书城科普读物科学奥秘丛书-宇宙的奥秘
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第22章 恒星的概况(1)

恒星的名称

夜晚我们仰望星星,常常想起关于它们的种种传说,什么“天上一颗星,地上一口丁”,天上的星星是神仙,地上的名人是天上的神仙下凡等等。现在我们知道,天上的星星既不是神,也不是人,它们只是一种天体,我们给它取名叫“恒星”。恒星的“恒”是相对行星的“行”而言。意思是它们在天空中的相对位置是固定不变的,不管经过几十年、几百年,也难以看出它们的变化来。

恒星是什么?近40年来,人们才给它赋予科学的定义。恒星和太阳一样,都是自身发光发热的天体,是庞大的热核反应气体球。在它们的表面,有着种种的活动,喷射出巨大的火焰。在太空中,它们聚集成难以想象的浩大体系——星系。恒星有的比太阳大,有的比太阳小,之所以在我们看来仅仅是一个个小光点,那是由于它们离我们太远的缘故。其实它们都是一个个大大小小的太阳。天空中的星星除行星、彗星、流星而外,绝大部分是恒星。

恒星静止不动吗?

仅凭眼晴去观察星空,我们所能见到的星星是非常有限的。一个人在同一时刻只能见天空的一半,另一半在地平线以下,我们是看不见的。据统计,在没有月光而又晴朗的秋夜里,眼力非常好的人能看到近3千颗星星。在一年四季中,整个天空可以看见6千颗星星。用望远镜观察星空,能够看见星星的数目就大大地增加了。用普通双筒望远镜,在整个天空中可看见5万颗以上的星星。若用现代最大的望远镜观察星空,看到的星星数则以亿计,远比地球上的人口还多。

天上的星星,初看上去,似乎是纷杂无章、任意排列的。要想把它一一鉴别,似乎是做不到的事情。然而仔细观察,我们会发现它们是有章可循的。如北极星,它永远准确地指示着北方。它离北天极不到1°。北斗七星,形状如同大勺子或倒着的“?”,在一年四季中它围绕北极星回旋。

如果把天空中相近的星星用线连接起来,它们则形成不同的图案,有的像动物,有的像用具。古代天文学家把一群群的亮星,按照想象的形状分为一个个星座。每个星座都有各自的名称。在我国有三垣四象二十八宿之分。在《史记·天官书》中也有详细的记载,估计它们起源于周秦以前。

四象分布于黄道和白道近旁,环天一周。每象各分七段,称这“宿”,共计二十八宿。它们是:东方苍龙之象,含角、亢、氏、房、心、尾、箕、七宿;南方朱雀之象,含井、鬼、柳、星、张、翼、轸七宿;西方白虎之象,含奎、娄、胃、昂、毕、觜、参七宿;北方玄武之象,含斗、牛、女、虚、危、室、壁七宿;“宿”有宿舍的意思,故二十八宿又有称为二十八舍的。月亮沿着白道向西移动,大致每天停留在一个“宿”里。

在外国用希腊神话故事中的人物、野兽、神怪的名称来称呼星座的。例如仙后、仙王、猎户、金牛、仙女、英仙、飞马。鲸鱼等等。也有用件物来命名的、如天秤、圆规等。目前国际上公认全天星座为88个。这些星座有29个在天球赤道以北,46个在天球赤道以南,13个跨在天球赤道南北两旁。

星座的划分,使我们分辨星星时,方便得多了。例如北斗七星在大熊座,北极星在小熊座,织女星在天琴座。每个星座都包括许多星,古人都给最亮的星起了名字。在我国如天狼、老人、南门二、织女、大陵五、天津一等等。在国外也有专门的名称。但是星星太多了,不可能给每颗星都起一个名字。因此在天文学上按星座恒星的亮度大小的顺序用希腊字母α、β、γ……来命名。例如大犬座里最亮的天狼星叫做大犬座α星,次亮的称为大犬座β星,大陵五称为英仙座β星,大家熟知的织女星称为天琴座α星。当希腊字母不够用时就用数目字来代替。例如天鹅座61星。一些较暗的恒星还用星表中的编号来区别,例如M31指的就是梅雨叶星第31号星。

