第一节
宇宙秘密无限

广阔无边的宇宙

仰望群星璀璨的夜空，我们就足以感受到宇宙的神秘。就连天文学家对宇宙的了解也非常有限，因为我们现有的探测手段对于浩瀚无穷的宇宙来说仍显得较为落后。我们现在认识的宇宙仅仅是我们可以观测到的那部分，而目前观测不到的领域只能借助建立理论模型来加以猜测。

古代，人们把空间称为“宇”，把时间称为“宙”，因此，我们可以说宇宙是空间和时间的总和。而现代的天文探测表明，宇宙是由各种形态的物质构成的，是在不断运动变化的。关于宇宙，科学家给出的定义是：由空间、时间、物质和能量所构成的统一体，是一切空间和时间的总和。一般理解的宇宙指我们所存在的一个时空连续系统，包括其间的所有物质、能量和事件。根据宇宙大爆炸模型推算，宇宙年龄大约为200亿年。也就是说，宇宙在大爆炸之后，又过了200亿年，才演化成今天的样子。

宇宙有多大？现在我们能观测到的宇宙范围约140亿光年远，这意味着，宇宙尽头的一个天体所发出的光和电波要经过140亿年才能到达地球。因此，我们所看到的其实是宇宙140亿光年前的样子。它现在又是什么样子？我们得再过140亿光年才知道。宇宙是怎样诞生的？又是怎样演变成现在这个样子的？……这些问题一直困扰着人们。或许，宇宙远比我们想象的要奇特得多，它以其神秘性和广阔性吸引着我们不断去探索和发现。

银河系是如何被发现的

在古希腊、古罗马的神话故事里解释了银河的起源：万神的主宰宙斯，即大神朱比特是一个风流的帝王，他和一位凡间女子生了一个名为赫拉克勒斯的儿子。为了让儿子健康成长，朱比特把私生子悄悄送到熟睡的妻子赫拉身旁，因为赫拉拥有无边的神力，据说吃了她的奶水，孩子的身体就会非常健壮。赫拉克勒斯刚刚吸吮了几口奶水，赫拉就被惊醒了，身体一时失去平衡，乳汁喷射而出，洒向太空，就形成了茫茫银河。

光年

光年是一种长度单位，一般被用于计算恒星间的距离。宇宙间的距离非常大，所以只能以光年来计量，光线在一年中所走的距离称为一个光年。光速为每秒30万千米，因此，一光年就是94600亿千米。

后来，人们通过天文观测知道了银河其实是无数颗星星组成的光带。那么银河系又是怎样被发现的呢？原来，银河系是由天王星的发现者赫歇耳通过数星星数出的一个伟大发现。

英国天文学家威廉·赫歇耳是一位业余天文爱好者。他一生最大的愿望，就是弄明白“宇宙的结构”。为了能数清星星的数目，他热情而又认真地投入了观测。

赫歇耳观测了1086次，共数出117600颗恒星。在数星星的过程中，他发现愈是靠近银河的地方，恒星分布就愈密集，在银河平面方向上恒星数达到最大值，而恒星数目在银河垂直方向上最少。由此赫歇耳提出，银河系是“透镜”或“铁饼”状的庞大天体系统，由恒星连同银河一起构成。其直径与厚度比大约在5:1左右。

赫歇耳设想，太阳大约位于银河中心的地方。地球人朝银河系的直径方向看去，可以看到一些流星以及许多较远、较暗的星星，当人们用肉眼看银河时，只能看到白茫茫的光带，像是天上的河流。如果地球人向银河系的平面垂直方向看，恒星就显得很稀薄，而人们的肉眼只能看到比较近的、很亮的恒星。

随着科技的发展，人们逐渐发现：银河系薄薄的中间凸起的银盘中分布了多数物质，它们主要是恒星，也有部分气体和尘埃。银盘的中心平面称为“银道面”，银盘中心凸起的部分称为银河系的“核球”，核球呈椭圆形，其中心很小的致密区叫“银核”。分布在银盘外面的是一个范围广大、近似球状的系统，叫做“银晕”。相对于银盘来说，银晕中的物质密度低得多，外面还有银晕，其物质密度更低，大致呈球形。

从银盘上面俯视的银河系颇似水中的旋涡，银河系核球就是旋涡的中心，它向外伸展出几条旋臂，它们是银盘内年轻恒星、气体和尘埃集中的地方，也是一些气体尘埃凝聚形成年轻恒星的地方。迄今为止，已经发现英仙臂、猎户臂、人马臂等存在于银河系中。太阳就在猎户臂的内侧。一般说来，旋臂内的物质密度比旋臂大约高出10倍。恒星约占旋臂内的一半质量，气体和尘埃占另一半。

除了自转外，太阳还携带着太阳系天体以每秒约250千米的速度围绕着银心公转，轨道半径约3万光年，公转一周约26亿年之久。银河系也存在自转，它的旋臂也是绕着银河系的中心旋转。通过观测，人们还发现银河系整体也在朝着麒麟座方向运动着，速度达214千米/秒。假如从银河系外很远的地方观察太阳，并将它与别的恒星相比较，会发现，太阳在千亿颗繁星中一点儿也不突出，只是一颗大小中等、亮度一般的恒星。从侧面观察银河系像是一个凸透镜状的、直径很大的圆盘。光线从它的一侧走到另一侧，大约需要8万〜10万年。

人类对银河系的轮廓、结构、运行等方面的发现，是认识宇宙的又一次飞跃。

银河系究竟有多大

银河系究竟有多大？这个问题一直困扰着人类。根据现代的科学研究表明，银河系主要由银盘（包括旋臂）、核球、银晕，以及外围的银冕等部分构成。

银河系的主体为银盘，它的外形呈扁盘状，银河系内的大多数星云和恒星都集中在这个扁盘内，银盘的直径大约达到8万〜10万光年，中间部分较厚，厚度约12000多光年，周围渐渐变薄，到太阳系附近便只剩一半厚度了。

