕“GQ卢皮”运行一周约需要1200年,两者之间的距离是太阳与地球距离的100倍以上。恒星“GQ卢皮”年龄最多有200万年,比46亿岁的太阳要“年轻”得多,质量相当于太阳的70%。研究人员对“GQ卢皮”的研究发表在《天文学和天体物理学》杂志上。

最美丽的行星

土星是太阳系八大行星之一,按离太阳由近及远的次序是第六颗;按体积和质量都排在第二位,仅次于木星。它和木星在很多方面都很相似,也是一颗“巨行星”。从望远镜里看去,土星好像是一顶漂亮的遮阳帽飘行在茫茫宇宙中。它那淡黄色的、橘子形状的星体四周飘拂着绚烂多姿的彩云,腰部缠绕着光彩夺目的光环,可算是太阳系中最美丽的行星了。

古时候,我们称土星为“镇星”或“填星”,而西方则称之为克洛诺斯。无论是东方还是西方,都把这颗星与人类密切相关的农业联系在一起。

土星是扁球形的,它的赤道直径有12万千米,是地球的9.5倍,两极半径与赤道半径之比为0.912,赤道半径与两极半径相差的部分几乎等于地球半径。土星质量是地球的95.18倍,体积是地球的730倍。虽然体积庞大,但密度却很小,每立方厘米只有0.7克。

土星内部也与木星相似,有一个岩石构成的核心。核的外面是5000千米厚的冰层和8000千米的金属氢组成的壳层,最外面被色彩斑斓的云带包围着。土星的大气运动比较平静,表面温度很低,约为零下140℃。

土星以平均每秒9.64千米的速度斜着身子绕太阳公转,其轨道半径约为14亿千米,公转速度较慢,绕太阳一周需29.5年,可是它的自转很快,赤道上的自转周期是10小时14分钟。

土星的美丽光环是由无数个小块物体组成的,它们在土星赤道面上绕土星旋转。土星还是太阳系中卫星数目最多的一颗行星,周围有许多大大小小的卫星紧紧围绕着它旋转,就像一个小家族。到目前为止,总共发现了23颗。土星卫星的形态各种各样,五花八门,使天文学家们对它们产生了极大的兴趣。最著名的“土卫六”上有大气,是目前发现的太阳系卫星中,唯一有大气存在的天体。

银河系内最古老的行星

2003年7月11日,美国航空天局使用哈勃望远镜发现了银河系内人类已知的最古老的行星。该行星在130亿年前形成。这一发现为研究宇宙中行星的形成历史提供了新线索。

这颗气状行星大小与木星相当,质量相当于木星的2.5倍,处于代号为“M4”的球状星团核心区域附近。该星团包含的恒星数量在10万颗以上,位于距地球约5600光年的天蝎星座。

新发现的行星围绕由一颗脉冲星和一颗白矮星组成的双星系统运转。据天文学家们推测,这颗行星约在距今127亿年前,也就是导致宇宙诞生的“大爆炸”后约10亿年形成,它起初在“M4”星团边缘围绕一颗类似太阳的年轻恒星运转,随后二者一起落入恒星密集的星团核心区域,并被一颗中子星及其伴星俘获,形成一个混合系统。该行星围绕运转的恒星以及中子星,随着时间的推移,最终分别变成了白矮星和脉冲星。

这颗宇宙最古老行星的发现引起了科学界巨大的震撼,由于行星是繁衍生命的必需桥梁,因此美国科学家预言,早在127亿年前宇宙中也许就已有智能生命存在,并且这些外星生命还曾亲身体会过恐怖的“末日来临”!

据华盛顿卡内基研究协会天文学家阿兰·波斯称,发现这样一颗古老的行星是“一件令人震惊的科学发现”,因为它意味着最古老的行星也许在宇宙大爆炸10亿年之内就诞生了,比大多数科学家以前断定的要早上数十亿年。

阿兰·波斯道:“如果127亿年前能产生气体行星,那就意味着127亿年前也能产生类地球行星,这就意味着在127亿年前,宇宙生命就可能已经在那里诞生、繁衍和灭亡,这是一个非常大的可能!”