为了工作需要,天文学上把星的位置记录大册,编成星表。我们从这些星表中可以查出一颗星的方位、距离、运动和各项物理性质等。天上恒星的位置是用赤道座标来标示的+38°41′(1小时等于15°)。

我国战国时代的石化星经是世界上最早的星表,载有120多颗星。在西方则有希腊天文学空喜帕恰斯编的星表(公元前130年),有1 000多颗星。望远镜发明以后,看到的星星就更多了。如波恩星表包括32 400颗星。目前由全世界20多个天文台共同制作了全天星表已经完成,名曰:“照相天图星表”,载有300多万颗星。

恒星的运动

如果你了解天空中的星星,那么你可以每天晚上观察,那些星星的相对位置是否有所变化。结果一定会让你失望,因为它丝毫没有变化。恒星这个“恒”字,起得似乎颇有道理。它们的位置即使过上几百年,也是很能看出有什么变化的。那么实际上恒星是不是运动着的呢?回答是肯定的。恒星在运动,而且是在飞快地运动。我们之所以看不出它们位置的变化,是因为它们离我们实在太远的缘故。正如由你前面驶过一列火车,你觉得它的速度如此快,有飞奔的感觉。可是当你站在远处的山顶观察它时,情况就不一样了,你感觉到火车就好像是在爬行,像个蜗牛。

我国古代的观测者早就观察到恒星的运动。公元前8世纪我国唐朝天文学家张遂利用观测恒星运动的仪器——黄道游仪,发现恒星在运动。他是第一个发现恒星运动的人。到了现代,天文学家们发现,用黄道游仪这类古天文仪器,在几十年里要想测出遥远的恒星的运动,几乎是不可能的事情。张遂测出的恒星新座标,是地球岁差造成的。

到8世纪,才有人真正测量出恒星的运动。1718年英国天文学家哈雷,这个捕捉彗星的能手,他在把1712年编的星表与1~2千年前的天文学爱喜帕恰斯和托勒玫测定的恒星位置进行比较时发现,天狼、毕宿五、大角和参宿四这几颗亮星的位置有了变化。

有的在作了岁差改正之后,仍有半度位置移动。哈雷认为这不可能是古希腊天文学家的测量误差,因为几位彼此独立进行观测的天文学家所得的结果都相近。哈雷也因此提出:恒星本身都在天球上缓慢移动,这被称为恒星的“自行”。后来经过许多人的再三测量,证实恒星的确在空中运动着。

恒星恒定不动的观念被打破了,它们就像在广阔的大海中起了锚的船只那样自由地航行了。恒星在不停地运动,那么太阳也应在不断地航行了。那么怎样才能测出太阳本身的运动呢?我们谁都乘过车,当我们乘车沿马路快速行驶时,我们会发现道路前面两旁的树木会向两边闪开,而道路后面两旁的树木则向中间迅速靠拢。前面提到的发现天王星的威廉·赫歇耳天在研究太阳本身的空间运动时想到了这个现象,于是他决定查一查哪个方向上的恒星有四下散开的迹象,而哪个方向上的恒星有互相会聚的迹象。他通过当时书籍的为数不多的恒星自行的资料,推算出太阳本身确实在运动,其运动方向指向武仙座入星附近。与今天的测量结果相差不到10°,作为最早的观测结果,应该说是相当准确的了。

自从照相术用于天文之后,测定恒星位置的变化就容易得多了。天文台里使用专门设计的照相望远镜,拍下了星空每一区域的照片。建立玻璃底片的“图书馆”。要知道某个恒星的位置的变化,只要把前后相隔几十年同一天区的照片拿来对照就行了。恒星在天球上位置的移动,叫做恒星的“自行”。以每年多少角秒来表示。由于恒星太远,它每年变化的位置实在太小了,所以自行极小。现在已经测量了20万颗恒星的自行。而通常肉眼所见的星的自行只有0.1或更小。

