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第10章 天文常识(3)

其实,中国人是哈雷彗星的最早发现者。《春秋》记载,鲁文公十四年(公元前613年)“秋七月,有星孛入于北斗”。这是世界上第一次关于哈雷彗星的确切记录。格林尼治天文台

格林尼治位于伦敦东部泰晤士河畔,早在15世纪30年代,英国摄政王罗斯特公爵就在该处山巅建起了宫殿,设置了炮台和瞭望塔。1675年,为解决在海上测定经度的需要,国王查理二世下诏,决定将嘹望塔改建成天文台。

1884年,国际天文学家代表会议决定,以经过格林尼治的经线作为日期变更的界线,格林尼治天文台因此举世闻名。那条经线就是本初子午线,又叫首子午线,地球就以这条线划分为东西两个半球。此后,不仅各国出版的地图以这条线作为地理经度的起点,而且也都以格林尼治天文台作为“世界时区”的起点,用格林尼治的计时仪器来校准时间。

1948年,天文台迁往赫斯特蒙苏堡,仍叫英国皇家格林尼治天文台。

哈勃望远镜

哈勃望远镜是人类历史上第一架空间望远镜,也是目前最先进的空间望远镜。

空间望远镜的概念最早出现在1940年,19世纪70年代和80年代,美国航空航天局与欧洲航天局合作,设计与建造空间望远镜。1990年,世界上第一台空间望远镜问世了,设计者们用美国天文学家埃德温·鲍威尔·哈勃(1889~1953)的名字为其命名。

1990年4月22日,“发现号”航天飞机将哈勃望远镜送入地球轨道,哈勃望远镜开始运行于距离地面600千米的高空,摆脱了地球大气对天文观测的干扰,因此它的威力远远超过地基光学望远镜。哈勃望远镜总重约11吨,焦距57.6米,分辨率为0.005,为地面大望远镜的100倍,观测波长从紫外的120纳米到红外的1200纳米,造价15亿美元。在哈勃望远镜的帮助下,人类加深了对星系形成的了解,大致确定了宇宙诞生的年龄,增加了对恒星演化历程的知识,发现了黑洞存在的证据,并通过对遥远的类星体的研究,探察了宇宙的结构。

星云是什么?

宇宙空间,不是一无所有的,而是存在着各种各样的物质。这些物质包括星际气体、尘埃和粒子流等,人们把它们叫做“星际物质”。星际物质在宇宙空间的分布并不均匀,在引力作用下,某些地方的气体和尘埃可能相互吸引而密集起来,形成云雾状。人们形象地把它们叫做“星云”。

星云的物质密度十分稀薄,主要成分是氢。根据理论推算,星云的密度超过一定的限度,就要在引力作用下收缩,体积变小,逐渐聚集成团。一般认为恒星就是星云收缩、演化而成的。恒星形成以后,又可以大量抛射物质到星际空间,成为星云的一部分原材料。所以,恒星与星云在一定条件下是可以互相转化的。

简单来说,星云可分为四类:发射星云、反射星云、黯黑星云及行星状星云。

发射星云:受到附近炽热的恒星激发而发出红光,这些恒星所发出的紫外线会电离星云内的氢气,令它们发光。

反射星云:靠反射附近恒星的光线而发光,光度较弱,呈蓝色。

黯黑星云:本身不会发光,也没有恒星包含其中,而它能够被发现是由于它遮挡了背景的星云或恒星的光线,从而给我们看到的。

行星状星云:呈圆形、扁圆形或环形,有些与大行星很相像,因而得名。这类星云的中央,都有一颗高温恒星,称为行星状星云的中央星。这是正在演化成白矮星的恒星。

特殊的白矮星

白矮星是一种很特殊的天体,它的体积小、亮度低,但质量大、密度极高。天狼星的伴星就是最早被发现的白矮星,它的体积比地球大不了多少,但质量却和太阳差不多。

白矮星的密度为什么这样大呢?

我们知道,原子是由原子核和电子组成的,原子的质量绝大部分集中在原子核上,而原子核的体积很小。在巨大的压力之下,电子将脱离原子核,成为自由电子。这种自由电子气体将尽可能地占据原子核之间的空隙,从而使单位空间内包含的物质大大增多,密度大大提高。一般把物质的这种状态叫做“简并态”。

简并电子气体压力与白矮星强大的重力平衡,维持着白矮星的稳定。如果白矮星的质量进一步增大,简并电子气体压力就有可能抵抗不住自身的引力收缩,白矮星还会坍缩成密度更高的天体:中子星或黑洞。

由于没有热核反应来提供能量,白矮星在发出光热的同时,也以同样的速度冷却着。经过一百亿年的漫长岁月,年老的自矮星将渐渐停止辐射而“死去”,它的躯体变成一个比钻石还硬的巨大晶体——黑矮星而永存。

