正文 第二十三講 恆星(一)

↓1.恆星、恆星的閃爍。

↓2.測量恆星的距離。

↓3.在傳播路程中變老的光線、在恆星毀滅後很長一段時間內都還能看到這顆恆星。

↓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。

↓5.恆星角直徑的不可測量性、望遠鏡中所看到的恆星們。

↓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。

↓7.恆星的分類、一等星的列表。

↓8.肉眼和望遠鏡可以看到的恆星的數量。

↓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。

↓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。

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。而在這裡,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像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。

↓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。實際上你們可以想像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。

↓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。這些不可想像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。

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。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裡都還能繼續看到它;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裡,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。

↓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,讓我們想像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。從這裡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

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