这颗类木星行星与它的恒星间的距离大约为地球到太阳的2~8倍。科学家认为,在这个距离之内,有足够的空间容纳一颗类地球行星的存在。参加该项研究的美国宾夕法尼亚大学天文教授斯泰恩·西格德森道:“研究显示,在该类木星行星轨道内的生命可居住区域,有足够的空间可以容纳一颗类地球行星。如果真有这样一颗类地行星存在过的话,在那儿的‘太阳’还未死去之前,那儿很可能曾经繁衍过远古生命。”

最年轻的行星

美国宇航局(NASA)的“斯皮策”太空望远镜发现了一颗形成不超过100万年的“婴儿”行星,而这颗行星很可能是目前已知的所有行星中最年轻的。

这颗新行星位于金牛座,围绕一颗距离地球420光年、名为金牛座“CoKuTau4”的恒星运行。美国宇航局的天文学家利用“斯皮策”太空望远镜对金牛座的5颗恒星进行了长期观察,以往可以清晰地看到这些恒星都带有尘埃盘,但最近他们发现“CoKuTau4”恒星的尘埃盘上,有一个环状区域并没有尘埃。从天文学的角度看,这可能意味着该恒星周围的尘埃物质已经聚积成了一颗新的行星。

威斯康星大学天文学教授丘吉尔称:“太空望远镜让我们穿透尘埃,看到了行星形成的激烈演变过程。但迄今为止,这颗新行星还没有最后成型,需要在今后的观察中继续关注。”天文学家一致认为它不会超过100万年,这是一颗行星形成所需要的最短时间。

纽约罗切斯特大学太空专业的沃森教授对此发现颇感兴奋,他认为对这颗“婴儿”行星的跟踪研究,很可能给行星形成理论带来新的突破。沃森表示:“有史以来第一次,我们通过太空望远镜看到了恒星周围尘埃组织的演变,而这些恒星可能与我们熟知的太阳系十分相似。”更令人惊讶的是,除了已被发现的这颗“婴儿”行星外,天文学家们发现“CoKuTau4”恒星周围至少还有300颗类似的新行星正在形成。华盛顿卡内基研究中心的波斯教授认为,这项发现在天文学上具有重大意义,它证明行星的形成具有普遍规律,而地球作为存在生命的行星,在宇宙空间中可能并非是唯一的。

水星之最

在太阳系的八大行星中,水星获得了几个“最”的记录:

离太阳最近。

水星和太阳的平均距离为5791万千米,约为日地距离的0.387倍,是距离太阳最近的行星,到目前为止还没有发现过比水星更近于太阳的行星。

轨道速度最快。

它离太阳最近,所以受到太阳的引力也最大,因此在它的轨道上比任何行星都跑得快,轨道速度为每秒48千米,比地球的轨道速度快18千米。

一“年”时间最短。

地球每一年绕太阳公转一圈,而“水星年”是太阳系中最短的年。它绕太阳公转一周只用88天,还不到地球上的3个月。这都是因为水星围绕太阳高速飞奔的缘故。难怪代表水星的标记和符号是根据希腊神话作比喻,把它比作脚穿飞鞋、手持魔杖的使者。

表面温差最大。

因为没有大气的调节,距离太阳又非常近,所以在太阳的烘烤下,向阳面的温度最高时可达430度,但背阳面的夜间温度可降到零下160度,昼夜温差近600度,是行星表面温差最大的冠军,这真是一个处于火和冰之间的世界。

卫星最少的行星。

太阳系中现在发现了越来越多的卫星,总数超过60个,但只有水星和金星是卫星数最少或根本没有卫星的行星。

一“天”时间最长。

在太阳系的行星中,水星“年”时间最短,但水星“日”却比别的行星更长,在水星上的一天(水星自转一周)将近两个月(为58.65地球日)。在水星的一年里,只能看到两次日出和两次日落,那里的一天半就是一年,地球人到了水星上很不习惯。