由于巨大的银河系本身也要进行自转，所以银盘中的亿万颗星球环绕银河系中心做着旋转运动，四条旋臂从银盘中心向外弯曲伸展出来，看上去就像急流中的旋涡。这里所说的旋臂实际上是恒星、尘埃和星际气体的集中区域，但这物质密集的旋臂并不是固定不变的，恒星一直在旋臂上进进出出，只是它们能够在运动中基本做到“收支平衡”，所以，旋臂的形状看上去始终保持不变。

银河系的中央部分是一个核球，核球内密集着恒星，核球的直径在1.2万〜1.5万光年之间，略呈椭圆形。由于大量的星云和气体尘埃阻挡住了观测的视线，因而科学家们对核球方向的天文观测十分困难，所以，人们至今对它的了解还比较少，但确信无疑的是，核球内的恒星分布是十分密集的。

银晕是在银盘外围的一个巨大包层，由稀疏的恒星和星际介质组成。它的体积至少要比银盘大50多倍，但质量却只占银河系的1/10，由此可见其物质密度非常稀薄。事实上，除了那些极其稀薄的星际气体外，球状星团是银晕中的主要物质。

直到20世纪70年代中期，科学家们才发现了银冕，银冕处于银河系的最外围，它的范围可远及50多万光年以外，比银河系的主体部分还要大。但银冕内基本上没有恒星，而是由极稀薄的气体组成，所以很难准确地测出银冕的真正范围。

寻找银河系的中心

20世纪初，威尔逊天文台有世界上最大的反射式天文望远镜，即“胡克望远镜”，其口径为2.54米。美国著名的天文学家沙普利用它进行探寻球状星团，并且以一种被称为“造父变星”的脉动变星作为研究对象。

沙普利先后对大约100个球状星团进行了观测。他的统计显示，人马座以内有1/3的球状星团；以人马座为中心的半个天球分布了90%以上的球状星团。沙普利根据这一结果推测，在银河系内，球状星团与恒星一样对称分布。但如果太阳是银河系的中心，那么，地球上人们看到的天空中的球状星团就应该是对称分布的，可是观测结果并不与之一致。沙普利猜想可能存在另一种可能，即太阳实际上处于远离银河系中心的地方，这样，地球上人们看到的球状星团才呈现出不对称分布的现象。

沙普利依据上述想法，大胆地把太阳放在偏离银河系中心的地方，那么由球状星团组成的天体系统的中心就是银河系的中心，此中心距太阳约15000秒差距（1秒差距等于3.26光年），位于人马座方向。

沙普利利用周光关系推测，距离太阳较近的球状星团为12000秒差距，由它组成的天体系统范围实际上就是银河系的范围，而著名的武仙座球状星团距太阳30000秒差距。随后50多年的天文观测大体上印证了沙普利的银河系模型的正确性。

河外星系的外形和结构

一般的人在白天或夜晚肉眼所看到的天体，绝大多数都是银河系的成员，那么，是不是说银河系就是宇宙？当然不是！在宇宙中有着数以亿计的星系，简称星系。所以，银河系并不代表宇宙，它只不过是宇宙海洋里的一个小岛，是无限宇宙中很小的一部分。

根据天文学家估计，在银河系以外约有上千亿个河外星系，每一个星系都是由数万乃至数千万颗恒星组成的。河外星系有的是两个结成一对，有的则是几百乃至几千个星系聚成一团。现在能够观测到的星系团已有10000多个，最远的星系团距地球102亿光年。

河外星系的结构和外形也是各种各样。1926年，美国天文学家哈勃根据星系的形态，把星系分为旋涡星系、椭圆星系和不规则星系三大类。后来又细分为旋涡、椭圆、透镜、棒旋和不规则星系五个类型。各种星系中，离银河系较近的星系是麦哲伦云星系和仙女座星系。

麦哲伦云星系包括小麦哲伦云和大麦哲伦云两个星系，它们是离银河系最近的星系，也是银河系的两个伴星，离银河系分别为16万和19万光年。它们在北纬20°以南的地区升出地平面，是银河附近肉眼清晰可见的两个云雾状天体。大麦哲伦云星系在剑鱼座和山案座，张角约为6°，相当于12个月球视直径；小麦哲伦云星系在杜鹃座，张角约为2°，相当于4个月球视直径。两个星系在天球上相距约20.5万光年。

仙女座星系，又被称为仙女座大星云，是位于仙女星座的巨型旋涡星系。它用肉眼能够看到，亮度为4度，看上去仿佛是一颗模糊、暗弱的星系。

1786年，仙女座星系被确认为银河系之外的恒星系统。现经测定它与地球的距离是220万光年（670千秒差距）。直径为16万光年（50秒差距），为银河系的1倍，是本星系群中最大的一个。近些年来发现，仙女座星系成员的重元素含量从外围向中心慢慢增加。1914年探知它有自转运动。根据目前的估计，仙女星系的质量应不小于3.1×10 ¹¹ 倍太阳质量，是本星系群中质量最大的一个。

旋涡星系也叫旋涡星云，是旋涡形状的河外星系。旋涡星系的中心区域为透镜状，周围围绕着扁平的圆盘。由隆起的核心球两端延伸出若干条螺线状旋臂，迭回在星系盘上。旋涡星系又细分为正常旋涡星系和棒旋星系两种。

河外星系除了上述几种星系外，还存在大量各种类型的星系。天文学家估计，在最先进的仪器所观测到的这一部分宇宙里，星系的总数可能达到1000亿个之多。前不久，美国天文学家宣布发现了迄今为止最大的发光结构——一道由星系组成的至少长5亿光年、宽均为2亿光年、厚约为1500光年、离地球2亿〜3亿光年的“宇宙长城”。这座巨大的“宇宙长城”实际上是一个巨大的河外星系。

梦幻般的星座

很多人都喜欢看星星，因为它总是给人一种梦幻般的感觉。

可是，如果不了解星座的话，恐怕就看不出门道了。

什么是星座呢？人们将天空中的星星，按照它们的位置和方向，划分成不同的区域，每一个区域就是一个星座。由于每一个星座都有自己的形状和特点，人们又给它们起了很多好听的名字，赋予它们美丽的神话传说，这样就形成了一个个鲜活的星座。

