天文學(xué)是一門奧妙無窮,令人神往的學(xué)科。它的研究目標(biāo)絕大部分是遙遠(yuǎn)的天體,它們看得見,摸不著。天文學(xué)家面對著這些對象,要測量它們的距離非得有特殊的手段和方法不可。近代天文學(xué)就是從測量天體的距離發(fā)端的,如果不知道天體的距離,所看到的只能是它們的表象而不是實質(zhì)。本書正是用陳述故事的方式把歷代天文學(xué)家創(chuàng)造“量天尺”的過程娓娓道來,既介紹了科學(xué)知識又饒有興味地襯托出歷史人物和背景,從近處的月球到極遠(yuǎn)處的類星體,跨越了百億光年的空間。本書立意清新,鋪敘合理,文筆流暢,可堪為近年來天文科普中一本值得向廣大讀者推薦的佳作。
本書立意清新,鋪敘合理,文筆流暢,獲得第二屆全國優(yōu)秀科普作品獎,是近年來天文科普中一本值得向廣大讀者推薦的佳作。讓我們跟隨歷代天文學(xué)家創(chuàng)造“量天尺”的精妙過程,跨越百億光年空間,探測無窮星空奧秘吧!
卞毓麟,1965年南京大學(xué)天文學(xué)系畢業(yè),在中國科學(xué)院北京天文臺(今國家天文臺)從事科研30余年,1998年開始致力于科技出版,現(xiàn)為上海科技教育出版社編審,中國科學(xué)院國家天文臺客座研究員。曾任中國科普作家協(xié)會副理事長,上海市科普作家協(xié)會副理事長,中國天文學(xué)會常務(wù)理事,上海市天文學(xué)會副理事長等。著譯科普圖書30余種,發(fā)表科普和科學(xué)文化類文章約700篇。作品屢獲國jia級、省部級獎,《追星——關(guān)于天文、歷史、藝術(shù)與宗教的傳奇》一書獲2010年國家科技進(jìn)步獎二等獎,短文多次入選中小學(xué)語文讀本。曾獲全國先進(jìn)科普工作者、全國優(yōu)秀科技工作者、上海科普教育創(chuàng)新獎科普貢獻(xiàn)獎一等獎、上海市科技進(jìn)步獎二等獎、上海市大眾科學(xué)獎、中國天文學(xué)會九十周年天文學(xué)突出貢獻(xiàn)獎等多種表彰或獎勵。
“天上的市街” 1
星座與亮星3
大地的尺寸
首次估計地球的大小9
第一次丈量子午線12
三角網(wǎng)和大地的模樣14
明月何處有
第一個地外目標(biāo)——月亮19
從街燈到天燈23
雷達(dá)測月和激光測月26
太陽離我們多遠(yuǎn)
轉(zhuǎn)向了太陽29
開普勒和他的三定律32
卡西尼測定火星視差36
金星凌日41
地球的小弟弟——小行星43
小行星的功績47
太陽究竟有多遠(yuǎn)50
間奏:關(guān)于兩大宇宙體系
測定近星距離的艱難歷程
恒星不再是“固定的” 62
泛舟泰晤士河的收獲66
恒星終于被征服了70
三角視差的限度78
通向遙遠(yuǎn)恒星的第一級階梯
82 星星的亮度
86 恒星光譜分類
90 有趣的赫羅圖
92 分光法的妙用
再來一段插曲:銀河系和島宇宙
95 從德謨克利特到康德
99 銀河系的真正發(fā)現(xiàn)