发现金星凌日之最

世界上第一个用肉眼观察金星凌日的人是阿拉伯自然科学家、哲学家法拉比(870~950年),他在一张羊皮纸上写道:“我看见了金星,它像太阳面庞上的一粒胎痣。”据分析,法拉比目睹到这次金星凌日发生在公元910年11月24日。

世界上第一个向世人预告金星凌日是德国伟大的天文学家开普勒(1571~1630年)。他在1629年出版的《稀奇的1631年天象》一书中写道:“1631年12月7日将发生金星凌日。”

世界上第一个用天文望远镜观察金星凌日是英国的天文学家霍罗克斯(1619~1641年)和克拉布特里。他俩在1639年12月4日用望远镜观察到17世纪最后一次金星凌日。

世界上第一个提出用金星凌日测量太阳视差和日地距离(天文单位)的人是英国天文学家哈雷(1656~1742年),他在1716年建议在世界各地联合观察金星凌日,并论述了利用金星凌日测量太阳视差的方法,这是当时精确测定太阳视差的理想方法。

世界上第一个发现金星有大气存在的人是俄国科学家罗蒙诺索夫。他在1761年6月6日观察金星凌日时发现金星有大气存在,这是人类在其他行星上首次发现大气。

最早观察水星凌日的人

“水星凌日”是指水星运行到地球与太阳之间,它们三者之间几乎成一条直线时,水星就会从太阳表面经过。这时人们在地球上可以看到,在耀眼的太阳光球层上,有一个小小的黑圆斑(像人脸上的一颗黑痣)自东向西缓缓移动,这一天文现象就叫“水星凌日”。

在人类历史上,第一次预告水星凌日是“行星运动三大定律”的发现者,德国天文学家开普勒(1571至1630年)。他在1629年预言:1631年11月7日将发生稀奇天象——水星凌日。当日,法国天文学家加桑迪在巴黎亲眼目睹此现象。从1631年至2003年,共出现50次水星凌日,其中,发生在11月的有35次,发生在5月的仅有15次。

水星凌日发生的原理与日食相似。由于水星和地球的绕日运行轨道不在同一个平面上,而是有一个7度的倾角。因此,只有水星和地球两者的轨道处于同一个平面上,而日、水、地三者又恰好排成一条直线时,才会发生水星凌日。地球每年5月8日前后经过水星轨道的降交点,每年11月10日前后又经过水星轨道的升交点。所以,水星凌日只能发生在这两个日期的前后。

“水星凌日”跟月亮遮住太阳出现日食的原理一样,但其几率比日食小得多,因此更显难得。据记载,“水星凌日”大约100年会出现13次,大多发生在11月,而在5月比较罕见。

观察水星凌日必须借助望远镜。它与观察太阳黑子的方法相似。通常有两种方法:一是投影法。通过望远镜,把太阳投影到一张白纸上进行观察。二是目视法。在望远镜的物镜上装上滤光镜,再进行观察。天文爱好者可以用烧电焊用的黑玻璃,也可以用X光底片或电脑软盘的磁片,几张重叠起来制成眼镜,戴上它用双筒望远镜观察水星凌日。选购双筒望远镜时需注意两点:一是口径(物镜)越大越好,物镜(前镜)直径70毫米的较理想;二是选购多层镀膜的物镜,通常镀绿膜、蓝膜的较好,镀红膜的最差。需要着重指出的是,观察水星凌日,千万不能用肉眼直接看太阳,要注意保护眼睛。