现代天文学上共分为88个星座。1928年，国际天文联合会正式公布了这88个星座的名称，这其中就包括我们所熟悉的狮子座、天琴座、天鹰座、大熊座、小熊座等星座。

康德曾经说过：“世界上只有两样东西能够深深地震撼人们的心灵，一是我们心中崇高的道德准则，另一个就是我们头顶上的天空。”

天上的星座那么多，我们要怎么识别呢？这可就要费点儿心并充分发挥想象力了。我们说过，星座是人为进行命名的，而命名的根据就是星座本身的形状，如天琴座像一把琴，天鹰座像一只鹰，双子座像两个人，等等。

除此之外，还有一种星座的识别方法。每一个星座里面都有一颗特别亮或者是具有代表性的星星，如天琴座有织女星、天鹰座有牛郎星、小熊座有北斗星等。只要我们认出了这些特别的星星，就可以快速地识别出整个星座了。

恒星和行星

什么是恒星？什么是行星呢？

有的人可能会说，恒星是恒久不动的、本身可以发光发热的天体；行星是围绕恒星运动的、本身不会发光的天体。这样的回答是不够全面的。

首先说恒星。没错，以前人们确实认为恒星的位置是永远都不会变的，所以取名为恒星。可事实并非如此，恒星也是会运动的，它也会围绕它所在星系的中心进行运动。我们都知道太阳是恒星，可它不也是围绕着银河系的中心进行运动吗？

为什么恒星会发光而行星却不会

物体只有在达到足够的温度时才可能自行发光。恒星的内部温度高达1000万摄氏度以上，所以那里的物质可以进行热核反应，产生出能量。内部的能量再传到外部，以辐射的形式从恒星表面发射到空间，所以我们可以看到恒星的光辉。行星不仅质量比恒星小得多，而且核心的温度也很低，不可能产生热核反应，这样它们的表面温度就更低了，所以行星都不会发光，它们只能发射微弱的红外光和无线电辐射。

恒星的直径有的小到几千米，有的大到109千米以上。正常恒星的大气化学组成与太阳大气差不多，以氢、氦为主。恒星之所以能发光发热，是由于它的内部温度高达几百万摄氏度乃至数亿摄氏度，在那里进行着不同的反应（一般为热核反应），并向外辐射大量的能量和抛射物质。一般认为恒星是由星云凝缩而成的。恒星也都在不停地运动和变化着，由于它们距我们十分遥远，所以这种变化很难觉察，故而古人称它们为恒星。我们在夜空所看到的点点繁星，大多是恒星，肉眼可看到的恒星，全天有6000多颗。借助望远镜目前可看到几十万乃至几百万颗以上的恒星。

接下来我们再来说说行星。关于行星的定义近年来又做了调整，所以冥王星才被排挤出太阳系行星之外。行星的新定义规定：行星是围绕太阳运转、自身引力足以克服其刚体力而使天体呈圆球状、能够清除其轨道附近其他物体的天体。由于冥王星的轨道与海王星相交，所以并不符合这一定义，被降为了“矮行星”。不过，这个结论还存在着很多的争议。

另外，行星一定要有足够的质量，并且应该呈圆球状。如果不符合这些条件，也不能称之为行星。

恒星的形成

17世纪，牛顿提出散布于空间中的弥漫物质可以在引力作用下凝聚为太阳和恒星的设想。历代天文学家经过观测发现，星际空间存在着许多由气体和尘埃组成的巨大分子云。这种气体云中密度较高的部分在自身引力作用下会变得更密一些。当向内的引力强到足以克服向外的压力时，它将迅速收缩落向中心。如果气体云起初有足够的旋转，在中心天体周围就会形成一个如太阳系大小的气尘盘，盘中物质不断落到称为原恒星的中央天体上。在收缩过程中释放出的引力能使原恒星变热，当中心温度上升到1000万摄氏度而引发热核反应时，一颗恒星就诞生了。恒星的质量范围在0.1〜100个太阳质量之间。更小的质量不足以触发核反应，更大的质量则会由于产生的辐射压力太大而瓦解。近年来，红外天文卫星探测到成千上万个处于形成过程中的恒星。

恒星的运动和特点

在很长的一段时间内人们认为恒星是不动的。所以，千百年来，我们仍能辨认出它们的星座图形。

但是，据现代学者考证，中国早在公元8世纪初的张邃就对天文学很有研究，他把自己测量的恒星位置与汉代星图比较，发现恒星有位移。著名英国天文学家哈雷在1000年后，比较古代记载的恒星位置时，发现恒星的位置有明显的变化。哈雷在1717年用自己观测到的南天星表，对比1000多年前的托勒密星表，得出结论：恒星是在移动的。

以上观测表明，恒星是运动的。科学家们进一步证实所有的恒星都在运动。它们有的向东，有的向西，有的远离太阳，有的接近太阳。恒星的空间运动速度分2个分量：视向速度Vr和切向速度Vt。前者在人们视线方向，后者在与视线方向垂直的方向。恒星在切面方向的运动表现为在天球上位移，就是所谓的自转。

奥地利物理学家多普勒在1842年提出了“多普勒效应”。主要内容是，当声源和听者间发生相对运动时，声音会随着运动方向的不同发生变化，声源接近时声音的频率会变高，声音就变尖了；远离时声音的频率减小，声音就变钝。

天文学家根据物理学中的多普勒效应来判定恒星的运动。1848年，法国物理学家菲佐根据多普勒效应提出了移动光源的光谱特性：光谱线向红端移动，简称“红移”，代表光源在远离；而光谱线向紫端移动简称“紫移”，代表光源在靠近。20年后，天文学家运用先进的测量仪器发现，许多恒星的同一条谱线的位置并不相同，是因为它们在运动。

英国天文学家哈金斯1868年首先测出天狼星在远离我们。美国天文学家基勒在1890年测出大角星在接近我们时的速度是6千米/秒，现在更正为5千米/秒。通过观测恒星的自转可以求得恒星的切向速度。