103 宇宙中的“島嶼”
通向遙遠(yuǎn)恒星的第二級階梯
108 聾啞少年和造父變星
114 一根新的測量標(biāo)桿
117 球狀星團(tuán)和銀河系的大小
122 巡天遙測十億島
欲窮億年目更上幾層樓
129 接力棒傳給了新星和超新星
132 亮星也來出一把力
134 由大小知距離
136 集體的貢獻(xiàn):累積星等
140 耐人尋味的紅移
145 膨脹的宇宙
尾聲
151 類星體之謎
155 飛出太陽系
162 結(jié)束語
后記
171 附錄一評《星星離我們多遠(yuǎn)》/王綬琯
175 附錄二知識筑成了通向遙遠(yuǎn)距離的階梯/劉金沂
序曲
“天上的市街”
朋友,您吟誦過這樣一首詩嗎——
天上的明星現(xiàn)了,
好像是點著無數(shù)的街燈。
我想那縹緲的空中,
定然有美麗的街市。
街市上陳列的一些物品,
定然是世上沒有的珍奇。
你看那淺淺的天河,
定然是不甚寬廣。
我想那隔河的牛女,
定能夠騎著牛兒來往。
我想他們此刻,
定然在天街閑游。
不信,請看那朵流星,
是他們提著燈籠在走。
這首白話詩,作于1921年。其高遠(yuǎn)的意境,豐富的想象,純樸的言語,浪漫的比擬,沖破了日益衰頹的舊文化的桎梏,體現(xiàn)出一代新風(fēng)。它的題目,叫做《天上的市街》。
這首白話詩的作者,當(dāng)時還是一位不滿30歲的青年。他才氣橫溢,風(fēng)華正茂。不多年間,他的名字便傳遍了海北天南。他,就叫郭沫若。
古往今來,夜空清澈,群星爭輝。多少人因之浮想聯(lián)翩,多少人為之向往入迷。∥覀円劦,正是這天上的星星;要談的,是它們離人間有多遠(yuǎn);蛟S,可以這樣說吧:我們將要告訴讀者,郭老詩中的“天上的市街”究竟遠(yuǎn)在何方呢?
詩中寫到了天河,寫到了牛郎織女,我們就從這談起吧。
星座與亮星
千百年來,牛郎織女的故事一直膾炙人口。初秋晴夜,銀河高懸,斜貫長空。銀河,有許多別名。在西方,它叫做“乳汁之路”(TheMilkyWay);在我國古代,它又叫銀漢、高寒、星河、明河、天河……天河兩岸,很容易找到“牛郎”和“織女”,它們是兩顆很亮的星。牛郎在河?xùn)|,又名“河鼓二”。它的兩旁,各有一顆稍暗的星。三星相連,形如扁擔(dān)。牛郎居中,兩端宛如一副籮筐,所以它們又合稱為“扁擔(dān)星”。據(jù)說,每年農(nóng)歷七月初七,牛郎就將他的兩個娃娃放在籮筐里,挑起扁擔(dān),去與織女“鵲橋相會”啦!織女在河西,與牛郎以及自己的孩子遙遙相望。她的近旁有四顆星構(gòu)成了一個平行四邊形,宛如織布用的梭子一般,它正是織女的勞動工具。另外還有一種傳說:就在牛郎星附近有著五顆小星,中國古稱“匏瓜五星”的,其中一、二、三、四這四顆星連貫起來組成一個菱形,很像一個織布的梭子。它是織女為了表達(dá)自己的情思而拋給牛郎的,因此民間便稱它為“梭子星”了。天河之中,牛郎織女之間,有六顆亮星組成一個巨大的“十”字。請看圖1,如果我們將它想象為神話中的“鵲橋”,那豈不是既很自然又很有趣嗎?