最早发现天王星的人

天王星是太阳系中离太阳第七远行星,从直径来看,是太阳系中第三大行星。天王星的体积比海王星大,质量却比它小。

天王星基本上是由岩石和各种各样的冰组成的,它仅含有15%的氢和一些氦(与大都由氢组成的木星和土星相比是较少的)。天王星和海王星在许多方面与木星和土星在去掉巨大液态金属氢外壳后的内核很相像。虽然天王星的内核不像木星和土星那样是由岩石组成的,但它们的物质分布却几乎是相同的。

最早发现天王星的人是英国的的天文学家威廉·赫歇尔,在这以前,人们只认识水星、金星、火星、木星五大行星,因为这五颗行星都可以用肉眼观察到。

德意志诞生的英国天文学家威廉·赫歇尔(1738年~1822年),他出生于汉诺威,最初是一个音乐家。17岁时来到英国,当宫廷歌会的双簧管吹奏者。他一方面以音乐维持生活,另一方面他刻苦努力学习数学和物理。1774年在他36岁的时候,亲自制造成功一台反射望远镜。他一生中制造了400多台望远镜,口径最大的有125厘米。

在1781年3月13日,这是一个很平常的日子,晴朗而略带寒意的夜晚,跟往常一样,他在其妹妹加罗琳(1750年~1848年)的陪同下,用自己制造的口径为16厘米、焦距为213厘米的反射望远镜对着夜空热心地进行巡天观测。当他把望远镜指向双子座时,他发现有一颗很奇妙的星星,乍一看像是一颗恒星,一闪一闪地发光,引起了他的怀疑。

第二天晚上,他又继续观测。原来这颗星还在移动,尽管这颗星没有朦胧的彗发,也没有彗尾,肯定不是一颗恒星。但他以“关于一颗彗星的探讨”为题提出报告。

经过一段时间的观测和计算之后,这颗一直被看做是“彗星”的新天体,实际上是一颗在土星轨道外面的大行星,一下子太阳系的范围被扩大了整整一倍之多。天王星离太阳系约28亿8千多千米,而土星离太阳系约14亿千米。

天王星的发现使赫歇尔闻名于世,并被英王任命为皇家天文学家。此后,他致力于天文学,一生中做出过许多贡献。

最早记录哈雷彗星的国家

中国民间将彗星叫作“扫帚星”。“彗”字在中国语言中有扫帚的含意。在古希腊人的语言中有“毛发”的含意。

世界上公认中国是对彗星观测和记录最早的国家。中国古书《淮南子·兵略训》中就记录了公元前1057年的一次彗星,它就是后来被命名为“哈雷”的彗星。1973年,从中国湖南长沙马王堆的一座汉朝的坟墓内,出土一幅彗星图,图上画有29种彗星,形状和名字都离奇古怪。

中国的《史记》、《文献通考》等古书,也记录过公元前240年这颗彗星的出现。《宋史》曾用166个字记载了它在1066年回归时的情况。从公元前1057年至公元1986年,哈雷彗星共回归了41次,中国除了有早期的3次记录外,还有从公元前240年往后的全部30次记录。

最早的日食记录

公元前1217年5月26日,居住在我国河南省安阳的人们,正在从事着各种各样的正常活动,可是一件让人吃惊的事情发生了。人们仰望天空,之前光芒四射的太阳,突然产生了缺口,光芒也暗淡下来。但是,在缺了很大一部分后,却又开始复原了。这就是人类历史上关于日食的最早记录。这一事件过程被刻在一片甲骨文上。

我国古代对日食的观察,保持了纪录的连续性。例如在《春秋》这本编年史中,就记载了公元前770年~公元前476年的244年中的37次日食。从公元3世纪开始对于日食的记录,更是一直延续到近代,长达一千六七百年之久。

对于日食的成因和周期性,我国古代科学家也做了不少研究,并早就有了比较深刻的认识。如成书于公元前100年左右的《史记》已经有了日食周期的记载。到西汉末年,刘歆又总结出一种周期,即135月有23次日食。对日食的正确认识和日食周期的发现,对于预报日(月)食有重要意义。我国古代在日(月)食预报方面有较高的水平,日(月)食预报历来是我国历法的一项重要内容。大约从公元3世纪起我国就能预报日食初亏和复圆的方向,到了唐代对于日食的预报已经比较完全。