恒星运动有不同的方向、速度。例如牛郎星和织女星,它们分别以每秒26千米和14千米的速度朝地球飞来,有的星则离地球而去。恒星跑得那么快,为什么我们看不出?原因在于恒星间的距离太远了,使得恒星间相对运动的过程显得微不足道。

恒星都以如此快的速度运动着,有没有发生过碰撞呢?一般地讲它们绝少有碰撞的机会。不过在天文史上的确也发生过一次,那是1955年,地球上所有的天文台都收听到传自宇宙的一声巨响,后来调查发现:这正是天鹅座中两个星群在一万万年前发生的碰撞。

恒星不但有自行,恒星本身也都在自转。有的恒星在其赤道区域上,自转的速度可达每秒200千米。

恒星除了运动外,近10年来,人们使用光电测量新方法,检测出恒星的光度也发生微小的变化,绝大多数恒星光度的变化都在千分之几星等,非常细微。一般的望远镜是探测不到的。

恒星的距离

仰望星空,那些天空上一闪一闪的星星距离我们都十分遥远,其遥远的程度远不能用地球上、甚至太阳系上的尺度来度量。

实际上,人类所要探索、研究的对象是一个无穷无尽的宇宙。所谓无穷,用科学的语言来说,就是我们可以任意假定一个我们认为最大的数,而无穷却比它还大;在时间的长河里,既没有起点,也没有终点。所以,即使我们只对宇宙的某个局部的有限范围进行测量,也需要采用特殊的长度来作测量单位。光的速度,是我们目前知道世界上最快的速度,它在1秒钟内的行程可达30万千米。这个速度可以绕地球赤道走七周半,够快的了,可是用这个速度去量度恒星间的距离,却仍然像我们以毫米作单位去测量某段路程一样,在计算上使人感到极不方便,近乎幼儿园的小孩玩“搬家家”的游戏。因此测量恒星间距离我们采用“光年”作单位。所谓光年就是光在一年内所走路程的长度。1光年的距离约等于9万亿千米。离我们太阳最近的恒星半人马座α星,距离太阳4.2光年,这大约是日地距离的30万倍。

早在400多年前,现代天文学家的奠基人哥白尼就认为,恒星离我们的距离比太阳离我们的距离要远得多,他试图在相隔6个月的两段时间内测定出同一颗恒星的方位,以便计算出这颗恒星的距离。他所用的方法,即是我们通常所用的测量远方距离的三角测量方法。

要想知道你家离学校有多远,这好办,你可以用尺子或脚步实际地测量一下。可是当你面对一个远距离的目标,你不想走过去,或者是有东西挡住,你过不去时,要想测量它离你有多远,你就可以运用三角测量方法了。这个方法很简单,首先在你身旁选择一段基线AB,作为测量目标选择一点C。AB的长度可以量出,再分别用角尺测量出A到C点和B到C点的角度。

利用三角公式就可以算出你到C点(目标)的距离了。这个方法广泛地运用于测量工作。尤其是在战争中,炮击敌方阵地前,经常使用。科学家们把“尺子”量到了月亮,这已是40万千米的距离了;17世纪又量到了火星,进而推算出太阳到地球的距离。于是这把尺子伸到了1亿多千米的地方。如果现在运用行星运动定律,我们还能测量到远在几十亿千米外的行星距离,人类的认识范围一下子扩大了,扩大了好几十倍。

这个方法是否能用来测量其它恒星间的距离呢?应当是行得通的。测量月亮的距离,我们是用地球的半径作为测量的基线(AB),但是对遥远的恒星来说,这条基线是不够的。地球绕日公转的轨道直径为3亿千米,以它来作基线,真是太合适不过了。人们只要在相隔半年的两个日子里,分别观测同一颗星,如果这颗星很近的话,它的位置必定在更远的恒星背景上有所移动。这个移动的角度,便是恒星的视差位移。像测量月球的距离一样,只要测出A点和B点分别到C点的角度,已知AB的长度,利用三角公式即可算出恒星的距离。因此可以说,测出恒星的视差,就能算出恒星的距离。