太阳是颗普通的恒星，体积中等大小，愈靠近中心温度愈高。表面温度约6000℃，到了日核处，温度则在1500万〜2000万摄氏度以上。我们能观测到的90%的恒星都和太阳差不多，我们将这类恒星称为主序星。

英国天文学家威廉·赫歇耳在1783年对当时几颗有自转的恒星运动进行测定时，发现它们有一致的倾向。他认为这是太阳在空间运动的表现，并指出太阳的运动有目标性，目标是武仙座。天文学家进行大量的观测后，指出太阳运动的目标是在天琴座，天琴座在武仙座旁边，在赫歇耳当年确定的位置的附近，太阳运动速度约为20千米/秒。

我们所说的恒星的温度是指恒星的表面温度。恒星的温度各不相同，尽管大部分的恒星和太阳差不多。有的高达几万度，有的表面温度只有2500℃左右。质量比太阳小的恒星表面温度要比太阳小，质量比太阳大的恒星表面温度要比太阳高，可达10000℃〜20000℃。最高的恒星的表面温度可以达到80000℃。

在恒星的世界中，恒星一般是成双成对出现的，很少有像太阳这样单个的恒星。把天文望远镜对准星空，可看到许多彼此靠得很近的恒星，这就是双星。有的恒星之间还存在吸引力，经过仔细观察，在双星中，可看出有的恒星在围绕另一颗恒星运行，故称为“物理双星”。还有一种光学双星，看上去很靠近，其实相距遥远。

双星的质量通过观测和研究，可以很容易推算出来，单个恒星的质量却很不容易求出。根据双星的运动情况，利用牛顿万有引力定律、开普勒定律可以求出双星的质量。然后通过对比的方法估算出单个恒星的质量。

通常把三四颗以上直到一二十颗星聚集在一起的恒星叫做聚星。原来我们一直认为半人马座α星离我们很近，后来发现它是三合星，比邻星是其中距离地球最近的一颗恒星。

恒星在太空的分布除了单个恒星、各种双星和聚星等形式外，恒星还有一种奇特的现象，就是它们喜欢“群居”。星团就是许多聚集在一起的恒星集团。

恒星会消失吗

恒星既不像我们想象的不会动，也不能永恒存在。随着时间的推移，恒星也会有消失的一天。但是恒星从诞生到消亡的过程通常都比较漫长，可达几百万年甚至上万亿年。当发展到一定阶段以后，恒星就开始走下坡路，最后那些质量大的恒星会产生强烈的坍塌，发生爆炸，然后形成超新星。也就是说，我们的太阳也会有消失的一天，但是它不会变成超新星，而是会膨胀变大，比原来还要亮一万多倍，甚至很可能毁灭地球。太阳的寿命是100亿年，现在已经过了50亿年，也就是说，再过50亿年，这些可怕的事情有可能就会发生。

我们的太阳系

太阳系是一个庞大的家庭，它的家庭成员很多，而这个家庭的领导者就是太阳。太阳是整个太阳系的中心，它的引力控制着整个太阳系，其他天体都在围绕它进行公转。我们的地球就是太阳系中的重要成员，它有众多的兄弟姐妹，其中包括水星、金星、木星、火星、土星、天王星和海王星七个近亲，它们都属于行星家族，也包括众多的小行星、卫星、彗星、流星体和其他星际物质等远方亲戚，它们共同组成了伟大的太阳系。

如此庞大的太阳系，它又是如何形成的呢？这个问题让人比较头疼，因为我们谁都没有那个福气见识到它的形成过程。如果真的有时间飞船，我们就可以飞回到50亿年前去一探究竟。只可惜到目前为止，还没有人发明出时间飞船，科学家们也只是凭空猜测，提出了一个又一个假说，但都没有得到公认。也许将来的某一天，这些谜底还要我们来揭开呢！

虽然说现在有关太阳系形成的解释还都是假说，但是有些假说也是有一定的道理的。目前比较普遍的一种说法就是太阳系是由星云形成的，这种星云假说最早是由德国的科学家伊曼努尔·康德提出的。康德在他的著作《自然通史和天体论》中指出，太阳系是由一团星云演变来的。这团星云由大小不等的固体微粒组成，引力最强的中心部位吸收的微粒最多，首先形成了太阳。外面微粒的运动在太阳吸引下向中心体下落时与其他微粒碰撞而改变方向，绕太阳做圆周运动，这些绕太阳运转的微粒逐渐形成几个引力中心，最后凝聚成绕太阳运转的行星。

太阳的结构

太阳是地球上一切生物的能量源泉。它是一颗炽热的发光的恒星，由于太耀眼了，根本无法用肉眼观测其庐山真面目。随着先进的观测仪器的问世，人们才开始慢慢地认识太阳。

太阳被分为几个层次来研究。从太阳中心向外依次为日核、辐射层、对流层和太阳大气。太阳大气包括光球、色球和日冕3部分，太阳半径的15%是由日核构成的，是热核反应区。热核反应发生时，释放出巨大能量的主要形式是氢聚变成氦。日核部分的物质密度是1.6×10 ⁵ 千克/米 ³ ，中心压力达3300亿大气压，温度也很高，达1500万〜2000万摄氏度。

日核外面就是辐射层，从0.15个太阳半径到0.86个太阳半径都是辐射层。这里的温度和密度已急剧下降。密度为18千克/米 ³ ，温度为70万摄氏度。辐射层最先接收到日核传来的能量，通过吸收和再辐射来自日核的能量极高的光子而实现能量传递，每进行一次吸收和再辐射，高能光子的波长会变长，频率降低，这种再吸收、再辐射的过程反复地进行多次，逐渐将高能光子变为可见光和其他形式的辐射，经过对流层后，再向太阳的表面传播。

对流层厚度约14万千米，其起点在距离太阳中心0.86个太阳半径处。这里的物质内部的温度、压力和密度的梯度特别大，处于对流状态。对流运动的特性是非均匀性，这样会产生噪音，机械能就是这样通过对流层上面的光球层传输到太阳的外层大气的。