我国古代通过对日食和月食的研究,形成了一套独特的方法和理论,提出了很好的数据,能准确地预报日(月)食,这也是我国天文学上的一项重要成就。

最早的太阳黑子记录

明亮的太阳光球表面,经常出现一些小黑点,这就是太阳黑子。我国是最早发现太阳黑子的国家,早在殷商甲骨文中就有关于太阳黑子的记载,在战国时期及汉代也有不少太阳黑子有关的记载,目前公认的世界上最早的太阳黑子记载是《汉书·卷二十·五行志下》:“和平元年……三月乙未,日出黄,有黑气大如钱,居日中央。”和平元年是公元28年。我国古代不但有公认的最早的黑子记录,而且数量很多,记录很详细。从汉和平元年到明末为止,共有一百多次太阳黑子的记录,这些记录既有准确的日期,又有黑子的形状、大小、位置甚至变化的情况,对研究太阳黑子的活动及其对地球的影响提供了十分宝贵的资料。在西方,直到1611年,伽利略才使用望远镜确认了太阳黑子的存在。

太阳黑子其实并不黑,只不过由于它比周围的温度低,看起来显得黑些罢了。黑子的大小相当悬殊,大的直径可达20万千米,比地球的直径还要大得多;小的只有1000千米。黑子的寿命也很不相同,最短的小黑子寿命只有两三个小时,最长的大黑子寿命只有几十天。

最大的太阳钟

世界上最大的一座太阳钟是奥古斯都太阳钟,这座钟在古罗马艺术品中素享盛名。它由一块很大的平地和一根矗立在平地中央的华表组成。平地为钟面,上刻表示时辰的字面;华表为指针,高20余米,顶端有根尖圆形的小柱起着指针的作用。华表在地平面不同的投影表示不同的时辰,钟上刻有不少极有意义的箴言。

据载,公元前9年,古罗马皇帝恺撒的养子奥古斯都下令建造太阳钟,当时还在它的两边分别建造了和平祭坛和奥古斯都陵墓。这三件艺术品浑然一体,象征着皇帝神圣不可侵犯的威严。

但是不幸的是,它造好后被提帕河的一次泛滥冲毁了,华表斜向一边。之后风吹雨淋,逐渐剥蚀了钟盘上的铭文。虽然以后的多朱提安王曾派人进行维修过,但最终还是华表倒塌,整个钟面湮没在泥浆里。1748年,那根花岗石柱得以重见天日。至于钟面,历代考古学家和天文学家都为能找到这个“尤物”不惜奔波劳碌。前几年,柏林德国考古研究所所长爱德蒙特布赫纳领导的考古小组在罗马城的一间酒吧地下觅见了它,它离当年太阳钟的所在地200米远。

最古老的天文台

科学家在德国戈瑟克附近发现了距今7000多年的世界上最古老的天文台,并对此进行了深入研究,最后得出结论说,人类在新石器时代和铜器时代就已经进行了精确的天象观测,并用之指导农业活动。

考古学家在2003年8月份第一次确认了这个“圆圈”的身份和年代。这座圆形建筑废墟是四个同心圆,一道土堤、一道沟渠和两圈一人高的木栅栏。他们有分别朝南、西南和朝北开的三道门。在冬至,站在圆圈中心的人将看到太阳从南门升起。

尽管航空调查发现了200多个类似的圆圈散布在欧洲各地,但是戈瑟克圆圈是其中20个已经发掘的遗迹里最古老和保存最完好的一个,它的功能在今天仍一目了然。尽管称它为德国的史前巨石柱(英国一座古太阳观测遗址),但它最起码早于巨石柱2000年,根据此地发现的陶瓷器碎片的直线纹路,这座天文台修建于公元前4900年前后。