世界上各個古老的民族,都以其長著翅膀的豐富想象力,馳騁在天上人間。同樣的星空讓他們孕育和產(chǎn)生了大不相同、卻又同樣妙趣橫生的神話傳說。上面提到的那個大“十”字,古代歐洲人將它想象成一只展翅翱翔的天鵝。因此,它所在的那個星座就被叫做“天鵝座”。這個大“十”字,因為出現(xiàn)在北半球天空上,西方人又將它稱為“北天十字架”,簡稱“北十字”。
什么是星座呢?簡而言之,古人為了更方便地辨認(rèn)星空,就用種種想象中虛擬的線條,將天上較亮的那些星星分群分組地聯(lián)結(jié)起來,這些星群便稱為“星座”。人們又以更加豐富的想象力,讓一群群星與許多神奇的故事掛上鉤。因此,諸星座最古老
的名稱通常都溯源于古老的神話與傳說(圖2)。
世界上最早劃分星群的,也許是蘇美爾人。他們生活在美索不達(dá)米亞平原兩河流域的下游,如今屬于伊拉克的地方。大概在公元前4000年,他們便在辨認(rèn)星空時將群星“分而治之”了。他們在公元前3000年左右已經(jīng)創(chuàng)建了一套書寫系統(tǒng),用文字記下自己的歷史。那時,他們也開始系統(tǒng)地注意行星的運動。倘若將蘇美爾人的觀測當(dāng)作人類系統(tǒng)觀測天象的開端,那么這種世代相傳的天文觀測綿延至今便已有6000年之久。
在這漫長的歲月中,星座的概念有了極大的發(fā)展。演變到公元2世紀(jì),經(jīng)過古希臘天文學(xué)家的詳細(xì)描述,北天40個星座的雛形便大體確定下來。至于南天的48個星座,那是17世紀(jì)后通過航海家和天文學(xué)家們的系統(tǒng)觀察才逐漸定型的。由于近代科學(xué)的啟蒙與發(fā)展,南天星座中便夾雜著用科學(xué)儀器命名的名稱,例如顯微鏡座、六分儀座、羅盤座、望遠(yuǎn)鏡座等;而北天星座的名稱則依然充滿著古老神話的色彩:仙女座、仙后座、武仙座、飛馬座、天鵝座……
現(xiàn)代對星座的劃分,建立在更精確的基礎(chǔ)上。國際上統(tǒng)一地將整個天空劃分成大小不等的88個區(qū)域,每個區(qū)域便是一個星座,它們猶如地球上大大小小的許多國家。每個星座中都有許多星星,恰似一個國家中有許多城市和村鎮(zhèn)一般。牛郎星是“天鷹座”中最亮的星星,按國際標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一稱呼,它就叫“天鷹α”。α(阿爾法)乃是希臘文中的第一個字母。織女星是“天琴座”中最亮的星,所以稱為“天琴α”。同樣,天鵝座中最亮的星就叫“天鵝α”,它就在那只大天鵝的尾巴上,所以阿拉伯人又叫它“戴耐布”(Deneb),意為“天鵝之尾”。我國人民自古以來就叫它“天津四”。圖3中還標(biāo)出另一些星星的名字:天鵝座中的β(貝塔)、γ(伽馬)、δ(德爾塔)、ε(艾普西。ⅵ疲伤┖挺牵ㄒ了┑,它們分別用希臘文中的第二至第七個字母表示。
一個星座中的星星是很多的,而希臘字母只有24個,每顆星用掉一個字母,用完了又怎么辦呢?不要緊,用完了可以接著用拉丁字母;拉丁字母用完后,還可以干脆給星星編上號,例如圖3中的天鵝61星便是這樣;蛘,還可以給星星專門列出一份份“花名冊”,它們稱為“星表”。在星表中給每一顆星指定一個號碼,這也就是它的名字了,比如天鵝61。實際上,天鵝61是一個雙星系統(tǒng),由兩顆互相繞轉(zhuǎn)的恒星組成;這兩顆星中的每一顆,都稱為該雙星系統(tǒng)中的一顆“子星”,它們的名字分別叫天鵝61A和天鵝61B。同時,這兩顆星在“HD星表”中的編號分別為201091和201092,故又稱HD201091和HD201092。這里,HD乃是美國天文學(xué)家亨利·德雷伯(HenryDraper,1837—1882)姓名的首字母縮寫。
中國古代經(jīng)常使用“星宿”這個名稱。“二十八宿”更是古典小說中常常津津樂道的話題。從天文學(xué)的角度來看,星宿與星座卻沒有什么實質(zhì)性差別,只不過前者是中國古代習(xí)用的術(shù)語,代表中國古人劃分星群的方法。星座則起源于西方,是現(xiàn)在已為全世界廣泛采用的另一種劃分星空的方式。
可是,美妙的星座,燦爛的群星啊,你們究竟離我們有多遠(yuǎn)呢?
這是一個曲折動人而又綿長的故事。親愛的讀者,下面讓我們來看看古人是怎樣想的吧。
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