光球是人们平时看到的光彩夺目的太阳表面，厚度约500千米。光球层温度约6000℃。

太阳光球上经常出没的一些暗黑色斑点叫太阳黑子。它是太阳活动的基本标志之一。由于太阳黑子的温度比它周围光球的温度要低1500℃左右，因此在明亮的光球表面呈暗黑色斑点状。充分发展的黑子是由较暗的核和围绕它的较亮的部分构成的，形状很像一个浅碟，中间凹陷约500千米。太阳黑子在日面上的分布有一定的规律，表现为东西分布的不对称性和纬度分布的不均匀性。关于太阳黑子，我国最早在《淮南子》中就有记载，而欧洲人1610年才开始用望远镜观测黑子。

了解太阳的自转运动可以通过太阳黑子。英国天文爱好者卡林顿在从1853年起的8年间通过观察记录日面黑子数目的变化发现，太阳不同日面纬度旋转周期各不相同，并不是像人们想象中那样整块的运动。观测表明，太阳平均自转周期是27天，自转速度最快的是太阳赤道附近。

通过对太阳黑子数的长期观测和计数，我们可以知道，太阳黑子有一定的周期规律性，其平均周期约为11年。德国业余天文学家、药剂师施瓦贝是最早发现太阳黑子活动周期的人，他连续15年对太阳黑子进行观察和记录，获得了这一重要的科学发现。现在，人们把黑子出现少的年份称为太阳活动极小年，把黑子大量出现的年份称为太阳活动极大年。

从1755年开始的那个11年黑子周被现代国际天文界看做是第一个太阳黑子周，人们还规定往后依次排列序号。现在已经排到了第23周，最后一个黑子周是从1996年开始的，达到极大值的时间在2000〜2001年。

除了光球以外，太阳表层还有色球层和日冕。通过专门的仪器，可以清晰地看到太阳的色球层，这是一圈环绕太阳光球的厚为2000千米的红色大气。观测表明，常有巨大的太阳火舌在日轮边缘升起，这就是日珥。在太空，宇宙飞船曾拍摄到巨大的高达40多万千米的日珥！

我们经常看到一些暗黑的长条出现在太阳单色光照片上，这是日珥在日面上的投影，称为“暗条”。此外，色球上更多、更普遍的被称之为“针状物”的许多细小的“火舌”，其高度在6000〜17000千米之间，宽度约几百千米，景色非常壮观，被喻为“燃烧的草原”。

色球层中有时会出现“太阳耀斑”，这是一种突然增亮的太阳爆发现象。耀斑是迄今为止我们发现的太阳上最剧烈的爆发现象，强烈影响到日地空间环境。

日冕是在日全食月球遮掩日轮时，日轮周围的青白色光区，它是太阳大气的最外层。日冕的温度非常高，甚至高达100万〜200万摄氏度，因此有许多不断地向外膨胀的日冕气体，它们会产生连续微粒辐射。这种沿太阳磁力线的粒子流被称为“太阳风”。

太阳自转吗

我们知道，地球绕着地轴自转，朝向或背离太阳，形成了白天和黑夜。我们还知道，地球绕太阳公转，周期是365天左右，也就是一年。但是我们往往会错误地认为太阳是静止不动的。实际上，太阳是不断运动着的。为了跟得上横穿太空的太阳，它的行星和行星的卫星也需要长途跋涉。

首先，太阳和地球一样，也会自转。其次，天文学家认为太阳会脉动，它的体积有节奏地胀大、缩小。另外，太阳会横穿太空，绕其旋转的行星就像飞蛾绕灯泡飞行一样，也要跟着遨游太空。

太阳之所以自转，原因和行星一样。46亿年前，太阳同地球和其他行星一起，由旋转的气体和尘埃云团演变而来。整个太阳系生来就是运动的。但是太阳不是固体，而是个闪光的气体球，这与地球有所不同，所以它的自转有其独特的方式。比如，太阳的不同部分可以以不同的速度旋转。在太阳赤道附近，也就是中间部分，自转周期是25天。而在顶部和底部，也就是极区，自转周期约为33天。而地球是固体，整个地球的自转周期是24小时。

有很多关于太阳的奥秘，其中之一就是太阳中心的超热核。天文学家认为，这个热核有特定的自转周期，速度大约是其他部分的4倍。

在自转的同时，太阳还会脉动，即大约每5秒钟胀大、缩小一次，就仿佛整个巨大的恒星在呼吸。目前还不清楚太阳究竟为什么会脉动，但有人猜测，这种有规律的膨胀和收缩是由穿过太阳气体的复杂的声波引起的。

太阳上还存在另外一种形式的脉动。天文学家认为引力使太阳每半小时脉动一次：太阳中心附近浓稠的炽热气体向周围气体密度较稀薄的区域扩散，使太阳的体积胀大；随即，引力又将气体拉回到中心，于是体积又缩小了。

水星

这个太阳系最靠内的行星公转速度最快，比地球公转的速度快4倍。来自太阳的高温不允许水星存在任何大气层，没有了这个调控体系的存在，水星白天温度可高达400℃，而在晚上温度会一下子降到-170℃。要是那样的话，我们的身体受得了吗？要么被烤得焦脆，要么被冻成碎片，水星可不是个宜居的度假胜地。

水星是一个相当小的行星，我们常用“难以捉摸”来描绘它。我们很难找到它，因为它离太阳最近，从来也不会高出黎明或黄昏的地平线。甚至有些天文学家也没看到过水星！但是，如果我们知道在哪里，确切地说在什么时候观看它，那么还是能够相当容易看到它的。由于太空中存在各种各样的倾角，因此，观测水星的最佳时间是在北半球春季（南半球秋季）的夜空，或者北半球秋季（南半球春季）黎明的天空。

金星

这颗离太阳第二近的行星围绕太阳公转比自转要用更少的时间，意思就是，金星上的一天要比它的一年时间还长！金星比其他任何行星离地球都要近，只有4050万千米，刚好是月球到地球距离的100倍。