最让人惊奇的是天文台的两个至日门(观察冬至、夏至日出日落的门)之间大约100度的跨度,与在距此25千米处内布拉附近发现的青铜圆盘上的夹角不谋而合。内布拉圆盘直径32厘米,制造于公元前1600年,是迄今发现的最古老的对星空进行客观描绘的作品。它描绘了娥眉月,满月,昴宿星团的七颗星,其他的一些恒星和几个弧形,它们都是由镶嵌在它上面的金叶构成的。

内布拉圆盘上有两个方向相反的弧代表日出和日落的位置,两弧的最低点相距97.5度,代表着德国中心地区冬至的日出和日落,最高点代表的则是夏至的日出和日落。由于过去几千年里太阳在至日的位置发生了一些变化,所以现在日出和日落的夹角已经比圆盘制造时和天文台建造时大,分别大1.6和2.8度。

在天文台周围一些土木结构的房屋遗址附近,发现了各式各样的渔叉,和明显驯养山羊、绵羊、猪、牛的迹象。大约在建造这个观日台的500年前,农民到达这里定居。尽管这些早期新石器时代的农民仅仅观测太阳的运动,但大约一千年后,他们就学会了计算月运周期,划分星座。昴宿星团春季离开、秋季出现在北方的天空,跟庄稼的生长周期相同。圆盘大概就是一种在戈瑟克及其周边地区用来观测昴宿星团来决定种植和收割的工具。

戈瑟克遗址的第三个门的功用仍是未解之谜。它指向北方,但不完全是,可能没有什么天文学上的意义,因为这仅仅是一个观日台。除了陶器碎片和箭头外,还挖掘出了牛头骨和人的骸骨。

最古老的天文钟

世界上最古老的天文钟诞生在我国。它是我国北宋天文学家苏颂、韩公廉等人建造的“水运仪象台”,它能用多种形式反映及观测天体的运行。

“水运仪象台”是一部复杂的机械装置,整个机械系统是利用漏壶流水作动力,使仪器经常保持一个恒定的速度,和天体运行保持一致。又通过一套复杂的齿轮系统获得所需要的各种运动,从而达到既能演示天象,又能以多种形式计时、报时。欧洲人把这种仪器称为“天文钟”。

水运仪象台高约十二米,宽七米,分作三层。上层放浑仪,用来观测日月星辰的位置。中层放浑象,它是一个球体,在球面布列天体的星宿位置。下层设木阁,又分成五层。每层有门,到一定时刻,门中有木人出来报时。木阁后面装着漏壶和机械系统,起到控制水轮运转速度的作用。

后世的钟表就是从这里演变出来的。苏颂在1088~1094年所著《新仪象法要》,详细介绍了水运仪象台的构造,反映了当时开封天文学和机械工程技术的伟大成就。

水运仪象台有以下突出贡献:首先,为了观测上的方便,屋顶做成活动的,这就是今天天文台圆顶的祖先。其次,浑象一昼夜自转一圈,不仅形象地演示了天的变化,也是现代天文台的跟踪机械——转仪钟的祖先。再次,所创造发明的“天关”、“天衡”和“天锁”等部件组成的杠杆装置,是世界上最早的“擒纵器”,为后世钟表的关键部件,因而它又是钟表的祖先。

这座利用水力运转的仪器象台,是远远早于欧洲同类装置的一项重大发明。国际上曾对它给予高度的评价,认为“很可能是后来欧洲中世纪天文钟的直接祖先”。

最早的观象台

陶寺文化遗址被国家文物部门定为国家级的重大考古发现——世界上最早的观象台。

陶寺文化遗址位于山西襄汾县城东北七八千米、崇山西麓的陶寺、中梁、宋村、东坡沟和沟西等村之间。东西长有2000米,南北宽1500米,总面积300万平方米,是个超大型遗址。遗址最早是在20世纪50年代进行文物普查时发现的。1978年至1987年,由中国社会科学院考古研究所山西工作队对该遗址进行全面系统的发掘考察,曾发掘出普通居住址和早期大贵族墓地,从而确定了陶寺文化。

