宇宙的形状和结构

茫茫宇宙，地球犹如沧海一粟。千百年来，科学家一直试图描述宇宙的形状和结构，但是直到现在也没有人能够确切地说出来。哈勃望远镜的发射为我们深入了解宇宙提供了可能。

迄今为止，天文观测史上最为宏大壮观的观测项目就是哈勃空间望远镜，它是天文观测项目中最受公众瞩目的科研项目，其规模和投资都是别的科研项目所无法比拟的。

宇宙在可见光谱范围内，有无数个星系，哈勃探测到了宇宙早期的“原始星系”，天文学家根据这些资料开始了跟踪研究宇宙发展的历史。

天文学家研究了宇宙早期恒星诞生形成过程中重元素的组成，行星和生命存在是离不开这些元素的。通过哈勃，天文学家看到了两个星系相撞的情形，也看到了黑洞如何吞食星球与气体的情形。我们已经知道有些星系是没有类星体存在的，有的天文学家将原因归结为该星系的中央存在着黑洞，这些可怕的黑洞还在不断地扩大。至今尚未发现有类星体存在于银河系中。

2位天文学家在1987年1月全美天文学年会上，报告在他们发现的两个彼此独立的星系团中出现了“巨型空中光弧”。他们将这2个星团分别编号为Ab11 370和C12244-02。这两段光弧经测量后，其长度都在30光年以上。

此后不久，又有人在星系团Ab11 963中发现了两段与前两段光弧特征相似的光弧。这种现象引起了学者们的关注。这时，美国海斯塔克天文台工作的休伊特博士以及她的同事们发表了一个射电源的观测结果，这使1988年7月他们对狮子座的一个射电源MG1131+0456观测所得到的椭圆环状光弧的轮廓非常清晰。休伊特博士称这是“爱因斯坦环”。

编号为Ab11 2218的星系团距离我们有10亿光年。通过哈勃发回的照片，能清晰地看到照片中那些暗蓝色的弧瓣实际上是一些星系，其距离比Ab11 2218星系远上5～10倍。在引力透镜效应的作用下，这些弧瓣被放大后变形并且在Ab11 2218星系团周围旋转。由于Ab11 2218比较庞大，且具有强大的引力，因此，使更遥远的天体的光发生了偏折，并且使被透物放大地呈现在Ab11 2218星系团周围。

由此可见，引力透镜可将遥远的天体放大。上述的Ab11 2218星系团就充当了这个放大的作用，使那些非常微弱的远在宇宙边缘的星系浮现出来，早期的宇宙的形成模式就清楚地呈现在天文学家的眼前。

天文学家得到一张哈勃空间望远镜传回来的冥王星及其卫星照片。这张照片推翻了原先通过地面望远镜看到的一条拉长的光线，实际上这条光线是由两颗星组成的。8年中，几千名科学家进行了数万次的天文观测，发表了1 300多篇关于天文方面的论文。

哈勃空间望远镜在1995年12月把焦距对准了北斗七星附近的一个天区。连续工作10天，实际曝光次数325次，获得了珍贵的遥远星系团照片，这些星系团距我们约110多亿光年。天文学家们揭示出了数千颗微暗的遥远星系，这是史无前例的发现。

对金星、火星等太阳系行星上的气候情况进行了观测研究后，天文学家发现有氧气存在于木卫二和木卫三的大气层中，并且发现木星新的云带及其生成、消失现象。从而，他们得到了第一批木星北极区的高分辨图像和木星云带以及光环的细微结构。

在太阳系外，天文学家们对猎户座大星云进行观测，发现那是一个孕育恒星的“襁褓”。哈勃提供了许多展示它的弧状、丝状和板状结构的彩色图像，甚至还有发亮的结节，科学家们认为这很可能是某些恒星脱胎后所留下的证据。

利用哈勃望远镜，天文学家们得到了1994年7月“苏梅克-利维9号”彗星撞击木星时的高质量图像以及百武彗星分裂的图像。

虽然哈勃空间望远镜获得的每一项新的观测成果都引起了科学界的关注，但是这些观测成果对于浩瀚的宇宙来说也只是“冰山之一角”，并不能诠释其全貌。因此天文学家仍然在探索着，希望能早日揭示出一个真实的宇宙。

宇宙大爆炸理论与宇宙起源

“呜……”火车进站了，司机拉响了汽笛。汽笛声对司机来说，音调是固定的。但是站台上候车的旅客却听到了2种音调：火车的汽笛声先是升高，火车从身边驶过时，音调却又降低了。1842年，奥地利物理学家多普勒解开了这一自然之谜。这一现象被称为“多普勒效应”。它引发了宇宙大爆炸理论的研究。

为什么会有“多普勒效应”呢？多普勒解释说声音实际上是一系列的声波，它是通过空气来进行传播的。声波在声源趋近时被压缩，音调相应地升高；相反，随着声波舒展远去，音调也随之降低。多普勒证实，光波也存在“多普勒效应”。当光源与观测者反方向运动，光源的光波发生谱线红移，波长变长；相反，当光源向着观测者运动时，谱线就向紫端位移，光波也随之变短。

美国天文学家哈勃在20世纪20年代末观测时注意到，除了距离我们最近的星系外，星系在天空中的分布是均匀的，但是谱线红移现象几乎发生在所有星系的光谱中。哈勃认为如果多普勒效应引起了这种星系谱线红移，那么就意味着星系在远离地球。