太阳黑子与耀斑

在太阳的光球层上,有一些旋涡状的气流,像是一个浅盘,中间下凹,看起来是黑色的,这些旋涡状气流就是太阳黑子。黑子本身并不黑,由于比起光球来,它的温度要低一两千度,所以在更加明亮的光球衬托下,它看起来就暗淡多了。

黑子活动的周期平均是11年。在开始的4年左右时间里,黑子不断产生,越来越多,活动加剧,在黑子数达到极大的那一年,称为太阳活动峰年。在随后的7年左右时间里,黑子活动逐渐减弱,黑子也越来越少,黑子数极小的那一年,称为太阳活动谷年。国际上规定,从1755年起算的黑子周期为第一周,然后顺序排列。

1859年9月1日,两位英国天文学家分别同时在一大群形态复杂的黑子群附近,看到了一大片明亮的闪光发射出耀眼的光芒。这片光掠过黑子群,亮度缓慢减弱,直至消失。这就是太阳上最为强烈的活动现象——耀斑。由于这次耀斑特别强大,在白光中也可以见到,所以又叫“白光耀斑”。白光耀斑是极罕见的,它仅仅在太阳活动高峰时才有可能出现。耀斑一般只存在几分钟,个别耀斑能长达几小时。在耀斑出现时要释放大量的能量,一个特大的耀斑释放的总能量高达1026焦耳,相当于100亿颗百万吨级氢弹爆炸的总能量。耀斑还会向外辐射出的大量紫外线、x射线等,到达地球之后,就会严重干扰电离层对电波的吸收和反射作用,使得部分或全部短波无线电波被吸收掉,短波衰弱甚至完全中断。

黑洞与白洞

黑洞,是天体的一种特殊物态,代表着恒星演化的一个阶段。

恒星的最初阶段,是一团凝聚的气尘云,但它不断向中心收缩,密度越来越大,温度越来越高,然后成为明亮可见的恒星。当恒星内部的热核反应产生向外的热压力正好顶住向内的引力时,恒星暂时不再收缩,处于平衡状态。随着时间的流逝,恒星的核燃料越烧越少,恒星内部热压力也随之减小,整个恒星又再次急剧收缩,这个过程叫做“坍缩”。自矮星、中子星就是恒星坍缩的结果。当没有什么力量能阻碍恒星收缩的时候,恒星走向死亡,这时就出现了体积极小、密度极大的天体——黑洞。

由于这种特殊天体的质量和引力极大,任何物体只要进入它的引力作用范围,就必定被它牢牢吸住,而融汇成它的一部分,就连光线也休想逃出它的引力范围,所以人们根本看不到它,于是,“黑洞”之名就由此而生。由于黑洞本身不发光,所以用任何强大的望远镜都看不见黑洞。

白洞与黑洞都是广义相对论预言的一种天体。但白洞的存在还没有得到实际观测的证实。黑洞有一个被称为视界的边界,光或者是其他物质,只能通过视界进入黑洞而无法从黑洞内逃出。而白洞也有一个类似的边界,但与黑洞截然相反,物质只能从白洞中向外发射,而无法从外面进入白洞内,所以白洞又被科学家们称作“宇宙中的喷射源”。

什么是宇宙速度?

宇宙速度是指从地面向宇宙发射人造天体必须具备的初始速度。宇宙速度通常分为三类:

第一宇宙速度:指从地球表面向宇宙空间发射人造地球卫星所必需的最低速度,其值为7.9千米/秒。当人造天体的运动速度到达这一速度时,它将绕地球做圆周运动,所以又称为绕地球运动的圆周速度或环绕速度。低于这个速度,物体就会在重力的作用下返回地球。

第二宇宙速度:指从地球表面向宇宙空间发射行星际飞行器所需要的最低速度,其值为11.2千米/秒。一旦人造天体达到这一速度,将脱离地球引力场沿抛物线轨道飞向其他行星,因此又称为脱离速度或逃逸速度。

第三宇宙速度:指从地球表面向宇宙空间发射恒星际飞船所必需的最低速度,其值为16.7千米/秒。当人造天体达到这一速度并且沿着与地球公转运动方向一致的轨道运行,就能充分利用地球的公转速度,从而克服太阳引力场的作用而脱离太阳系,到其他星球去旅行。

星期和礼拜的由来

“星期制”是两河流域的巴比伦人发明的。早在公元前2000年左右,巴比伦人就根据月象的变化,将7天定为一个星期,又叫一周。他们认为在这7天内,上苍每天派一个星神光临人间值班。太阳神马什、月神辛、火星神奥尔伽、水星神纳布、木星神马尔都克、金象神伊什塔尔、土星神尼努尔达7星共值一周,即七曜。由于这7天都是天星值班的日期,就称为“星期”。“星期制”后来传人欧洲各国,明朝末年传入中国。至今,在日本、韩国和朝鲜依然沿用着“七曜”之名。

