每一颗星星都是一个时空穿梭机。
2500多年前的一个夜晚,天空晴朗,繁星密布,哲学家泰勒斯走在旷野的一条小路上,时而停下来仰望一下星空。他用目光快速在星空扫过,一下子便看到了醒目的北斗七星,他利用北斗七星定了定方位,确认自己的方向感觉是对的。
泰勒斯的目光很快又被星空里一条银色的光带吸引,那是熟悉的银河,它高高升起,从东北流向西南,大十字架形的天鹅正好在银河上方,沿着银河的流向展翅飞翔。天鹅的前方,银河开始变得波澜壮阔,一个半人半马的射手张弓搭箭从东方追来,前蹄已经踏入银河,一只天蝎正竭力爬上银河西岸逃窜,它那独特的弯钩尾巴高高翘起,似乎在警告射手不要靠近。
“银河里流淌的是什么呢?”泰勒斯陷入了沉思,“水,云气,还是星星?或者,是造物主用两个半球焊接天空,留下的拼缝?”
泰勒斯一边想着,一边迈步前行,不料路上有个深坑,泰勒斯只顾看星星,一脚踩空,摔了下去。等他清醒过来,发现自己已躺在坑底,泰勒斯试了试爬不上去,就索性躺下来,看着天上的星星,沉沉睡去。
第二天早上,一个农夫从这里路过,发现了坑底的泰勒斯,很热心地把他拉了上来。泰勒斯在当地非常有名,大家都认识他,农夫困惑不解地问:“大哲学家怎么睡到坑里去了?”
泰勒斯答道:“昨天夜里,我一边走路,一边仰望星空,没有留意脚下有个坑,就摔下去了。”
农夫哈哈大笑:“大哲学家能看清天上的星星,却看不见脚下的坑。”
泰勒斯心中掠过一丝不快,没办法,燕雀安知鸿鹄之志?走自己的路,让别人说去吧。
时光荏苒,转眼过去了1000多年,德国哲学家黑格尔看到了泰勒斯这个故事,感慨道:“有些人不会跌倒,因为他们一直在坑里,在坑里的人也许更安全,但他们从未看到更高远的东西。”于是,黑格尔又说了下面这段著名的话:
“一个民族有一些仰望星空的人,这个民族才有希望;一个民族只是关心自己脚下的事情,这个民族是没有未来的。”
泰勒斯在2500多年前看到的星空,和我们现在看到的星空是一样的吗?
答案是,几乎完全一样。无论是北斗七星,还是天鹅、天蝎、人马等形象,在泰勒斯眼里,和我们眼里是一模一样的。
这就是恒星天空,千年不变的永恒画卷。
这幅恒星画卷初看上去是半球形的,就像一个张开的大伞,高高悬在大地之上,这就是中国古人的宇宙观:天圆如张盖。
作为现代人,你清楚地知道,大地在宇宙中只是一个微不足道的小球,小球的下方,还有另一半天空。这样,你就建立起了最基本的宇宙图景:
天空像一个球,一个无限大的天球,包裹在小小的地球周围,恒星就像透明球壳上镶嵌的一颗颗钻石。
恒星就像镶嵌在天球上!
这句话的重点是,每一颗恒星在天球上的位置是固定的,它们看起来是恒定不动的,这就是恒星这个词的含义。
繁星密布的夜空让人眼花缭乱,其实肉眼可见之星数量是很有限的,任何时候,你的肉眼在夜空里看到的星星数量,最多不过3000颗左右。
这3000颗左右只是天球的一半,还有另一半在地面以下。整个天球上的肉眼可见之星,不过6000来颗。就是它们,把夜空妆点得星光灿烂,那是宇宙赐给人类的宝贵财富。
因为恒星天空是一幅永恒不变的画卷,人们就可以在星空里划分一个个星座。如果一组星今年看起来像只蝎子,明年看起来像条鱼,就没法划分星座了。
划分星座的事情在5000年前就开始了,它并没有多么神秘。游牧民族在旷野放羊,夜间闲来无事,就数星星玩,今天联想出这个图案,明天联想到那个图案,于是就有了星座。到公元2世纪,古希腊的托勒密就已经记录了48个星座。
1928年,国际天文学联合会开了个大会,明确了星座的数量和边界,使天空每一颗恒星都属于某一特定星座。会议确定的星座数量是多少呢?
88个!
不是12个,而是88个,这就是当今世界通用的星座体系。
恒星为什么看起来恒定不动呢?
因为它们非常遥远。
衡量恒星的距离,必须用一个新的单位——光年,就是光走一年的距离。
光的速度是每秒钟30万千米,1光年有多远呢?计算起来很简单:
300000×60×60×24×365≈9.5万亿千米
或者你可以简记为10万亿千米。
光年是一个距离单位,也是一个时光穿梭机,可以带你穿梭到很远的过去。
在肉眼可见的约6000颗恒星中最近的一颗位于半人马座,也是它里面最亮的星——南门二,它与地球的距离是4.3光年。
南门二发出的光照射到地球需要4.3年时间,假如你今天晚上看到了南门二,那其实是它4.3年前的样子。
假如你乘坐一艘宇宙飞船去南门二,这艘飞船每秒飞行30千米,需要的时间是43000年!