几乎同时，另一位科学家哈马逊也在进行相同的研究。他想得到那些更遥远的河外星系的光谱。这些星系更加暗弱，哈马逊表现了极大的耐心和非凡的才能。他先从成千颗闪烁的恒星中选出所要考察的暗弱星系，使其像刚好落在光谱仪的狭缝上。他的工作时间是从深夜到凌晨，在这期间，他要不停地调整望远镜，几乎每几分钟一次，有的时候还需要接连几夜对准同一星系观察，这样辛勤的观测工作，哈马逊进行了28年之久。终于，哈勃和哈马逊在1931年联名发表文章，用扩充的观测资料进一步肯定了“哈勃定律”。

哈勃定律揭示了宇宙在不断地膨胀。但是，1929年刚公布哈勃定律时，哈勃和哈马逊非常谨慎，他们采用星系视退行这一名称。

其实，早在1917年，荷兰天文学家德西特就证明，由1915年发表的爱因斯坦广义相对论可以得出这样一项推论：宇宙的某种基本结构可能在膨胀，而且这种膨胀速度是恒定的。但是，那时还没有充分证据证明这一说法，对德西特的这种宇宙膨胀理论，科学家们大都持不屑一顾的态度，认为是无稽之谈。

后来，比利时天体物理学家勒梅特根据弗里德曼宇宙模型，把哈勃观测到的现象解释为宇宙爆炸的结果，宇宙膨胀的概念才又一次被提出来。勒梅特还从一个特殊的端点开始考虑膨胀，他进一步提出宇宙的起源是一个“原初原子”，也就是我们现在所熟知的“宇宙蛋”。这一说法引起了英国著名的科学家爱丁顿的注意，他提醒科学家们注意勒梅特的文章，这时，人们才注意到宇宙膨胀论。

美籍俄国学者伽莫夫继承并大大地发展了勒梅特“宇宙蛋”的思想。1948年4月，他联合天体物理学家阿尔弗和贝特共同署名发表了一篇关于宇宙起源的重要文章。

他们在文章中谈到，河外星系既然一直在彼此远离，那么，它们过去就必然比现在靠得近，全部星系在更久远的时候靠得更近；可以推测，极早期宇宙应当是非常致密的，那时，宇宙极其地热，而且物质的密度非常大；文章甚至说宇宙最初是一团“原始火球”，它发出的辐射在发生爆炸后随着宇宙的膨胀而冷却下来。文章描述了原初宇宙“浑汤”中的基本粒子是如何从氢经过质子和中子的核聚变，又是如何演化成为氦原子的等。

伽莫夫认为当时大爆炸产生的尘埃就是今天人们在地球上和宇宙中发现的原子。通过精确的分析和理论计算表明，在150亿～200亿年以前，大爆炸发生了。根据有关计算还得出，宇宙大爆炸之后，一般有5～10开的残余辐射温度。

现在，“宇宙大爆炸”学说已被科学界普遍接受。

宇宙中的神秘星体——黑洞

“黑洞”犹如宇宙中的“牧场”，它的引力非常大，能把周围的一切物质吸进去。然而，人类对黑洞的认识还只是沧海一粟。“黑洞”就是一个引人注目的科学之谜。

为什么称之为黑洞呢？首先，人们根本看不见它，它不向外界发射或反射任何光线；其次，任何东西一旦进入其中，就无法出来。黑洞就像一个处于饥饿状态的无底洞，永远也填不饱。因此它也被称为“星坟”。

黑洞为什么有如此奇特的禀性呢？让我们先从万有引力谈起。

地表的物质在地球引力的作用下，不能任意飞向空中；人造卫星要想被送上围绕地球运行的轨道，至少要用每秒钟8千米的速度发射火箭，否则，在地球引力的作用下，人造卫星还是会被拉回地面，这就是第一宇宙速度；同样飞船只有完全摆脱了地球的引力控制，才能飞到别的星球上去，此时的火箭速度就要达到每秒11千米，这就是天体的表面脱离速度，也就是第二宇宙速度。

根据万有引力定律，包括太阳、月亮、地球在内的宇宙间的一切天体都具有非常强大的吸引力，附近的一切物体都能被它们紧紧地“抱”在怀里。

天体的表面脱离速度并不都是一样的，任何存在于宇宙中的天体，都有其不同的质量，因此也有不同的表面脱离速度，任何天体只有达到这个速度，才能从它那里飞出来。

法国天文学家拉普拉斯早在1798年就根据牛顿力学，预言宇宙中存在着质量很大的天体。虽然拉普拉斯当时没有用黑洞来描述自己的理论，但是谁也无法否认它和“黑洞”理论有异曲同工之处。

现在，黑洞有了更加确切的定义：黑洞是一种特殊天体，其基本特征是具有一个视界，这个视界是封闭的，一切在视界内的物质和辐射都不能跑到外面去，外界的则可以进入视界。事实上，黑洞曾被爱因斯坦的广义相对论预言过。

黑洞在理论上也得到了充分的证明。万有引力理论认为，质量是太阳质量的3倍的球形天体，很可能收缩成为一个质点，这个质点的质量无限大，体积则很小，这就是“引力崩溃”现象。

由于黑洞的引力场非常强大，在其作用下，黑洞内部的一切物体都会被摧垮，故我们现在所知的所有类型的物质结构可能都对黑洞不适用——这就是著名的“黑洞无毛定理”。

黑洞的形成引起了众多科学家们的关注，一时之间，众说纷纭，莫衷一是。有人认为是由于恒星一直在消耗其核燃料并释放出光，当核燃料全部被耗尽时，由于自身引力过大而开始坍缩。黑洞是坍缩物质的质量3倍于太阳的质量而形成的。但是，科学家们认为这样形成的黑洞的质量并不是特别大，其质量至多是太阳的50倍。也有人认为是宇宙大爆炸时产生了异乎寻常的力量，在这种力量的作用下，一些物质变得非常紧密，这些是原生黑洞。还有人认为，恒星密集地分布在星系或球状星团的中心部分，而且经常有大规模的碰撞发生在这些密集的恒星之间，由此产生了超大质量的黑洞，这种黑洞的质量甚至超过了太阳的1亿倍。