而《圣经》上说,上帝花了6天时间,将天地万物创造出来。到了第7天,上帝就休息。于是,基督教徒便在星期天举行一种宗教仪式——礼拜。如此一来,人们就把星期天称为“礼拜天”。基督教徒因此开创了“礼拜制”。

美丽的极光

在地球南北两极附近地区的高空,夜间常会出现灿烂美丽的光辉,忽暗忽明,壮丽动人,五彩缤纷,变幻莫测,这种景象叫做极光。

极光是人类肉眼可见的唯一高空大气现象,常出现在地球高纬度地区,主要在南北极。在南极地区形成的叫南极光,在北极地区形成的叫北极光。在中国,人们只有在黑龙江的漠河才能看到极光。

极光是在地球南北两极附近地区夜空出现的灿烂光辉,是由太阳引起的地球磁层亚暴的一种表现。地球磁层在地面上空1万千米处,磁层亚暴是指地球磁层中巨大能量贮存突然释放的瞬变活动,每天大约发生3至4次,每次释放能量大约相当于一次中等地震的能量。此时地球磁层向高空大气层喷发高能电子,这些电子同空气分子碰撞时,就会产生极光。极光的颜色往往因空气成分而异,红色和绿色由氧气引发,紫色则来自氮气的作用。

科学家们把极光按照形状特点分为五大类:一是底部整齐微微弯曲呈圆弧状的极光弧;二是有弯扭褶,宛如飘带状的极光带;三是如云朵一般片朵状的极光片;四是面纱一样均匀的帷幕状的极光幔;五是沿磁力线方向呈射线状的极光芒。

早晨的太阳与中午的太阳

我们总是感觉早晨的太阳离人近,但凉爽;而中午的太阳离人远,反而炎热。这是为什么呢?

其实,早晨和中午的太阳距离地球的远近是一样的,只是因为早晨太阳光是斜射在地面上,而中午则是直射,角度不同,因此使人们产生了一种错觉。而天气的冷热并非取决于太阳的照射,主要由太阳的辐射强度所决定的。因为空气直接吸收阳光的热能只是太阳辐射总热能的一小部分,其中大部分被地面吸收了。地面吸收了太阳辐射热后,再通过辐射、对流等传热方式向上传导给空气,这才是使气温升高的主要原因。中午时较早晨热,是因为中午地面和空气在相同的时间里、相等的面积内接受太阳的辐射热较早晨太阳光斜射时多,因而受热最强。

为什么天上会打雷、闪电?

空中的尘埃、冰晶等物质在云层中翻滚运动的时候,经过一些复杂过程,使这些物质分别带上了正电荷与负电荷。经过运动,带上相同电荷的质量较重的物质会到达云层的下部(一般为负电荷),带上相同电荷的质量较轻的物质会到达云层的上部(一般为正电荷)。这样,同性电荷的汇集就形成了一些带电中心,当异性带电中心之间的空气被其强大的电场击穿时,就成云间放电(即闪电)。

雷电形成于大气运动过程中,其成因为大气运动中的剧烈摩擦生电以及云块切割磁力线。闪电的形状最常见的是枝状,此外还有球状、片状、带状。闪电的形式有云天闪电、云间闪电、云地闪电。云间闪电时云间的摩擦就形成了雷声。

为什么会下雨?

地球上的水受到太阳光的照射后,就变成水蒸气被蒸发到空气中去了。水汽在高空遇到冷空气便凝聚成小水滴。但这些小水滴都又小又轻,被空气中的上升气流托在空中,于是就聚成了云。如果云体内的水汽能源源不断得到供应和补充,使云滴表面经常处于过饱和状态,那么,云滴就会不断增大,成为雨滴。但有时云内的水汽含量有限,在同一块云里,水汽往往供不应求,这样就不可能使每个云滴都增大为较大的雨滴,有些较小的云滴只好归并到较大的云滴中去。当云中的云滴增大到空气再也托不住它时,便从云中直落到地面,成为我们常见的雨水。

为什么会下雪?

下雪是降水的一种形式,气象上称之为固体降水。雪花生长在一种既有冰晶又有过冷水滴的云体里,这种云称为冰水混合云。在这种云体内,过冷水滴不断蒸发成水汽,水汽便源源不断地涌向冰晶的表面,在那儿凝华落脚,使冰晶逐渐增大形成雪花。雪花形成后便向下飘落,在飘落的过程中,碰上其他雪花时,常常黏附在一起,慢慢长大,遇到上升气流时,小雪花上升的速度比大雪花快,小雪花赶上大雪花发生粘连,几经反复,便逐渐成为直径达几厘米的像棉花又似鹅毛的雪团。当空气中的上升气流再也托不住这些雪花时,它们便从云层中飘落下来,如果这时低层空气的温度在0℃以下,雪花降落到地面,就是人们所见到的皑皑白雪。

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