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第20章 太阳系外的世界(1)

什么是恒星?恒星是依靠自身内部核反应产生的能量维持生命的气体天体。

与太阳白天在天空中运行一样,恒星在夜晚穿过天空。每天太阳看上去东升西落,当然这只是现象,这实际上是地球自转造成的。当然夜晚恒星也表现为如此的运动。这种感觉就像是在一个巨大的旋转木马上,你感觉自己没有动,而是周围的东西在绕着你转。这种假象,使许多古人相信地球是不动的,这个宇宙都围绕着地球运动。

在夜晚恒星的视运动似乎比白天太阳的运动显得复杂。在晴朗的夜晚到户外找一颗在东方地平线附近的星。过1个小时左右你再出去看看它,那颗星已经升高了(就像早晨太阳从东方升起)。而在这1个小时里,西边的星也会落得更低了,南方的星也是从左到右穿越天际。这种独立的恒星的运动就是由地球自转造成的恒星视运动。因为地球绕过北极星附近一点的轴自转的,所以天空中所有的恒星看起来都是绕北极星转的。

你只需要一台35毫米相机和一个三脚架就可以拍到恒星的周日视运动。你只要把相机对着天空的任何方向,但为了得到最好效果,请指向北极星。用便宜的敏感胶卷(ASA或ISO 200就可以),挑一个晴朗无云,风也不大的夜晚。把相机固定结实,光圈调大,镜头调到最大,把快门设为“定时”,然后曝光1~2小时。洗出来后,你会看到照片上每颗星有一条曲线的痕迹。每条轨迹都是地球自转时恒星在天空中扫过的轨迹。如果你把相机指向南方或东方、西方的地平线你同样可拍到恒星是运动的照片。如果你使用的是彩色照片,你还能拍到亮星的不同颜色。

晚上用肉眼你能看到多少恒星?要看你观测地的天空的晴朗和黑暗的程度。在纽约或东京的市区,你能看到几十颗星就是很幸运的了;但是在乡村晴朗无云的夜晚,视力好的人凭肉眼就可以看到3000多颗星。

从新石器时代,人们就试图破解天上秩序的本质了。第一眼看去,漫天星斗乱作一团,都慌里慌张地在天空中穿越。你的第一反应很可能是想知道天文学家如何找到星星各自的路,并把一切搞懂的。再看看,情况并非那么糟糕。你的眼睛和思想已经配合在一起,下意识地在星之间连成图案,结果就是做了一个简单的“连点成图”的智力游戏。在有文字记载以前人们就开始这么做了。今天我们根据这些图案或者说是星的分组划分了星座(constellations,来源于拉丁语的“cum”和“stella”意思分别是“在一起”和“恒星”)。

对许多早期居民,星座的图案都有特别的意义。祖先们很快就注意到恒星在天空中不断运动,而且同一星座在天上的位置在每年同一时刻是不变的。因此星空成了最早的时钟和日历。它告诉可以识别星座的人何时可以播种、何时可以收获以及何时可以捕获迁徙的动物。可以不夸张地说,对我们的祖先来说天象知识关乎生死。

在一些文明里,具有天文知识就意味着拥有力量。古埃及的大部分经济都依赖尼罗河每年一次的大水,以及大水退去后留下的肥沃土壤。每年,埃及的预言家们回去拜访法老,并准确地预言如此重要的洪水何时会发生。他们似乎享有神灵们妻子传达的神谕。事实上,他们不过是一些细心的天象观测者。他们注意到了天狼星正好在日出前升起那天后,尼罗河的洪水就快到了。所以他们每天严密监视拂晓前的天空。如此一来,他们使人们相信他们据有掌握国家命脉乃至超越法老的魔力。

现代天文学家们把天空划分成88个星座。现在全天被分为88区域,叫做星座。很多人把星座画成以星为端点的短线组成的图案(而不是连点的图)。对天文学家而言,星座更像是国家的疆界。就好像美国分成48个州,任何一个城镇都可以用它所在的州描述。所以全天分为88星座,任何一颗星都可以用它所在的星座描述。星座本身并不包含科学知识,它们只是人为强制画出的边界。如果一个天文学家谈到他的研究对象属于某个星座,其他天文学家就可以从中获得正在谈论的天区的大概情况。