理论研究表明，宇宙间有各种大小和质量不同的黑洞。以太阳为例，太阳半径为70万千米，从太阳表面发射的宇宙飞船，要想彻底摆脱太阳引力的束缚，其发射初速度至少要达到每秒618千米，这就是太阳的逃逸速度。如果太阳的物质密度随着其收缩而不断增大，半径就会不断缩小。这时，其逃逸速度就会随着太阳引力的增大而不断增大。倘若太阳的半径缩为3千米，在强大的引力作用下，其表面逃逸速度甚至超过了光速。这样，太阳就变成了一个黑洞。

直到今天，还有许多关于黑洞的假说。人们没有足够的证据表明它是否真的存在，但同时也无法否认它的存在，因为作为一种理论模型，它解释了许多天文现象。

宇宙线

宇宙线是一种来自宇宙的高能粒子流，包括带电、不带电的粒子及各种射线。宇宙线是天体的活动形成的，如超新星的大爆炸、脉冲星、某些类星体等。宇宙线的研究，对天文、粒子物理、材料、环境等有重要意义。可以借此了解天体内部信息，证实或排除某些新粒子存在的可能性，还可以通过宇宙线中某些粒子的研究了解宇宙变化的信息。宇宙线的变化也带来了地球环境变化的信息。例如，宇宙线中的X射线大部分被大气臭氧层吸收，而不能到达地球地面。近年来由于冰箱、空调等氟利昂制冷剂的大量使用，破坏了臭氧层，在南极上空形成了较大的臭氧空洞，使达到地球表面的X射线大大增加，严重影响了人类和动植物的生活以致生存。另外，由于宇宙线中的带电粒子因地磁作用而偏转，研究宇宙线流向的变化可以了解地磁场的变化。

光年与天文单位

为了有利于“丈量”广阔的宇宙空间，天文学家必须找一个合适的长度单位，绝不能用“米”，也不适合用“千米”。对于不同的宇宙单位，也要用不同的单位。对于太阳系，天文学家就用地球与太阳之间的平均距离作单位，之所以“平均”，是因为它们之间的距离时刻在变化。这个单位就叫“天文单位”，一个天文单位等于149 597 870千米。它适合于度量太阳系行星的距离。而对于恒星之间的距离，天文学家又定义了一个长度单位，这就是“光年”，即光在一年之中“行走”的距离，所以“光年”不是时间单位。由于光在真空中的速度是恒定的，即每秒30万千米，因此一光年的距离就大约是9.5万亿千米。目前所知的离太阳最近的恒星距太阳约4.2光年，最遥远的恒星距太阳超过100亿光年。

星云

恒星际空间不是真空，而是充满了形形色色的物质。这些物质包括星际气体、尘埃、粒子流、宇宙线和星际磁场等，统称为星际物质。这些星际物质的分布也是不均匀的，有的地方气体和尘埃比较密集，形成各种各样的云雾状的天体。这些云雾状的天体就叫星云。银河系中的星云物质就形态说，可以分为弥漫星云、行星状星云和超新星剩余物质云。就发光性质说，可分为发射星云、反射星云和暗星云。弥漫星云又分为亮星云和暗星云，亮星云又分为反向星云和发射星云。著名的猎户座大星云就是亮星云，猎户座马头星云是暗星云，天琴座环状星云和宝瓶座耳轮星云都属行星状星云，金牛座蟹状星云属超新星剩余物质云。

天球

我们站在地球上仰望星空，看到天上的星星好像都离我们一样远，星星就好像镶嵌在一个圆形天幕上的宝石，实际星星和我们的距离有远有近，我们看到的是它们在一个巨大的圆球球面上的投影，这个假想的圆球就称为天球，它的半径是无限大，而地球就悬挂在这个天球中央，看起来就像整个天球围绕着地球旋转一样。把地球自转轴延伸到天球上的位置，就是天球的北极和南极。把地球的赤道伸延到天球上的位置，就是天球赤道。北极星非常接近天球北极，看来似乎永远静止不动，居住在北半球的人便可以利用北极星来辨别方向。北极星相对于地面的高度取决于观测者所在地的纬度：在北京，北极星会在正北，离地面40度；在北极，北极星会在头顶（天顶）；在赤道的地方，北极星刚好躺在水平线上。天文学家也给天球划分了经纬度，称赤经和赤纬。

星系

除了银河系以外，还有各种各样的星系。它们有的圆，有的扁；有的胖，有的瘦；有的大，有的小；有的形状优美，有的奇形怪状。最终归结起来，星系可以被划分为几个基本的类型。

螺旋星系：这类星系中间鼓鼓的，有很多古老的恒星，从中间往外是巨大的旋臂，由比较年轻的恒星、尘埃和气体组成。我们生活在一个螺旋星系里，也就是众所周知的银河系。另一个是我们用肉眼能看到的最远天体，即仙女座大星系M31，离我们280万光年那么远。

