书城科普探索太阳系
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第21章 太阳系外的世界(2)

北极星曾经不在北天极附近,也不会永远在那里。北极星近似地在地球自转轴所指的点。随着时间的流逝,地轴也会慢慢地摆动,就像一个旋转的陀螺,这种运动叫做岁差。岁差变化很慢,一个周期要26000年。它是地轴在这26000年间在天空划一个很大的圈。目前地轴指向北极星,但是过去和将来,我们的北极星将不是现在这颗星,而是一颗在岁差圆上或其附近的星。在法老统治埃及时期,天龙座中的Thuban是当时的北极星。而到了公元14000年织女星将成为我们的北极星,它现在在夏季星空中在我们天顶附近,是一颗明亮的蓝白色恒星。

如果北极星是在北天极的星,那么南天极的星是那一颗呢?地轴从地心到北极延长出去直行北极星附近,向南从南极延伸出去也可以指到天空中。但你到南极去不会找到南极星,因为那个天区没有亮星或半亮的星。澳大利亚和南美洲的居民可以看到南天的许多漂亮星,可是没有南极星。

在北半球,只要有北极星和你的拳头,你就可以估算出你所在地的纬度。因为地轴几乎是直到北极星上的,所以北极星的地平高度也就是大地的地理纬度。以纽约为例,大概在41°N北极星,也大概在北方地平线以上41°左右。把你的一只手伸出一臂距离,握紧的拳头在你看来宽约10°,因此就纽约而言,北极星大概在北边地平以上“4拳”高的地方。与此相比,在迈阿密,纬度为26°N,北极星的高度只有26°左右,也可以说在地平以上“两拳半”的地方。在北极点纬度为90°N,北极星就在正天顶;在赤道,北极星位于北方地平线上;而在赤道以南,北极星在地平线以下,永远看不到。

相同纬度的人能看到相同的恒星。因为北极星的高度是由观测地的纬度决定的,一次在同一纬度的人不管在世界的什么地方,在同一晚相同地方时看到的星空是相同的。因此在纽约、马德里、安卡拉和北京的人(他们大体处在同一纬度上),尽管彼此间距离很远,但一年中同一晚看到的星空是相同的。

居住在不同纬度的人在夜晚看到的星空有很大不同。举例来说,一个来自纽约的人到里约热内卢或澳大利亚度假,他就看不到大勺子和小勺子及其他一些北极星附近的星座,因为这些星座总在地平线以下。但是,像南十字座那样他不曾看到过的星座会很常见。另外一些他在纽约时看到在南方的星座会颠倒地出现在北方天空。

从地球观测宇宙时,会有些“廉价席”。地球上观测站的效果是不同的。以北极为例,北极星一直挂在天顶,应为所有星的视运动都是绕着北极星的,所以每颗星都在自己的高度上终年可见。简而言之,在北极的天空中,星没有升起和下落。在南极也是一样,不过在南极天空中的星与北极相比是完全不同的。换句话说,在地球的两极,我们看到的都只有半个宇宙。在南两点光测到的只是全天的一半,它们就是“廉价席”。

观测恒星最好的位置在哪里呢?观测恒星最好的位置在赤道上。因为北极星在地平线上,两个半球分别可见的星一年中都会慢慢进入视野。在赤道只要是肉眼可见的星就一定能被看到,没有星会降到地平以下。

想象在屋子中间放一盏灯作为太阳,你自己绕着灯转圈,就像地球的公转。某一时刻,在任一点,你的身体将一半被照亮,另一半在阴影中。这样你就模拟了地球上总是一半在白天,一半在黑夜的状态。如果在墙上画上星,灯光很亮时,你在某一时刻只能看到一半的星,应为耀眼的灯光使你看不到它所在方向的星。同样,在夜半球冬天和夏天看到的星不同,秋天和春天的也不同。结果我们在一年的不同时间看到了不同的星座,而且通常在每年同一季节看到的星座是相同的。

一些星座总在天空中。因为天空中所有恒星看上去都围绕北极星运动。所以一些星会常年出现在天空中。以纽约为例,纬度为41°N,北极星在北方地平线以上41°高的地方几乎不动。因此所有距北极星41°以内的星绕北天极转永远到不了地平。它们在纽约全年可见,被称为拱极星(circumpolar,来自拉丁语,意思是“围绕着极点”)。在迈阿密26°N,只有具北极星26°以内的星是拱极星。推到极限,在北极所有的星都是拱极星,而在赤道没有星总在地平之上,所有的星都有升有落。

