正文 第十八講 太陽系

↓1.行星與衛星、行星的詞源、恆星。

↓2.行星的運行。

↓3.行星的距離、每小時可以拉我們行駛10.8萬千米的馬車、幾何學上最長的基底線。

↓4.波德定律。

↓5.行星的體積。

↓6.太陽對其行星群的主宰。

↓7.對太陽系的想像。

↓8.磨盤與芝麻、如何稱量一顆帶著衛星的行星、全部行星的質量之和與太陽的質量相比較。

↓9.行星的密度、漂浮在水上的行星物質。

↓10.行星上的年與日。

↓1.各種與我們地球相類似的星球,由於受到太陽巨大引力的作用,它們與地球一起,在各自的軌道上周而復始地轉動。其中,有的體積大一些,有的體積小一些;有的離得近一些,有的離得遠一些。所有這些星球都是不發光的,就像地球一樣,它們是從太陽那裡接收各自的光和熱,我們將這些星球稱為行星。當這些附屬的星球依次繞著主宰它們的那顆星球轉動時,而另外一些更不重要的星球則繞著附屬星球中的一些星球轉動,就像月球繞著地球轉動那樣,我們將這些不太重要的星球稱為衛星。太陽和它的行星以及衛星就構成了我們所說的太陽系。

行星這個詞的意思就是指移動的星體。實際上,星體之間的相對位置是保持不變的,就像它們是被牢固地鑲嵌在天穹上一樣,行星們由於它們是繞著太陽作環形運動的,所以它們在天空中的位置是游移不定的。從我們的觀察點看來,它們每天都會經過星空中的不同區域。在今天,這顆星星可能位於這片星團,在明天,它就會被自身的運動帶到另外一個星團。因此,只要看一下它在這些星星中間的位置是否有移動,我們就可以以辨認出來它是否為一顆行星。如果不移動的話,那麼它就是一顆恆星。

衛星是指一顆星星繞著另一顆星星轉動的附屬運動。它的意思是守衛者或侍者,也就是說,衛星星球是它所圍繞著轉動的那顆星的侍者。衛星將太陽的光線反射給它所圍繞著轉動的星球,而這顆星球又將太陽光線反射給衛星。我們將地球稱為行星,將月球稱為衛星,因此我們就確定了行星與衛星的定義。

↓2.在今天,天文學家們所辨認出來的行星的數目已經超過90顆,下面就是它們的名稱,我們是按照它們與太陽的距離由近到遠排列出來的。

水星

金星

地球

火星

一些小行星

木星

土星

天王星

海王星

每顆行星都像地球一樣,繞著主宰星划出各自的橢圓形軌道,這些橢圓都接近於圓。所有的橢圓形軌道都有一個共同的焦點,即太陽,但是每顆行星的另外一個焦點都不一樣,就像它們各自橢圓形軌道的大小也各不相同一樣。因此不同的行星軌道從來不會混淆,也不會相互交叉。此外,這些軌道是朝向各個方向的,我們並沒有發現它們中的哪一些高,哪一些低,哪一些向左傾斜,哪一些向右傾斜。這是因為,它們幾乎都處於同一個平面上,就彷彿在一張紙上畫了很多同心圓一樣。它們這個共同的平面幾乎就是太陽赤道的延長面,行星繞著太陽轉動的方向都是相同的。我在前文中已經跟你們講過,一個位於太陽軸上的觀察者,他的頭向著太陽上面的一極,那麼他會看到太陽從右向左轉動,行星也是沿著這個方向繞著太陽轉動的,而衛星也是沿著這個方向繞著各自的行星轉動的。