棒旋星系：这类星系类似螺旋星系，但它们的特征是拥有两条长棒子，从鼓起的中心向两侧外伸展。旋臂从每一根棒子末端向外延伸。有些理论认为，星系自身旋转会形成棒子，即随着恒星暂时排成一条线就出现这一现象。然后，自转会驱散这种特征。

椭圆星系：这类星系没有螺旋状结构，也没有多少尘埃和气体。它们有的大，有的小。事实上，它们可能是我们看到的最大星系。因为椭圆星系规模庞大，一些天文学家认为，它们可能是由螺旋星系碰撞而形成的；另一些人则认为，螺旋星系是从椭圆星系演变而来的。

不规则星系：这类星系通常既小又暗，也没有什么固定的形状。每一个星系都是恒星和气体的大杂烩，正在像人一样经历中年时的更年期危机。星系之间也可能发生碰撞，但不管是哪种情况，事实就摆在那里。

银河

在北半球8～12月，或者在南半球4～9月，如果我们在晚上遥望夜空，会看到一条由星光构成的微弱的带状物横跨天空，这就是银河。这段时期是观测银河的最佳时期。

银河这一名称来源于古希腊。正如我们所知道的那样，古希腊人相信地球是固定在宇宙的中心，太阳、月球和行星都围绕着地球转动。在这些东西背后是一个水晶圆球，星星就附着在圆球上面。故事是这样的：有一天夜晚，宙斯的妻子赫拉和另外一个可能是当班的人，把赫拉的牛奶弄洒了，溅落在这个布满星星的圆球上——银河就是这样形成的。

后来，直到（可能是）伽利略第1次透过望远镜观察到，这个“模糊的带子”实际上并不是牛奶，而是成千上万颗星星。天文学家威廉·赫歇尔准确地计算出这些星星构成一个大圆盘的形状，而我们就在其中。从我们所处的位置沿着这个圆盘的平面向外看出去，我们周围属于这个圆盘的星星组成了微弱的银河带。

因此，我们在夜晚看到的所有这些星星，包括银河，只是一个巨大圆盘形状的星星岛屿的一个极小部分，我们称其为银河系，也就是我们在整个宇宙中的家园。

射电天文学（运用那些巨大的碟形望远镜）发现了银河系的螺旋状结构：从银河系上面往下看，它就像一个旋转的转轮烟火。当然，银河系旋转得没有转轮烟火那样快：银河系自转一周把我们重新带到目前的位置需要花2.25亿年——用天文学的术语来说，这被称做一个宇宙年。我们需要知道的是，有很多东西都在跟着自转——有2 000亿颗星星绵延长达10万光年。

脑海里记住转轮烟火的形象，我们可以想象一下，每个由众多星星组成的螺旋都从中心向外发散。每一个螺旋被称为一个星系旋臂，各自包含几百万颗星星以及大量的尘埃和气体。太阳和地球都位于所谓的猎户座支旋臂（或称“猎户的马刺”。众所周知，有时候我们也不能十分肯定，猎户座支旋臂究竟算是银河系名副其实的一条支臂，还是从银河系脱落掉的部分）的边缘地带，离银河系中心大约3万光年。

从我们所在的银河系家园向外看去，如果我们朝人马座和天蝎座方向遥望，会望见银河系的其余部分显得更为明亮；如果我们沿着银河系的平面朝猎户的马刺方向遥望，就会看到它显得更为暗淡。

河外星系

在广袤无垠的宇宙空间，有许许多多像银河系一样的星系，叫做河外星系，简称星系。据估计河外星系的总数在千亿个以上，它们如同辽阔海洋中星罗棋布的岛屿，故也被称为“宇宙岛”。从1885年起，人们在仙女座大星云里陆陆续续地发现了许多新星，从而推断出仙女座星云不是一团通常的、被动地反射光线的尘埃气体云，而一定是由许许多多恒星构成的系统。如果假设这些新星最亮时候的亮度和在银河系中找到的其它新星的亮度是一样的，那么就可以大致推断出仙女座大星云远远超出了我们已知的银河系的范围。美国天文学家哈勃计算出仙女座星云的准确距离，证明它确实是在银河系之外，也像银河系一样，是一个巨大、独立的恒星集团。因此，仙女星云应改称为仙女星系。此后又陆续发现了许多星系。

脉冲星

脉冲星是指周期性地以脉冲形式辐射电波的天体。天文学家最早于1967年在银河系中发现了脉冲星。脉冲的周期短而稳定，在0.03～4.3秒之间。大多数人认为脉冲星是快速旋转的中子星，脉冲周期就等于它的自转周期。脉冲星有极强大的磁场，它的电磁波是以磁轴方向为中心的一个顶角不大的圆锥体的内部发射出来的，而一般情况下它的磁轴和自转轴是不重合的，这样，当中子星绕自转轴高速旋转时，它的磁场也绕自转轴高速旋转。所以，发光的圆锥体也整个地绕中子星自转轴高速旋转，当这个发光锥体朝着某一个方向时，该方向的观察者才能在瞬间观察到它的脉冲信号。目前已发现的脉冲星有三百多个。

星座

为了便于识别并指认天球上千千万万颗恒星，国际上把全天球上的恒星按照其组成的几何图形划分为88个区域，称这些区域为星座。88个星座的名称为：仙女、唧筒、天燕、宝瓶、天影、天坛、白羊、御夫、牧夫、雕具、鹿豹、巨蟹、猎犬、大犬、小犬、摩羯、船底、仙后、半人马、先王、雅蝘、鲸鱼、圆规、天鸽、后发、南冕、北冕、乌鸦、巨爵、南十字、天鹅、海豚、剑鱼、天龙、小马、波江、天炉、双子、天禾、武仙、时钟、长蛇、水蛇、印第安、蝎虎、狮子、小狮、天兔、天秤、豹狼、天猫、天琴、山案、显微镜、麒麟、苍蝇、矩尺、南极、蛇夫、猎户、孔雀、飞马、英仙、凤凰、绘架、双鱼、南鱼、船尾、罗盘、网罟、天箭、人马、天蝎、玉夫、盾牌、巨蛇、六分仪、金牛、望远镜、三角、南三角、杜鹃、大熊、小熊、船帆、室女、飞鱼、狐狸。