1999年至2001年间,在陶寺发现了陶寺文化中期城址(约公元前2100年~前2000年),总面积约为280万平方米,城址北、东、南三面城墙已经确定,城址平面为圆角长方形。

通过不断的发掘,发现了该遗址早中期的宫殿区,还发现了中期王级贵族大墓。在中期小城祭祀区发现了可能具有观象授时功能的大型建筑,这就是我们姑妄称之的“东坡沟”观象台。

这座尚未进行考古命名的可能具有观象授时功能的大型建筑就“坐落”在东坡沟村,位于陶寺城址的东南位置。发掘工地可见有三层夯力结构,形状为一座直径约50米的半圆形平台。台座顶部有一个半圆形观测台,以观测台为圆心,由西向东方向,呈扇状辐射着13个土坑。

据考古人员介绍,这座平台原有13根夯土柱,古代人利用两柱之间来观测正东方向的塔儿山日出,并依据日光影可以推测出一年的12个节气,经与现在农历时间比较,实地模拟观测后,节气时令精确度十分高。上层台基夯土柱缝的主要功能之一可能是观象授时,由此来指导农民及时耕种。从发掘现场的发现判断,这座平台还被当时的人们用于祭祀。

这座建筑是迄今发现的最大的陶寺文化单体建筑,面积约为1400平方米,建筑形状十分奇特,结构复杂,附属建筑设施多,可能因其集观测与祭祀功能于一体,建筑的规模及其气势,以及基坑处理的工程浩大,都是令人叹为观止的。

更重要的是,如果上层台基夯土柱有观象授时功能,那么它将使我们得以管窥陶寺文化的天文学知识系统,则可证实《尚书·尧典》所谓“历象日月星辰,教授人时”的真实历史背景。可将观象授时的考古实证上推到距今4100年,这将对我国古代天文历法研究起到极大的推动作用。

这座观象台形成于公元前2100年的原始社会末期,它显然比目前世界上公认的英国的巨石阵观测台(公元前1680年)还要早近500年,因此,陶寺城址中的这座观象台无疑是迄今发现的世界上最早的观象台。

最古老的星表

星表是把测量出的若干恒星的坐标(常常还连同其他特性)汇编而成的。它是天文学上一种很重要的工具。我国古代曾经多次测编过星表。

公元前4世纪的战国时代,魏国石申写了《天文》一书,因为这部书有很高的价值,后人尊称为《石氏星经》,这是世界上最早的星表。希腊最早的星表,是在公元前3世纪和公元前2世纪时测编的,比石申晚得多。

《石氏星经》共八卷,但已经在宋代以后失传,今天我们只能从一部唐代的天文学书籍《开元占经》里见到《石氏星经》的一些片断摘录。从这些片断中我们可以辑录出一份石氏星表来。其中有二十八宿距星(每一宿中取作定位置的标志星叫做这一宿的距星)和其他一些恒星共一百十五颗的赤道坐标位置。

石氏星表的赤道坐标有两种表达方式,一种是二十八宿距星的,叫做距度和去极度。距度就是本宿距星和下宿距星之间的赤经差;去极度就是距星赤纬的余角。还有一种是二十八宿之外的其他星,叫做入宿度和去极度。所谓入宿度就是这颗星离本宿距星的赤经差。不论哪一种方式,它的实质和现代天文学上广泛使用的赤道坐标系是一致的。而在欧洲,赤道坐标系的广泛使用却是在十六世纪开始的。