金星可能是天空中除太阳和月球之外第三明亮的天体。这就意味着，有时候我们在大白天也能看到它，而在夜晚它也有可能像月球那样投下阴影。金星之所以这样明亮，是因为它表面覆盖着厚厚的白色云朵，这些云朵是由可以致人死亡的二氧化碳组成的，能够把照在它身上的65%的阳光反射出去；再一个原因就是，金星比其他任何行星离地球都要近。无怪乎古人把金星称为长庚星（晚星）或启明星（晨星），当然，这取决于人们什么时候能够看到它。但是，只要人们能看到它，它自然是当之无愧的。

在极少数情况下，我们可以看到（要做好防护措施）金星正在从太阳面前经过。这种所谓的“凌日”现象每隔100多年才结对发生一次。上一次的凌日现象发生于2004年6月8日，这一次后的一次会出现在2012年6月6日。如果错过了这次，那么就只好等到2117年11月11日了！

火星

火星曾给我们带来无限的遐思，这里有很多原因：火星具有非常鲜艳的红色，天文学家在火星表面标示出了运河状条纹，H.G.威尔斯写过《星际大战》，还有近年来人们在研究、寻找火星上“消失”的海洋。

1994年有一项广为报道的研究，内容是说在南极发现了一颗陨石，名字叫做ALH84001。根据一些人的观点，这颗陨石来自于火星，上面带有变成化石的细菌生物。但是，自那时候起，其他一些报道则对这种所谓的火星生物“证据”表示了怀疑。随着现在对火星探测活动的展开，有一天我们终将会知道真相，看看我们这个红色的行星邻居上面到底有没有生命存在。

火星有一层薄薄的大气，在火星表面，气流卷起红锈色的火星尘埃，它们被吹浮起来就像沙尘暴一样。

火星可以运行得离地球比较近，距地球5570万千米，也可能离开很远，为4亿千米。这里同样也需要考虑到火星公转轨道的椭圆性。在2003年8月27日那天，火星运行到离我们最近，这可是近6万年以来的第一次！这使得它看上去是极为明亮的天体。通常而言，每过18个月左右，地球就会赶上并超过火星，此时这个红色的世界就变成了天空中第二明亮的行星（排在金星之后）。

小行星

在火星与木星的公转轨道之间有很多太空岩石，它们被称为小行星，这就是主小行星带。有关它们形成的一个理论认为，这里之所以没有能形成一颗行星，是因为受到附近木星强大引力的影响。

谷神星是这个主要地带最大的小行星，直径为940千米，也是1801年人们发现的第1颗小行星。随后发现了智神星、婚神星，以及最亮的小行星灶神星。在这些小行星中，有些是以地球上的普通人名来命名的，如希尔达、阿尔伯特和索拉；有些甚至是以摇滚歌星的名字命名的，包括恩雅、克莱普顿、泽帕和雅尔等。

有一颗小行星我们经常可以用肉眼看到，即灶神星。它看起来就像一颗暗弱的星星，因此需要在比较明净的夜晚才能看到它，但这也是挑战。

木星

木星是太阳系最大的行星，也是第一颗气体巨人。谁知道木星有多少颗卫星？它那巨大的引力意味着它可能有几百颗卫星！它的绝大多数卫星都极其微小，因此我们不可能搞清其真实的数量。木星还有著名的大红斑，这是一个已经持续了300年的木星风暴。木星大红斑很大，能够把两个地球装到里面。

木星非常大，能够反射很多太阳光，因此，有时候它看上去确实是一颗很亮的星星。我们需要使用望远镜才能观测到木星著名的大气带和大红斑，只需要简易的双目镜就能看到4个小点，它们是木星的4颗主要卫星。

土星

土星是太阳系第二大行星，是一颗带有光环的美丽行星。实际上，所有这4颗气体行星——木星、土星、天王星和海王星都带有光环。正是光环使得土星比较明亮，而且它有好多个光环。土星因为是由气体构成的，所以极其轻。如果有个足够大的浴缸，而且里面能灌满足量的水，我们就会发现，土星在里面会漂浮起来！

土星的光环是由冰冷的岩石微粒构成的。这些微粒有的小到沙粒，有的大如一栋房子，它们就像一颗颗小小的卫星绕着土星转动。

同木星一样，土星也是个相当大的天体。当土星与地球同时处于适当的位置时，它看起来非常明亮。我们需要借助一架望远镜才能观测到土星的光环和卫星。

天王星

这颗行星是人们第一次使用望远镜发现的。应当归功于威廉·赫歇耳，是他在1781年3月13日发现的。虽然此前很多人都看到过这颗星星，但是没有人知道它究竟是什么天体。为了纪念英国国王乔治三世，赫歇耳最初把这个新天体命名为“乔治亚行星”，但是人们最终接受了“天王星”（最早的至上神和天的化身，大地女神的儿子和配偶，提坦神的父亲）这个更为经典的名字。天王星最独特的地方在于它的轴心非常倾斜，以至于整个行星看起来好像在打转，就如同一个圆球在地面上滚动。

当天王星处于最亮的时候，星等为5.5，肉眼刚好可以看见。这的确具有挑战性，即便对那些能在最为明净、漆黑的夜空观测的人们来说，也颇不容易。

海王星

海王星是4个气体球形巨人中最后和最小的一个，但即便如此，它也还是要比地球大54倍。由于海王星离地球非常遥远，所以它是一个暗弱的世界，孤零零地呆在太阳系冰冷的边缘。因此，直到1846年人们才认定它，这也就毫不奇怪了，尽管伽利略可能曾在1612年观测过它。

因为海王星离太阳非常远，因此需要使用双目镜才能找到它，它的星等只有7.7。

冥王星

冰冷的冥王星离太阳的距离极其遥远，所以人们以地狱之神的名字来给它命名。2006年，在捷克举行的国际天文学联合会第26届大会上，冥王星被确认为“矮行星”。冥王星比月球要小，再加上它极其遥远，所以直到1930年它才被人们发现。