猎户座

这是所有星座中最亮的一个，因为它比其他星座拥有更多较为明亮的星星。因此，在冬季的星空里它格外耀眼。它是一个古老的星座，有很多关于它的故事，其中包括天蝎座的故事。天蝎被派去刺杀猎户，这就是为什么它们最终被放在天空两侧的原因。

参宿七呈现为蓝色，事实上，在大多数时间里，它比（广为误传的）主星参宿四更为明亮。参宿四实际上是一颗巨大的变星，大约每隔6年亮度会有所变化。

在参宿七和参宿四之间，我们会看到，有3颗星星几乎排成一条直线，形成猎户的腰带。但是它们实际上根本没有任何联系，这样比较容易辨认的图案被称为星群。这3颗星星从左至右分别是：参宿一、参宿二和参宿三。

位置：在北天星图中间的地方，我们可以发现猎户正在挥舞着他的大棒。

猎户座星云是一块著名的模糊云状物，位于连成“腰带”的3颗星星的正下方，我们用肉眼就能看见。它又被称为猎户之剑，是一个发光的发射星云，由其内部的星星（最显眼的猎户座θ星）“激发”所有的气体而形成。目前，大约有1 000颗星星诞生在这里，是一个真正的星星诞生地。

金牛座

金牛座是一个极其古老的星座，可能是人们所设计出的最古老星座之一。对埃及人来说，金牛是指牛神奥西里斯。而希腊人关于这个星座的传说是这样的：在金牛把宙斯的情人、美丽的少女欧罗巴安全驮运至克里特岛之后，宙斯便把金牛放置在天空之中。如果我们仔细观察实际的图案，会发现图案上只画出了牛的前半部分。这也很容易解释，因为金牛显然是一路游到克里特岛的，所以它的后半部分当然隐藏在水下，无法看到。

值得玩味的是，尽管不同的早期文明之间没有任何关系，但它们竟然在天空中创造出了同一种动物。例如，亚马逊部落（相传曾居住在黑海边的女性民族）把V字形的金牛座毕宿星团也描绘成牛的头部形状，正如希腊人所做的那样。

夜空中，这个季节的宝石之一是金牛座红色的主星毕宿五（意为“花朵”），它是天空排名第14位的亮星。

位置：在北天星图上，金牛在猎户的右侧。

金牛座昴宿星团是天空的珍宝之一，它实际上包含数百颗恒星，使用双目镜或较低倍数的望远镜就可以看到它的壮观景象。它正在穿越一个星云，这个星云通过反射恒星的光线而发光，但是这只有在照片上才能显示出来。

双子座

冬季夜空的另一个明亮星座是双子座，为首的两颗星是双胞胎北河二（意为“武士”）与北河三（意为“拳击手”），他们是跟随伊阿宋寻找金羊毛的阿尔戈英雄。奇怪的是，北河三（β星）反而比北河二（α星）更亮一些。据说是因为在经过了很多世纪以后，北河二已经褪色了。

如果我们透过望远镜来观察，会发现北河二实际上是一颗双星。但是，即便如此，眼见的也并不一定就是事实，在北河二系统里还有好几颗双星。总计共有6颗星星（3对双星）彼此环绕着转动，周期从9天～1万年不等！

双子座的天樽二（δ星）是一颗星等为3.5的白色星星，非常普通。我们给予它特别的关注，纯粹是历史的原因，正是在这个位置，人们于1930年发现了冥王星。

位置：在北天星图上，双子位于左上方。

小熊座

小熊座是由希腊第1位天文学家泰利斯在公元前600年前后描绘出的，它代表著名的大熊座卡利斯托的儿子阿尔克斯。它的主要几颗星组合在一起，成了北斗七星的微缩版，只是在它这里，那个扶手更加弯曲。由于这个原因，很多外行人常把北斗七星和小熊座的这几颗星混淆。北极二（β星）和北极一（γ星）被称为守卫星，因为它们是北极的守护神。

北极星是一颗久负盛名的星星。当然，我们把它称为北方之星或者极星，但是早期的希腊人把它称为“可爱的北方之光”，盎格鲁-撒克逊人称之为“船星”，并且早期的水手把它当做航海之星。这样不同的叫法还有很多很多，表明了历史上这颗星的重要性。

位置：在北天极星图上，小熊正围绕着北天极中心来回运行。

大熊座

为了帮助美丽的女仆卡利斯托摆脱她讨厌的女主人赫拉，宙斯把她变成了一只熊。在古希腊时代，赫拉是太空、宇宙和所有一切事物的头领，但是她有时爱发点儿小脾气。这个神话的寓意是：拥有一切并不能表示你就是一个善良的好人。

正如前面提到的，大熊座最著名的部分是一组7颗的星星，被称为北斗七星。由于它那容易辨认的形状，它在世界各地有很多不同的称谓：在印度天文学里，我们发现它被称为七位圣贤；而在英国，它被称为耕犁。

