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!我們要談的,正是這天上的星星;要談的,是它們離人間有多遠(yuǎn)。
人類已經(jīng)把自己的目光投向遠(yuǎn)達(dá) 100 多億光年的太空深處。在這個(gè)范圍以外的情況,目前我們并不很清楚。然而,人類的認(rèn)識(shí)能力是無窮的。飛向太空的道路崎嶇不平、艱難曲折,征服宇宙的前景卻又廣闊無邊,美不勝言。
人類的視野正在繼續(xù)擴(kuò)大著,而且它還將不斷地?cái)U(kuò)大、擴(kuò)大、再擴(kuò)大……
《星星離我們有多遠(yuǎn)》是一本深入淺出的天文學(xué)科普著作,為我們系統(tǒng)地展示了歷代天文學(xué)家如何不辭勞苦、兢兢業(yè)業(yè)、利用各種巧妙方法測量天體距離的歷程。人類在探索和發(fā)現(xiàn)宇宙奧秘的漫長歲月中,產(chǎn)生過無數(shù)奇特的想象、推測和假說,還會(huì)不斷地犯錯(cuò)誤、走彎路、甚至互相對(duì)峙和抨擊。然而,這就是真實(shí)的歷史。作品用通俗流暢、詩意盎然的筆觸,用一個(gè)個(gè)人物、一段段故事,清晰地勾勒出天文學(xué)的發(fā)展史,生動(dòng)地展現(xiàn)出天文學(xué)家們?yōu)樽非笳胬硪煌鶡o前的科學(xué)精神。
作者的話 / 1
序 曲 / 11
“天上的市街” / 11
星座與亮星 / 14
大地的尺寸 / 22
首次估計(jì)地球的大小 / 22
第一次丈量子午線 / 29
三角網(wǎng)和大地的模樣 / 33
明月何處有 / 40
第一個(gè)地外目標(biāo)—月球 / 40
從街燈到天燈 / 46
雷達(dá)測月和激光測月 / 52
太陽離我們多遠(yuǎn) / 56
轉(zhuǎn)向了太陽 / 56
開普勒和他的三定律 / 60
卡西尼測定火星視差 / 68
金星凌日 / 76
地球的小弟弟—小行星 / 81
小行星的功績 / 86
太陽究竟有多遠(yuǎn) / 91
間奏:關(guān)于兩大宇宙體系 / 95
測定近星距離的艱難歷程 / 110
恒星不再是“固定的” / 110
泛舟泰晤士河的收獲 / 115
恒星終于被征服了 / 123
三角視差的限度 / 138
通向遙遠(yuǎn)恒星的第一級(jí)階梯 / 145
星星的亮度 / 145
恒星光譜分類 / 150
有趣的赫羅圖 / 158
分光法的妙用 / 162
再來一段插曲:銀河系和島宇宙 / 168
從德謨克利特到康德 / 168
銀河系的真正發(fā)現(xiàn) / 175
宇宙中的“島嶼” / 183
通向遙遠(yuǎn)恒星的第二級(jí)階梯 / 191
聾啞少年和造父變星 / 191
一根新的測量標(biāo)桿 / 200
球狀星團(tuán)和銀河系的大小 / 205
巡天遙測十億島 / 213
欲窮億年目,更上幾層樓 / 227
接力棒傳給了新星和超新星 / 227
亮星也來出一把力 / 235
由大小知距離 / 237
集體的貢獻(xiàn):累積星等 / 240
耐人尋味的紅移 / 244
膨脹的宇宙 / 253
尾 聲 / 263
類星體之謎 / 263
飛出太陽系 / 269
結(jié) 束 語 / 279
夢天之樂(外九篇)
天文學(xué)與人類 / 284
“夢天”的由來 / 295
緬懷戴文賽老師 / 302
科學(xué)視角下的千古絕唱 / 316
——《水調(diào)歌頭·明月幾時(shí)有》別樣解讀
七夕話牛女 / 322
從牛頓的生日談歷法 / 331
觀天治水功垂千秋 / 342
——紀(jì)念元代杰出科學(xué)家郭守敬逝世700周年
他激勵(lì)所有人挑戰(zhàn)自己和未知 / 353
——霍金的人生和宇宙
對(duì)聯(lián)中的日月乾坤 / 371
附錄一 評(píng)《星星離我們多遠(yuǎn)》 王綬琯/ 381
附錄二 知識(shí)筑成了通向遙遠(yuǎn)距離的階梯 劉金沂/ 386
附錄三 有道是慧眼識(shí)真金
——贊語文教育家向中學(xué)生推薦
《星星離我們有多遠(yuǎn)》 吳鑫基/ 391
“天上的市街”[1]
朋友,您吟誦過這樣一首詩嗎—
遠(yuǎn)遠(yuǎn)的街燈明了,
好像是閃著無數(shù)的明星。
天上的明星現(xiàn)了,
好像是點(diǎn)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(qǐng)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,叫作《天上的市街》。
這首白話詩的作者,當(dāng)時(shí)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,我們就從這兒談起吧。
星座與亮星