冥王星环绕太阳公转一周需要248.54年。它的运行轨道非常怪异，它每公转一周，其间有20年是在海王星公转轨道的内侧运行的（最近的一次发生在1979〜1999年间）。

观测冥王星：冥王星极其遥远，只有使用高倍望远镜才能在天空发现它那微弱（星等为13.8）的小点儿。如果生活在任何有灯光污染的城市，那就不要费神尝试了。

美丽的流星雨

你们看到过流星吗？遇到流星的时候你们有没有许愿呢？你们一定很想知道，对着流星许愿究竟会不会让愿望实现，相信你看完下面的内容就会知道答案了。

流星虽然也叫做星，但它却并不是一般的星体，而是一种现象。在行星际空间，存在着大量的固体物质和尘粒，这些物质就被称为流星体，是流星在进入地球以前的状态。流星体也是围绕太阳运转的，当它们接近地球时，会受到地球引力的作用，这将使它们的轨道发生改变，从而有可能穿过地球的大气层，闯入地球。这就是我们平常所看到的流星现象。另外，当地球穿越流星体的轨道时，也可能发生流星现象。

在各种流星现象中，最美丽、最壮观的当然要数流星雨了。流星雨是怎么形成的呢？如果在行星际空间，存在着许多流星体，它们共同组成了“流星群”，当流星群与地球相遇时，就会有大量的流星进入地球，于是就形成了流星雨的壮观场面。流星雨一般都是用其辐射点所在的星座来命名的，如狮子座流星雨、英仙座流星雨、猎户座流星雨等。

关于流星雨的形成，还有另外一种说法，那就是由彗星的碎屑形成的。彗星在运转的时候会将一些碎屑状的物质撒在自己的轨道上，这些物质逐渐脱离了彗星，从而形成了流星群，当与地球相遇的时候就形成了流星雨。比如说在1872年，天文学家曾预测出将有一颗比拉彗星十分接近地球，可是在地球经过比拉彗星轨道的时候，许多地方的人们却看到了一阵极大的流星雨，于是科学家们判断这场流星雨是比拉彗星的残骸所形成的。当然，事实究竟是不是这样的，还有待考证。

探寻彗星活动的周期

据说在1682年的一天夜里，突然有一颗明亮的大彗星划过欧洲的夜空。许多人被这一奇特的自然现象吓坏了，以为世界末日就要来到，每天心惊胆战地过日子。当时英国有一位天文学家也看到了这颗彗星，他就是哈雷，当然他没有像世人那样惊慌失措。

哈雷从小就对天文现象感兴趣，他曾亲眼目睹过1664年和1665年出现的彗星。当时的人都十分迷信，大多数人都认为这两颗彗星的出现是不祥之兆，因为当年欧洲发生了黑死病瘟疫和伦敦大火。在父亲的帮助下，哈雷自己买了一架望远镜来观测天象。17岁时，他进入牛津大学王后学院学习。入学的第二年，哈雷就写信给格林尼治天文台台长、皇家天文学家弗兰提斯德，指出了他绘制的木星图和土星图中的计算错误。弗兰提斯德并没有不高兴，而是虚心接受了哈雷的观测记录。哈雷20岁的时候，依靠印度公司的资助前往圣勒拿岛，他在那里建立了南半球第一座天文台。通过长时间的观测，他编制出了第一个包含341颗南天恒星黄道坐标的南天星表。

哈雷具有良好的科学素养，他不仅勤于观测，而且还善于思考，这些良好品质为他后来研究彗星奠定了坚实的基础。

著名的天文学家开普勒当年曾不辞辛苦地研究火星运动，终于发现了行星运动的三大定律。这件事给了哈雷很大启发。他想，既然行星都按照一定的轨道有规律地运行，那么，彗星运行是否也有什么轨道呢？其中是不是也有某种规律性呢？一想到这些，哈雷就决心解开这个难题。他花了大量时间搜集有关彗星出现的历史记载，并且编制了一张表，把彗星出现的时间、运行路线和在天空中的位置详细地列在表中。由于种种原因，搜集到的资料都很不完整，所以哈雷对每一颗星的记录都要加以整理计算，以便分析研究。

经过反复地计算分析，哈雷发现1682年的彗星的轨道很像1531年、1607年出现的彗星的轨道，而且前后出现的时间间隔也比较接近，大约都是76年。他根据自己的研究分析，认为这3颗彗星很可能是同一颗彗星在不同时间里出现了3次。1704年，哈雷升任为牛津大学教授，第二年他就发表了《彗星天文学论说》，书中详细记述了1337〜1698年间天文学家观测到的24颗彗星及其轨道。他在书中指出1531年、1607年、1682年出现的3颗大彗星的轨道十分相似，由此推断它们是同一颗彗星，每隔75〜76年飞临地球一次。他甚至预言：1758年底或1759年初这颗彗星将再度回归近日点。令人遗憾的是，哈雷没有等到亲眼目睹这一天文奇观。1742年，哈雷病逝于格林尼治。

哈雷虽然去世了，但研究彗星的事业还在继续，哈雷彗星开始向世人展示它的秘密。

1743年，一位名叫克雷洛的法国数学家根据哈雷的预言，运用万有引力定律，进一步计算了遥远的木星和土星对这颗彗星的引力效应。最后他得出结论，说该彗星届时会在土星和木星的引力作用下，稍微偏离原来的轨道，这样它回归时出现的时间要迟于哈雷原先预测的时间：它很有可能是在1759年4月出现。

1759年3月，这颗人们期待已久的明亮的大彗星终于如期而至。它比哈雷所预报的时间晚了一些。牛顿万有引力定律的可靠性也再一次得到有力证明。后人为了纪念哈雷在彗星轨道计算方面的伟大贡献，就把这颗彗星以他的名字命名。

彗星的中心部分是彗核，呈固体状，构成彗核的冰冻团块、尘埃在彗星绕太阳运动时都有一部分物质会损失掉。因为彗星在高速行进中，从彗核蒸发出来的气体、尘埃等被吹离彗核，进入到行星际空间。这样一来，彗星总有一天也会“寿终正寝”。彗核中所有的尘埃、气体一次次地蒸发，彗核的结构越来越松散，直到有一天它支离破碎，整个地被瓦解，彗星的生命也就终结了。