大熊座有几颗星星的名称非常迷人，它们围绕着整个星座在转动。拉兰德21185的星等为7.5，每一年自行4.8″。它离我们只有8.3光年，可能拥有它自己的“太阳系”和行星。然后是格鲁姆布里奇1830，它离我们29光年，星等亮度为6.4，每一年围绕天空轻快地自行7″。如果我们把所有因素都考虑进去，格鲁姆布里奇1830每秒自行接近350千米！很遗憾，只用肉眼的话，这两颗星连一颗也看不见。

狮子座

在希腊和罗马的传说中，狮子座是较早被定名的星座，代表在尼米亚森林里悠闲漫步的狮子。后来，身负12项艰巨任务的赫拉克勒斯杀死了它，经典的故事大体如此。与其他星座不同，狮子座可以说是与人们传说的十分相似：狮子头部就像一个巨大的反写的问号，左边是它的身体。

轩辕十四处在狮子头的底部，非常接近黄道，因此，它是月球和行星能够遮盖到的仅有的4颗亮星之一。天文学上的术语称这种现象为星掩。

狮子座β星五帝座一与牧夫座的大角星、室女座的角宿一组成一个等边三角形，被称为“春季大三角”。狮子座的另一个亮点是它的流星雨，是天空最美的景观之一。

位置：在北天星图上，狮子座位于大熊座脚部的下方，构成一个独特的形状。

巨蟹座

这是一个古老的星座，像个三明治一样夹在双子座和狮子座中间。这只螃蟹被九头怪蛇派去要干掉赫拉克勒斯，倒霉的是赫拉克勒斯踩在它身上，踩死了它。尽管它不是一个很亮的星座，也很不起眼，在视觉上也缺乏震撼效果，但是了不起的蜂巢星团弥补了它的这些不足。

位置：在北天星图上，位于狮子的右边，暗弱的巨蟹趴在亮星组成的太空池塘里。

室女座

这是一个古老的星座，与正义女神有关。很显然，她对人类那样对待地球感到有些不满，于是便离开她的肉体，到星星中间寻找幸福，成为了处女，或称室女（因此得名室女座）。我们也许会认为，室女座这个天空中第2大星座能在视觉上给我们提供很多东西。但除了那颗为首的亮星角宿一，它并没有带给我们什么。

东次将（ε星，意为“采收葡萄的人”）是一颗与喝的东西有关的星星：当它第1次升起时，标志着新的葡萄收获季节开始了。

位置：在北天星图上，室女正在左下方小憩呢。

天琴座

这是一个古老的星座，形状像一种乐器。这种乐器是众神的使者赫耳墨斯发明的，后来献给了他同父异母的兄弟音乐之神阿波罗。

织女星（α星）是一颗相对来说离我们较近的恒星（距离为25光年），在1.1万年前一直占据极星的位置；它下一次还会担任同样的角色，时间大约在公元14500年。这主要是因为地球不停地旋转，慢慢地移动轴心，倾角将会达到23.5°，周期为2.58万年。北极点和南极点也在以同样的周期改变，因此北极星和南极星也就改变了。在北天星图上，织女星在我们能看到的亮星里排名第3，排在天狼星和大角星之后。1850年，织女星成为第1颗被照相机拍到的星星。

位置：在北半球的星图上，天琴座是虽然很小但却很优秀的星座，位于天鹅座的右边，它为首的织女星是夏季大三角里最明亮的一颗星星。

天鹰座

这是个古老的星座，代表宙斯的长羽毛的朋友，经常被描绘成拿着宙斯的闪电，这就是它的工作。漂亮的银河从天鹰的背后流过，使得漆黑夜空中的这一区域很值得一看，尽管这里有些弯弯曲曲。至于说带头闪烁的牛郎星，它离我们只有大约16光年，是离我们最近的恒星之一。

在中国的牛郎织女传说中，牛郎与织女隔着银河遥遥相望。每年的农历七月初七，他们会见面一次。

位置：在北天星图上，牛郎正在左下角向下飞翔。

白羊座

当设计者决定把这个星座描绘成一只羊的时候，他们真可谓富有非凡的“想象力”。在希腊神话里，这个星座与金羊毛的故事有关，就是伊阿宋和他的阿尔戈英雄们到处寻找的金羊毛。

娄宿三这个名称源自阿拉伯语，意思是绵羊的头。

大约在2 000年前，因为春分点在白羊座，所以作为黄道第1星座，它自古以来就很有名。由于地球岁差运动的关系，现在的春分点已经移至西邻的双鱼座了。但是，人们至今仍把春分点说成“白羊宫的原点”。

位置：在北天星图上，白羊正在西方遥远的草地上啃食着青草。

双鱼座

这是一个古罗马星座，可能是指维纳斯和她的儿子丘比特。他们把自己变做两条鱼，为的是从海怪堤丰身边游走（他们忍受不了他那难喝的茶水）。

虽然双鱼座没有明亮的星星而不引人注目，但作为黄道第12个星座，自古以来它就占有重要地位。春分点原来在白羊座，但是因为岁差运动的关系，现在移到了双鱼座，这使它更加出名。

位置：在北天星图中间偏左的地方，两条鱼正在那里游动。

宝瓶座

这是一个非常古老的星座，可以追溯到古巴比伦时代，它的形状被看成是一个人正在从瓶子里往外倒水。这一点可能与雨季有某种关系，这是因为当宝瓶座在天空中出现得最为壮观的时候，恰好是雨季。天空的这一部分都与水有关，处于宝瓶的控制之中。