初秋晴夜,銀河高懸,斜貫長空。銀河,有許多別名。在西方,它叫作“乳色之路”(The Milky Way);在我國古代,它又叫銀漢、高寒、星河、明河、天河……千百年來,牛郎織女的神話故事一直膾炙人口。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(gè)娃娃放在籮筐里,挑起扁擔(dān),去與織女“鵲橋相會(huì)”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(gè)平行四邊形,宛如織布用的梭子一般,它正是織女的勞動(dòng)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”,其中一、二、三、四這四顆星連貫起來組成一個(gè)菱形,很像一個(gè)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(gè)巨大的“十”字。請(qǐng)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(gè)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。他們對(duì)同樣的星空孕育和產(chǎn)生了各不相同,卻又同樣妙趣橫生的神話傳說。上面提到的那個(gè)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(gè)星座就被叫作“天鵝座”。這個(gè)大“十”字,因?yàn)槌霈F(xiàn)在北半天空上,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,這些星群便被稱為“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(shí)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(shí),他們已開始系統(tǒng)地注意行星的運(yùn)動(dòng)。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(gè)星座的雛形便大體確定下來。至于南天的48個(gè)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(duì)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(gè)天空劃分成大小不等的88個(gè)區(qū)域,每個(gè)區(qū)域便是一個(gè)星座,它們猶如地球上大大小小的許多國家。每個(gè)星座中都有許多星星,恰似每個(gè)國家都有許多城市和村鎮(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(gè)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”。我國人民自古以來一直叫它“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。、ζ(澤塔)和η(伊塔)等,它們分別用希臘文中的第二至第七個(gè)字母表示。
一個(gè)星座中的星星是很多的,而希臘字母只有24個(gè),每顆星用掉一個(gè)字母,不夠用了怎么辦呢?不要緊,用拉丁字母。拉丁字母用完后,還可以干脆給星星編上號(hào),例如圖3中的天鵝61星便是這樣。或者,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(gè)號(hào)碼,這也就是它的名字了。比如天鵝61,實(shí)際上是一個(gè)雙星系統(tǒng),由兩顆互相繞著轉(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(shí),這兩顆星在“HD星表”中的編號(hào)分別為201091和201092,故又稱HD 201091和HD 201092。這里,“HD”乃美國天文學(xué)家亨利·德雷珀(Henry Draper, 1837—1882)姓名的首字母縮寫。這位亨利·德雷珀原本是學(xué)醫(yī)的,做過短時(shí)期的外科醫(yī)生。他對(duì)天文學(xué)非常入迷,便于1861年在父親的莊園里自建了一座天文臺(tái)。后來德雷珀成了擅長用照相方法拍攝恒星光譜的專家,可惜他45歲時(shí)就患肺炎去世了。他的遺孀設(shè)立了德雷珀紀(jì)念基金,以資助哈佛天文臺(tái)拍攝和研究恒星光譜,后來又出版了亨利·德雷珀星表,即HD星表。
中國古代經(jīng)常使用“星宿”這個(gè)名稱!岸怂蕖本褪谴笾卵攸S道分布的28個(gè)天區(qū),它們各有自己的名字,如“角、亢、氐、房”等。這些星宿的名字,化作神話人物,頻頻出現(xiàn)在中國古典文學(xué)作品中。例如,在《西游記》中很有名的“昴日雞”就是昴宿的化身,它的神話形象是一只威武雄壯的大公雞。從天文學(xué)的角度來看,星宿和星座并沒有本質(zhì)上的差別,只是與此有關(guān)的神話傳說和相應(yīng)的名稱反映了東西方傳統(tǒng)文化的差異。如今,雖然國際上已經(jīng)統(tǒng)一采用共同的星座體系,但我們中國人談到流傳至今的這些星宿的名稱仍然深感親切而有趣。
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(gè)曲折動(dòng)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。