天空中许多亮星实际上都有独特的名字。这些名字有许多来自1000年前的阿拉伯,当时阿拉伯天文学家为天文学做出了巨大贡献,制出了当时最精致的星图。一些阿拉伯语的名字就被我们原封不动的沿用下来了,其他的经过几个世纪时间的洗礼也融入西方文化了。这两种情况都使得许多亮星的名字很奇怪甚至可以听出是外来语。例如,Deneb(天鹅座α)阿拉伯语的意思是“尾巴或尾巴上的羽毛”,它标出了天鹅身体结构的一部分。双鱼座有一颗星叫Alrischa,在阿拉伯语中是“绳结”的意思,这指的是星空中把两条鱼拴在一起的绳子上的结。有些星的名字听上去还很有节奏感,从左到右猎户腰带上的3颗星都有各自动听的名字:Alnitak、Alnilan和Mintaka。

另一个星表中就没那么多外来词。专业和业余的天文学家都喜欢这个更通用的星表。规则很简单也很有逻辑性。每个星座里最亮的星用希腊字母表的第一个字母α表示,后面跟着是星座的拉丁文名称的形容词形式。例如:金牛座最亮的星Aldebara,在这个星表里名称为αtTauri(十分准确的表达了“金牛座最亮的星”)。在它边上猎户座最亮的星有一个听起来很有趣的名字Betetgeuse,但它是猎户座最亮的星,所以它叫做OLOrionis。每个星座里第二亮的星用希腊字母表的第二个字母β表示,后面也跟着星座的拉丁文名称的形容词形式。例如,明亮的猎户左脚Rigel也被叫做βOrionis(意思是“猎户座的第二颗星”)。

很不幸,希腊字母表中只有24个字母,而每个星座里的星都远超过24颗。有时2颗以上星在天空中很近时,它们都用同一个希腊字母,但要加标注。因此天琴座的双星叫做ε1Lyrae和ε2Lyrae。变星用别的字母表示,通常用常用字母表示,如RRLyrea。但是望远镜越造越大,我们看到了越来越多的恒星,目前的星表远远不够用了。有一个做法,就是在建立星表时只简单地给每颗星一个号码。一颗星可能叫做HD213468,它是哈佛大学Henry Draper编译星表中的第213468号。另一颗星会在Smithsonian天体物理观测站星表中被叫做SA0347981。实际中星表太多了,大部分星只有号码,而同一颗星在不同星表中会有不同的编号。这可能很不人性化,但却解决了很大的问题。

最近几年,少数公司和一些研究机构利用“以人名给恒星命名”赚了很多钱。许多情况是你付了很多钱,得到一张看上去很漂亮的证书和一张“你的恒星”所在天区的照片或星图。那也许是一个不错的表示,也是一个“极品礼物”,但之后天文学家会在自己的研究和学术论文中引用这个名字吗?答案是毋庸置疑否定的。一张附有你名字的纸可以被保存在瑞士银行的保险柜中,但决不会被收录到某天文台或大学科研用的目录或出版物中。如果想把你的名字留在天上,那么走出去,发现一颗彗星吧。许多业余和专业的天文学家都成功过,如果你发现一颗彗星,专业天文学联合会真的会用你的名字命名。但要是一颗恒星,你就不能仅仅购买命名了。

当我们仰望星空时,我们会强烈感觉到星星就像是附着或是凸起在遮避我们头顶的一个球顶上的圆点。事实上在许多古代文化中就曾有这种想象,而现代天文观中那种逼真的人造星空也是用这个方法的。其实,恒星到地球的距离都不相同而是分布在一个三维的空间中的。另外,星光传到地球所用的时间是有限的,对天空中观测也意味着对第四维度的观测,也就是时间。

在地球上,我们有时会看到现在的物品,而听到它过去发出的声音。如果你坐在露天看台上认真地观看棒球比赛,你会发现你听到击球手击球的声音是在你看到他击球之后的。同样地,你事先看到闪电然后听到雷声。这两种情况都是由于声音传播的速度远小于光速造成的。在室温下,声速是335米/秒,而真空中的光速是约30万千米/秒(与空气中传播的速度差不多)。这意味着你听到较远处的声音是在它发生之后的,但它一发生你就能看到它,至少在地球上如此。

我们对宇宙观测时,看到的是它过去存在的方式。比起我们在地球上看到的东西,宇宙中天体与我们的距离太远了,即使是光传到我们这里也要经过相当长的时间。因此我们看到的不同天体是它们在过去各个时刻的状态。举例说来,光从距我们大概40万千米的月球到地球大概要花1.5秒,所以,我们看到的月亮不是现在的它,而是1.5秒之前的月亮。在1.5亿千米处的太阳,我们看到的是它8分20秒前的状态。(如果太阳神秘失踪了,我们在地球上过了8分20秒才能知道。)不同行星在我们看来,是几分钟甚至几小时之前的状态,而我们看到的恒星是几年前的状态,星系是几百万乃至几十亿年前的状态。所以说,我们仰望星空时,也是在回顾历史!