宝座旁被人称道的是它的流星雨，共有π星流星雨、δ星流星雨和ι星流星雨，其中π星流星雨是每年的主要流星雨。

位置：在北天星图上，宝瓶的水正在往外流，把星图右下角弄得到处都是。

摩羯座

这是个非常古老的星座，也许来自于东方的半羊半鱼形象。根据可靠的希腊来源，这个形象指的是潘。为了躲避海怪堤丰，他潜入尼罗河里，后来就变得有点儿鱼的形状，但是很显然，只有弄湿的那一小部分变成了鱼形。

看看摩羯座周围的天空，我们会发现那里就是水乡：有宝瓶座、双鱼座、鲸鱼座和南鱼座。古时候，一年中这些星座出现时跟下雨和洪水泛滥有联系，现在也是一样。

惊奇的事实：摩羯座是黄道十二宫图里最小的一个星座。

位置：在南天星图的左上方，这只会水的食草动物正在那里游动。

天秤座

在古罗马时代以前，天空中并没有天秤座，它们本来是天蝎座的爪子。后来，罗马人把天蝎的爪子砍了下来，做成了一副精美的秤盘，就这么简单。等到有人注意到这一点的时候，已经过去1 500年了。

这个星座并没有什么惊人之处，但它还是值得一提，只是因为它那几颗星星的名字很神奇：氐宿一（α星）、氐宿四（β星）、氐宿三（γ星）和氐宿增一（δ星）。

很显然，氐宿四是你能看到的颜色最绿的星星。

位置：在南天星图上，天秤座位于右上方。

天蝎座

阿波罗派这只天蝎来对付猎户，这就是为什么猎户座和天蝎座被放在天空正对着的两端的原因，这样猎户就没有麻烦了。

尽管从中北纬度也能看到那颗明亮的心宿二，但除非尽量往南走，否则就看不到天蝎座的壮丽景色。它的整个S型曲线只有在低于北纬40°的地方才能看到，即下列城市以南：西班牙马德里、意大利那不勒斯、美国纽约和盐湖城、土耳其安卡拉，以及中国北京。

从前，天蝎曾经有过漂亮的爪子，后来被罗马人砍掉了，做成一个“新”的天秤座。

位置：在南天星图上，天蝎位于中间偏右上方。

恒星

由炽热气体组成的、自己能发光、发热的球状或类似球状的天体叫恒星。距地球最近的恒星是太阳，它的光到达地球需要八分多钟的时间。恒星的直径有的小到几千米量级，有的大到109千米以上。大多数恒星的质量在0.1～10个太阳质量之间。正常恒星的大气化学组成与太阳大气差不多，以氢、氦为主。恒星之所以能发光发热，是由于它的内部温度高达几百万度乃至数亿度，在那里进行着不同的反应（一般为热核反应），并向外辐射大量的能量和抛射物质。一般认为恒星是由星云凝缩而成的。恒星也都在不停地运动和变化着，由于它们距我们十分遥远，所以这种变化很难觉察，故而古人称它们为恒星。我们在夜空所看到的点点繁星，大多是恒星，肉眼可看到的恒星，全天有6 000多颗。借助望远镜目前可看到几十万乃至几百万颗以上的恒星。

恒星的形成

17世纪，牛顿提出散布于空间中的弥漫物质可以在引力作用下凝聚为太阳和恒星的设想，历代天文学家经过观测发现，星际空间存在着许多由气体和尘埃组成的巨大分子云。这种气体云中密度较高的部分在自身引力作用下会变得更密一些。当向内的引力强到足以克服向外的压力时，它将迅速收缩落向中心。如果气体云起初有足够的旋转，在中心天体周围就会形成一个如太阳系大小的气尘盘，盘中物质不断落到称为原恒星的中央天体上。在收缩过程中释放出的引力能使原恒星变热，当中心温度上升到1 000万度而引发热核反应时，一颗恒星就诞生了。恒星的质量范围在0.1～100个太阳质量之间。更小的质量不足以触发核反应，更大的质量则会由于产生的辐射压力太大而瓦解。近年来，红外天文卫星探测到成千上万个处于形成过程中的恒星。

恒星的运动和特点

在很长的一段时间内人们认为恒星是不动的。所以，千百年来，我们仍能辨认出它们的星座图形。

但是，据现代学者考证，中国早在公元8世纪初的张邃就对天文学很有研究，他把自己测量的恒星位置与汉代星图比较，发现恒星有位移。著名英国天文学家哈雷在1 000年后，比较古代记载的恒星位置时，发现恒星的位置有明显的变化。哈雷在1717年用自己观测到的南天星表，对比1 000多年前的托勒密星表，得出结论：恒星是在移动的。

以上观测表明，恒星是运动的。科学家们进一步证实所有的恒星都在运动。它们有的向东，有的向西，有的远离太阳，有的接近太阳。恒星的空间运动速度分2个分量：视向速度Vr和切向速度Vt。前者在人们视线方向，后者在与视线方向垂直的方向。恒星在切面方向的运动表现为在天球上位移，就是所谓的自转。

奥地利物理学家多普勒在1842年提出了“多普勒效应”。主要内容是，当声源和听者间发生相对运动时，声音会随着运动方向的不同发生变化，声源接近时声音的频率会变高，声音就变尖了；远离时声音的频率减小，声音就变钝。

天文学家根据物理学中的多普勒效应来判定恒星的运动。1848年，法国物理学家菲佐根据多普勒效应提出了移动光源的光谱特性：光谱线向红端移动，简称“红移”，代表光源在远离；而光谱线向紫端移动简称“紫移”，代表光源在靠近。20年后，天文学家运用先进的测量仪器发现，许多恒星的同一条谱线的位置并不相同，是因为它们在运动。