彗星的外观很庞大，其实它徒有其表，它的密度极小，几乎就是“虚空”的。据说1000亿颗彗星的质量合起来才等于地球质量的十分之一，由此可见，它是多么“轻”了。彗核瓦解崩溃后，一部分物质可能成为很小的小行星；另一部分物质变成流星群，游荡在太阳系中。观测表明，地球上常见的流星雨现象和彗星有着十分密切的关系。由于彗星经常游荡在远离太阳的太空中，太阳很少影响到它的活动，许多早期太阳系的信息都保留在它身上，因此彗星在研究天体演化方面具有非常重要的作用。

据史料记载，中国人最早观测到哈雷彗星。中国有一部古书名叫《春秋》，里面清楚地记载着：“鲁文公十四年（即公元前613年），秋七月，有星孛入于北斗。”这里的“星孛”就是指哈雷彗星。这是世界上第一次关于哈雷彗星的确切文字记载。中国的另一部史书——西汉的《淮南子》中也有对哈雷彗星的文字记载：“武王伐纣……彗星出，而授殷人其柄。”中国现代著名天文学家张钰哲先生经过推算指出，自公元前240年起，中国的史书记载了每次哈雷彗星的出现，无论是次数还是详细程度，在世界上都是最完备的。

哈雷彗星最近的一次回归是在1986年。现在历史已经跨进了21世纪，我们期待着哈雷彗星再次回归。

哈雷彗星是一个“脏雪球”吗

在世界各国都流传着很多关于彗星的传说。每次彗星光临地球时，人们都会以极大的热情去关注它。

彗星为什么这样引人注目呢？这是因为它有奇异的形状：毛茸茸的彗头中间嵌着闪光的彗核，拖着长而透亮的彗尾。另外彗星突然出现，来也匆匆，去也匆匆，有的则从遥远的行星际尽头奔向太阳，随后又扬长而去，如同浪迹太阳系的漂泊者。

在如此众多的彗星里头，最引人注目的明星是哈雷彗星。

在1986年时，天文学家已经认识到，彗星实际上是一个由石块、尘埃、氨、甲烷所组成的冰块，外形极像一个深黑色的长马铃薯，就像一个“脏雪球”。它与地球上的小山差不多，假如在上面做“环星旅行”，不到半天就可以完成，这样的小个子，远离太阳时在地球上是无法看到的。但当这个“脏雪球”飞向太阳时，太阳的加热作用让其表面的冰蒸发升华成气体，与尘粒子一起围绕彗核成为云雾状的彗发和彗核。彗发又让阳光射散，这样就形成了有着星云般淡淡光亮的长长的彗尾。这时，彗头直径可以达到几十万千米，彗尾长达好几千万千米，变得好像一个庞然大物，但质量却小得出奇。它的绝大部分质量集中在彗核，也只有地球质量的十亿分之一。

那科学家是怎样发现哈雷彗星是一个“脏雪球”的呢？

原来，英法等西欧10国科学家花了5年时间制造了“乔托”号探测器，用来揭开哈雷彗星的真貌。它深入到离彗核只有500多千米的地方，并进入到彗发的深处，从而让人类第一次目睹了彗核的真容。第一，独具特色的喷流高上千千米，喷流核表面粗糙，像煤块般黑，核外都是由非挥发性物质组成的多孔表面层，接近太阳时外表30℃〜130℃，里层仍为-70℃，有裂纹和凹坑多处，从里向外喷射气体尘埃流，煞是好看。第二，回照率4%，比煤炭还黑。

但哈雷彗星也和宇宙中的其他彗星一样，逃不过衰亡的命运，它将一次比一次暗淡，最后将会耗损殆尽并崩解。但是，每隔一段时间，总会有另一颗光耀的彗星出现，作为“生力军”加入人类所发现的彗星名单中去，例如，人们在20世纪末发现的百武彗星及海尔-波普彗星，因此人们可以不断目睹彗星的风姿。

神秘的月球

对于月亮，我们是再熟悉不过的了。我们知道，太阳是太阳系里面唯一可以发光的天体，月亮本来就是不会发光的。我们平时所看到的月光，并不是月亮本身发出的，而是太阳光在月球上的反射。也就是说，如果不是太阳把它照亮了，我们是看不到美丽的月亮的。

苏东坡的《水调歌头·明月几时有》中有一句：“人有悲欢离合，月有阴晴圆缺。”为什么说“月有阴晴圆缺”呢？

如果你回答说是因为月亮的形状发生了改变，那就大错特错了。事实上，月亮的圆缺变化是由于太阳、月亮和地球之间的相对位置发生变化所形成的。当月亮处在地球和太阳中心的时候，我们就看不到月亮，此时被称之为新月；接下来，月亮沿着它的轨道慢慢地转过来，我们就会看到弯弯的月牙；等到月亮变成一半的时候，就出现了上弦月；随着月亮的逐渐长胖，我们就看到了满月；满月只可维持一两天，然后就又开始变瘦；剩下一半的时候，即是下弦月；随着月亮越来越瘦，又变成了弯弯的月牙，然后消失不见了，此时的月亮被称之为残月。残月过后，就又会开始新一轮的变化，所以我们看到的月亮是每天都在变化着的。

尽管我们想象中的月球应该是很美的，但事实却并非如此。月球上基本没有水，没有空气，因此声音也就无法传播，到处是一片荒凉、寂静的景象。而且月球上几乎没有大气，所以月球上面的昼夜温差很大，白天可高达127℃，夜晚则可低至-183℃。不过月球上也有很有趣的事情，我们都知道在太空中会出现失重的现象，在月球上也是如此。月球的引力只有地球的1/6，也就是说，6千克重的物体到了月球上就变成1千克了。我们在月球上行走会变得很轻松，稍微用力就可以跳起来。半跑半跳的前行方式应该会很有趣。