地球距离太阳1.5亿千米,太阳发出的光照射到地球,需要的时间是8分19秒,同南门二的4.3年相比,简直不值一提。
地球绕着太阳的轨道,是一个直径约3亿千米的大圆,这在我们看来大得不可思议,但从南门二的位置来看地球轨道,就像从4千米之外看一枚1元硬币。
这样,即便地球从轨道一端走到另一端,跨越3亿千米的空间,相对于恒星的距离来说,也是微乎其微。
也就是说,想象中的那个恒星天球是非常巨大的,无论是地球,还是地球轨道,同恒星天球相比都微小得可以忽略不计。这个结论,早在2000年前的古希腊,已经被那批哲人搞得非常清楚了。
这样,处在地球上的人们看来,恒星就必然是恒定不动的了。(www.xing528.com)
恒星太遥远,人们根本看不出恒星的距离差别,因而恒星天空就像一个球面——这正是古人把恒星天空想象成一个透明球壳的原因。
天球上划定的一个个星座也只是球面上的一个个区域,只代表你眺望太空的方向。
比如,当你眺望大熊座的时候,视线投向的是北方天空的某个区域;当你眺望猎户座的时候,视线投向的是赤道上空的某个区域。
星座只能告诉你方向,无法告诉你深度。
但星空是有深度的,组成每一个星座的每一颗恒星,到我们的距离都不一样。
以猎户座为例,它有七颗亮星,分别是参宿一至参宿七,看上去远近是一样的,但这七颗星与地球的距离大不相同:
参宿一:817光年;
参宿二:1976光年;
参宿三:916光年;
参宿四:500光年;
参宿五:252光年;
参宿六:647光年;
参宿七:863光年。
猎户腰间佩带一把匕首——三颗看起来小一点的星——伐一、伐二、伐三,这三颗星与地球的距离分别是:
伐一:884光年;
伐二:1896光年;
伐三:2329光年。
人类肉眼所见的6000多颗恒星,绝大多数与地球的距离都在3000光年以内,如果把这些恒星全部拿掉,地球的夜空将暗然无光。
然而,肉眼看上去的那满天繁星,其实只是银河系的一小部分。从银河系的角度来看,无论是4.3光年之外的南门二,还是1000光年之外的参宿二、伐二、伐三等恒星,全部都是太阳系的近邻。
银河系是一个庞大的恒星帝国,其主体是一个扁平的盘状体——银盘,直径约10万光年。一艘每秒30千米的宇宙飞船,沿着直线穿越整个银盘,需要的时间是10亿年。
从正面看,银河系是一个巨大的旋涡,中央有一个长达2万多光年的棒,从棒的两端伸展出两条巨大的旋臂,两条大旋臂又有若干小的分叉。
银河系里约有3000亿颗恒星,太阳只是其中的一颗,它距离银河系中心约27000光年。
如果以地球为中心,以3000光年为半径在银河系作一个大球,地球夜空的满天繁星基本上都在这个球内。除了肉眼可见的约6000多颗星星外,这个大球里还有好几亿颗恒星,它们都是肉眼看不见的,默默无闻地潜伏在太空里。
在望远镜时代以前,人类几乎全部视线都在这个球内,所有的星空故事都在这个球内上演。
自从使用望远镜观察天空以来,人类的视线穿越天上的群星,深入到银河系内部;又穿越巨大的银盘,窥视到银河系之外。在银河系外面,是更广阔的宇宙太空,那里有无穷无尽的河外星系,银河系只是星系中的普通一个,这就是宇宙的大尺度图景。
地球夜空的满天繁星基本上都在这个蓝色小圈内,都是太阳系的近邻。 图片来自NASA/ESO
恒星非常遥远,无论地球怎样运动,对恒星天空几乎都没有任何影响,把恒星天空想象成一个静止在宇宙太空的一个大球——天球,不但很合理,而且还可以帮助人们很好地理解恒星天空的运动。
恒星天球静止不动,天球中央是微小的地球绕着太阳旋转,由于运动的相对性,站在地球上的我们就会看到恒星天空在运动了。
地球主要有两种运动,相应地,我们会看到恒星天空也有两种运动。
夜间长时间曝光拍摄的星迹,显示星空在转动
第一种运动由地球自转引起,它导致我们从地球上看去,恒星天空每天围绕地球旋转一周,这叫恒星的周日视运动。
恒星也会东升西落,这是一个常识,但现代社会里人们几乎从来不去长时间观察星空,很多人竟然不知道星星会升落。
假如你在晚上8点钟看到一颗恒星位于头顶正上方,明天晚上它还会运动到你头顶,时间不是8点钟,会提前约4分钟。恒星从你的头顶开始,再次运动到你的头顶,需要的时间是23小时56分4秒,这正是地球的真正自转周期,称为一个恒星日。
恒星天空的第二种运动由地球的公转引起。
午夜时候头顶的星空,是和太阳恰好相对的——太阳在轨道中央,头顶星空在轨道外侧。地球在轨道上前行,午夜时分,你头顶指向的星空就不断变化。地球围绕太阳一年公转一周,午夜头顶的星空也正好变化一周,这叫星空的周年视运动。
这就是四季星空变化的原理。
春天夜晚,闪耀在星空舞台中央的是巨蟹、狮子、室女等星座;夏天,则是天秤、天蝎和人马等星座;秋天换成了摩羯、宝瓶和双鱼等星座;到了冬天则是白羊、金牛和双子等。
由于地轴指向北方天空,对于中国大部分地区来说,北天极附近的一些星在一年四季中都可以看见,比如北极星和小熊星座、北斗七星和大熊星座;而南天极附近的一些星座,哪个季节也不会被看到。
我们的星座漫游将从著名的北斗七星开始,先去探访北天的星空,然后顺着地球公转轨迹,依次游历春、夏、秋、冬的星空,再接着是本地看不见的南天星空。
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