星座的名字并不是通常想象到的东西。当让一个人说出个星座名称时,大勺子可能是他的首选。说出来可能会使许多人大吃一惊,不过在88星座中确实没有大勺子,也没有小勺子。它们都是某个星座的一部分,“大勺子”是大熊星座的一部分,而“小勺子”是小熊星座的一部分,没有勺子单独构成的星座。这些在天空中已被识别的形状叫做星群。在中国古代,天空不是划分为88星座的,而是分为300多个星群。有些是小组恒星,而有些是1对或单独的1颗亮星。

黄道星座是其中比较着名的一组星座了。在西方传统中,黄道星座是环绕天球一整圈的一组共12个星座。黄道十二星座包括:双鱼座、白羊座、金牛座、双子座、巨蟹座、狮子座、室女座、天秤座、天蝎座、射手座、摩羯座和宝瓶座。英语中Zodiac(黄道)一词来自希腊语,意思是“动物的带”。黄道十二星座中大部分为动物,但双子、室女、天秤、宝瓶都不是动物,而射手座通常也绘成半人半兽。

黄道十二星座对天文学家和占星学家都是很有意义的。黄道星座十分着名就是因为太阳、月球和可见的行星都在这一区域内运行。对占星学家们这个区域之所以重要,是因为他们把这些神圣的天体在某一星座的出现看做是对这一星座的影响。对于天文学家来说,这个区域提供了一个了解太阳系形状和物理性质的视角。黄道星座占据了天空中相对狭窄的一条带,这提供了许多关于太阳系形状的信息。它说明太阳系一定是比较扁平的。从另一个角度说,这意味着太阳系所有的行星轨道和月球的轨道都近似在一个平面内。事实上,除了冥王星其他行星的轨道平面的夹角都很小。换句话说,太阳系的形状就像是一个以太阳为中心的煎饼。这是由角动量守恒这一自然法则决定的结果。我们在观测其他恒星周围类似太阳系结构的形成过程中,也看到了类似的盘状结构。

一些星座是古代的,还有一些是现代的。一些星座如狮子座可以追溯到古埃及的法老时代。另外一些星座是1600年左右由两名荷兰旅行家Pieter Keyser 和 Frederik de Houtman命名的,这些星座主要分布在南半球。当时他们在作环球旅行,看到了在欧洲不曾见过的星空,然后创造了一系列极具想象力的动物的名字给这些星座命名。1个多世纪后,Nicolas de Imcaille为了纪念一些在工业革命中发明的工具,把南天一些零散的星组成了新的星座:熔炉座、唧筒座和显微镜座。当然,很早以前南半球的土着民对自己头顶的星空也有自己想象的图案,那是他们的星座。

在安第斯山脉的居民中,有些星座是暗的而不是亮的。在南美洲安第斯山脉,在一定的时间银河看上去是一条跨过头顶的明亮的带,上面交错着斑斑点点的暗的洞或条,这是宇宙中暗尘埃遮挡星光造成的。安第斯山脉的居民不仅创造了由恒星连线组成的星座图案,还特别创造了以这些黑暗区域形状想象出的暗星座。因此我们在一些地方能看到这样的“黑暗星座”:狐狸座、母鸡座。有一个叫做美洲驼的星座,它是由1块黑暗区域和2颗亮星组成的,半人马座的α和β被当做了美洲驼的两只眼睛。

有些时候相同的星组成的图形在不同人的眼中是不同的。非土着北美居民眼中的大勺子被英格兰人称为耕犁,而被中国人想象成有三匹马拉的四轮马车。在一些土着美洲部落,大勺子的斗被想象成一头熊,而勺柄被想象成在追逐猎物的猎人们。(视力好的人可以看出勺柄中间的那颗星实际上是2颗星,它们在天空中看起来太近了,因此这2颗模糊的星被看成一个猎人带着烹调用的罐子。)在西方人眼中,天空中那条由星组成的曲线是天蝎座;而在波利尼西亚土着居民眼中,那是被Maui神掷到空中的大鱼钩。Maui神就是用这个鱼钩把土壤从深海钓起,形成了太平洋上美丽的岛屿。

当被问到天空中最亮的星时,许多人会回答“北极星”。这是一个普遍的概念性错误。在亮星列表中,北极星勉强能排近前50名。北极星有名不是因为它出奇的亮,而是由于它在天空中独特的位置。在目前这个时期,北极星是最靠近北天极的星。北天极在地轴的北极方向,因此,随着地球自转,所有恒星看上去都缓慢地绕着北天极在转动。结果就好像所有星都在绕着北极星转动,而北极星在天空中的位置基本不变,它总是指向北方的。

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