↓3.關於行星,第一個要解決的問題就是它們之間的距離。在這裡,出現了一個困難,它與我們在測量太陽與地球之間的遙遠距離時遇到的困難一樣。地球太小了,所以不能作為進行這樣測量的必要基底線。天文學家們通過一種非常恰當的方式轉換了這一困難。為了求得一個我們不可到達的距離,應該怎麼去做呢?要有一個適當長度的基底線以及兩個角。但是在地球上,我們找不到一根足夠長度的基底線,即便兩極之間的距離也是不夠長的。正因為如此,我們就得用上這輛以每小時10.8萬千米速度運行的馬車,也就是得用地球的運行速度與路程來測量。在這個時刻,我們位於空間中的這個位置,過了一小時、兩小時、三小時之後,我們就會被帶到離此地有10.8萬千米的一倍、兩倍、三倍距離的位置處。這是一根最好的基底線,它增長的幅度是非常大的。我們不用離開我們的工作間就可以走過這樣一段距離。在今天,天文學家從他在地球上的觀測點上觀測他所要研究的那顆行星,獲得了第一個角;第二天,他在同樣的時間再作一次觀測,獲得了第二個角。至於這個三角形的底,它的長度是10.8萬千米的24倍,正是地球走過了這段距離,並且測量出了這段距離。儘管基底線的長度等於地球最大尺度的200倍,但這樣長的一段距離可能還是不夠的,如果這段距離不夠的話,還需要再等上多少天呢?在等待了六個月之後,天文學家會來到地球繞日公轉軌道直徑的一個端點上再進行一次觀測,而他的另一次觀測是在另一個端點上進行的。因此,這根基底線的長度就是我們地球到太陽距離的兩倍,即3.04億千米。當幾何學要測量天體時,就會以這段非常長的距離作為基底線來構造三角形。但對於這些行星而言,這樣的長度並不是必須的。要使得地球走過的距離可以與地球和行星之間的距離相比,幾天的時間間隔就足夠了。

↓4.正是根據我剛剛向你們介紹的這種方法,儘管介紹得並不是很具體,但總體的框架已經介紹清楚了。天文學家測量出了不同的行星與地球到太陽之間的距離。我們不必花費力氣努力去記憶這些所獲得的數據,通過一種非常簡單的記憶方法,我們就能記住行星距離的數字系列。在紙上寫下0,然後再寫下3,然後再寫下3的2倍……即依次將每次所得的結果乘以2,我們得到如下的數列:

0 3 6 12 24 48 96 192 384

然後我們再把該數列中的每一項數字都加上4,從而得到如下的數列:

4 7 10 16 28 52 100 196

最後,按照上文所說的與太陽的距離由近到遠的次序,我們將這些數字寫在這些行星的後面:

水星 4

金星 7

地球 10

火星 16

一些小行星 28

木星 52

土星 100

天王星 196

海王星 388

這張圖表告訴我們,倘若地球與太陽之間的距離以10來表示的話,那麼金星和太陽之間的距離則是7,火星和太陽之間的距離則是16,土星和太陽之間的距離則是100。如果我們想要把這些相對數字轉化成以千米來表示的數字,那麼我們只要想一想地球到太陽之間的距離是1.52億千米,根據這一數值,比如說木星和太陽之間的距離就是1.52億千米的十分之一的52倍,或者是521520萬千米,即7.904億千米。

這種記憶方法稱為波德定律。定律這個詞在這兒並不合適,因為它似乎指的是一種數字比例,通過它能夠實際地計算出行星的距離,然而它只不過是一種為了減輕記憶的負擔而發明的巧妙組合。在運用這一所謂的定律時,我們不要忘記,它給我們提供的僅僅是一些大約的數值,不過這些大約的數值對我們而言已經足夠了。比如說,根據波德定律,木星到太陽的距離是7.904億千米,而它的真正距離是7.948656億千米。我們還需要記住,小行星群所對應的數值是28,這是一個平均數值,是小行星們到太陽距離的平均數,這個小行星群是由80多顆小行星組成的。最後,我們還應該知道,最後一項數字是錯誤的。假如地球與太陽之間的距離是10,海王星到太陽的距離則不是388,而只有300。

↓5.現在我們花費上一點時間來研究一番最後一個距離。海王星位於太陽系的邊緣上,它是被太陽照射的距離最遠的一顆行星。在它那廣闊的軌道中,囊括了所有其他行星的軌道。要測量它的距離,我們需要地球與太陽之間的距離即1.52億千米的30倍那麼長的距離,難道這就是宇宙的最邊界嗎?不是。因為在這之外,宇宙的邊界還會更遠。像海王星的這麼點距離,若與宇宙的邊界距離相比,幾乎不值一提。在宇宙中還存在著其他無數的、光芒四射的恆星團,還有其他無數個像太陽系那樣的行星系統的中心,它們全都是恆星。海王星的軌道只不過佔據著天空中的一個小小的角落、一個點而已。無論我們的想像力多麼豐富,我們都不能夠想像出這麼一個巨大的空間來。古代一位著名的詩人赫西俄德,他想要賦予他所構想的宇宙一個高度的觀念,他認為下面的這個想像是最好的了:假如有一個巨大的鐵砧從天穹頂的高處落下來,那麼需要十天的時間它才能落到地球上。與科學所揭示出來

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