“石氏星表”是后世进行许多天体测量的基础。诸如测量日、月、行星的位置和运动,都要用到其中二十八宿距离的数据。因此,它是我国天文历法中一项重要的基本数据。

从这个意义上讲,石氏星表也是战国到秦汉时期天文历法发展的一个重要基础。

最早的挂历

挂历最早出现于19世纪末的西欧。当时法国商人利用它来馈赠顾客,借以促进生意兴隆。

最早的带图挂历共有12页,上面附有记事栏。挂历图案主要是一些复制的欧洲名画,以满足人民欣赏艺术的需要。

20世纪30年代末,挂历图案成为摄影艺术作品,以美女照为主要内容。几年后,逐渐演变为儿童照和动物照片。

到了20世记40年代,巴黎的汽车轮胎商请著名摄影师顾鲍物·弗瑞曼拍摄了一幅美女驾驶汽车的照片,用来宣传自己的产品。这样,人与商品相结合的广告挂历出现了。

20世记80年代,挂历进入鼎盛时期,内容越来越丰富。专门制作挂历的商家,拥有自己的职业模特、摄影师、化妆师、设计人员、美术指导、客户代表等等。现在,挂历已经成为新年前的馈赠佳品。

第一颗人造卫星

1957年10月4日,世界上第一颗人造卫星诞生于苏联。它是由科学家科罗寥夫主持设计的。

科罗寥夫25岁时,就编写出版了《火箭发动机》一书。26岁时,他参与设计成功了苏联第一枚液体火箭。27岁时,他又出版了《火箭飞行》。29岁时,他和别人一起成功设计了苏联第一代喷气式飞机。

1957年10月4日,科罗寥夫大胆决策,采用捆绑式火箭,将世界上第一颗人造卫星送上了湛蓝的天空,从此开创了人造卫星的太空时代。这颗人造卫星名叫人造地球卫星1号,它在天空中运行92天,绕地球约1400圈,行程6000万千米,于1958年1月4日陨落。

最大和最小的人造卫星

人造地球卫星的用途不一,形状各异,大小也相距甚远。最重的是美国发射的“天空实验室1号”。这个卫星长35米,直径7米,容积335立方米,整个卫星重76.5吨,要16辆载重5吨的大卡车才运得动。卫星内设备齐全,生活和工作环境几乎与地面上的实验室一样舒适。

它自1973年5月14日上天后,先后接待了三批(共9名)宇航员进入这个实验室工作,最长的第三批3个人在上面工作、生活了12个星期。它已于1979年7月11日坠毁。

在卫星长度方面创纪录的是美国1973年6月10日发射的“射电天文探测器B号”。这颗卫星的形状像一只神话中的大蜘蛛,它的两根天线长达450米,比阿多尼斯小行星还长!

与此形成强烈对比的是“四面体研究卫星”。它们是美国军用卫星,从1962年9月17日到1964年7月17日,一共发射了六颗。六颗卫星都很小,最重的也不过两公斤,其中头三颗都只有0.7公斤,每边长20厘米,还不到大人的手臂那么长。

最早的天文学著作

《甘石星经》是我国、也是世界上最早的一部天文学著作,在长期观测天象的基础上,战国时期楚人甘德(今属湖北)写有《天文星占》八卷,魏人石申(今属河南开封)写有《天文》八卷。后人把这两部著作合起来,称为《甘石星经》。

可惜它在宋代以后失传了,今天只能从唐代的天文学书籍《开元占经》里见到它的一些片断摘录。这些片断摘录表明,甘德和石申曾系统地观察了金、木、水、火、土五大行星的运行,发现了五大行星出没的规律;他们还记录了八百颗恒星的名字,测定了一百二十一颗恒星的方位。后人将甘德和石申测定的恒星记录称为《甘石星表》,这是我国、也是世界上最早的恒星表,比希腊天文学家伊巴谷测编的欧洲第一个恒星表大约早二百年。

后世许多天文学家在测量日、月、行星的位置和运动时,都要用到《甘石星经》中的数据,因此,《甘石星经》在我国和世界天文学史上都占有重要地位。 gBDEH7pShqI6uBwuRj9YB9klZyFFg1z1zvREarg2rqWy6vd3E7v/1U071cHF/nfs

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