英国天文学家哈金斯1868年首先测出天狼星在远离我们。美国天文学家基勒在1890年测出大角星在接近我们时的速度是6千米/秒，现在更正为5千米/秒。通过观测恒星的自转可以求得恒星的切向速度。

太阳是颗普通的恒星，体积中等大小，愈靠近中心温度愈高。表面温度约6 000开，到了日核处，温度则在1 500万～2 000万开以上。我们能观测到的90%的恒星都和太阳差不多，我们将这类恒星称为“主序星”。

英国天文学家威廉·赫歇耳在1783年对当时几颗有自转的恒星运动进行测定时，发现它们有一致的倾向。他认为这是太阳在空间运动的表现，并指出太阳的运动有目标性，目标是武仙座。天文学家进行大量的观测后，指出太阳运动的目标是在天琴座，天琴座在武仙座旁边，在赫歇耳当年确定的位置的附近，太阳运动速度约为20千米/秒。

我们所说的恒星的温度是指恒星的表面温度。恒星的温度各不相同，尽管大部分的恒星和太阳差不多。有的高达几万度，有的表面温度只有2 500开左右。质量比太阳小的恒星表面温度要比太阳小，质量比太阳大的恒星表面温度要比太阳高，可达10 000～20 000开。最高的恒星的表面温度可以达到80 000开。

在恒星的世界中，恒星一般是成双成对出现的，很少有像太阳这样单个的恒星。把天文望远镜对准星空，可看到许多彼此靠得很近的恒星，这就是双星。有的恒星之间还存在吸引力，经过仔细观察，在双星中，可看出有的恒星在围绕另一颗恒星运行，故称为“物理双星”。还有一种光学双星，看上去很靠近，其实相距遥远。

双星的质量通过观测和研究，可以很容易推算出来，单个恒星的质量却很不容易求出。根据双星的运动情况，利用牛顿万有引力定律、开普勒定律可以求出双星的质量。然后通过对比的方法估算出单个恒星的质量。

通常把三四颗以上直到一二十颗星聚集在一起的叫做聚星。原来我们一直认为半人马座a星离我们很近，后来发现它是三合星，比邻星是其中距离地球最近的一颗恒星。

恒星在太空的分布除了单个恒星、各种双星和聚星外，恒星还有一种奇特的现象，就是它们喜欢“群居”。星团就是许多聚集在一起的恒星集团。

太阳系

太阳系是银河系一个极微小的部分，离银河系中心近3万光年。由太阳、8颗大行星、66颗卫星以及无数的小行星、彗星及陨星组成。太阳是太阳系的核心，占整个太阳系质量的99.87%，行星由太阳起往外的顺序是：水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星和海王星。离太阳较近的水星、金星、地球及火星称为类地行星，它们的共同特征是密度大，体积小，自转慢，卫星少，内部成分主要为硅酸盐，具有固体外壳。离太阳较远的木星、土星、天王星、海王星称为类木行星。它们都有很厚的大气圈，其表面特征很难了解。冥王星是特殊的一颗行星。在火星与木星之间有10万个以上的小行星（即由岩石组成的不规则的小星体）。在太阳系中，现已发现1 600多颗彗星，还有数量众多的大小流星体，有些流星体是成群的，这些流星群是彗星瓦解的产物。大流星体降落到地面成为陨石。

太阳系八大谜

①水星如何诞生？有两种说法：一种说法是在原始太阳系星云中的高温区域，由凝固的金属铁及其它富含物质的材料物质堆积而成；另一种说法是在巨大的原始行星互相碰撞的时候，由彼此的金属铁融合而成。②金星为什么灼热？金星的大小和地球最接近，但金星是一个灼热的世界，地表温度是地球地表温度的30倍。③月球离地球越来越远？月球正以每年约三厘米的速度离地球远去。④真的有火星人吗？从掉落在南极大陆的火星陨石的碳酸盐部分检测出有机物，不能否定火星曾有生命的可能性。⑤木星为什么有大红斑？⑥气体卫星为什么有环？环的成因，有几种不同的说法。其中一种是：过去存在的卫星或彗星被行星的潮汐力破坏，分裂成小碎片，有的碎片进入环绕行星公转的轨道，因而形成了环。⑦冥王星以外有什么？⑧太阳系尽头在哪里？

太阳的结构

太阳是地球上一切生物的能量源泉。它是一颗炽热的发光的恒星，由于太耀眼了，根本无法用肉眼观测其庐山真面目。随着先进的观测仪器的问世，人们才开始慢慢地认识太阳。

太阳的能量是从其中心的原子核炉产生的。它的温度高达1 500万℃，气态原子受热发生分裂，只剩下裸露的原子核。能量通过辐射和对流从中心传到表面，最终以可见光和红外线的形式向空间辐射，在这一过程中要经过延伸于空间几百万千米厚的太阳大气层。

太阳被分为几个层次来研究。从太阳中心向外依次为日核、辐射层、对流层和太阳大气。太阳大气包括光球、色球和日冕3部分，太阳半径的15%是由日核构成的，是热核反应区。热核反应发生时，释放出巨大能量的主要形式是氢聚变成氦。日核部分的物质密度是1.6 × 105千克/米3，中心压力达3 300亿大气压，温度也很高，达1 500万～2 000万开。

日核外面就是辐射层，从0.15个太阳半径到0.86个太阳半径都是辐射层。这里的温度和密度已急剧下降。密度为18千克/米3，温度为70万开。辐射层最先接收到日核传来的能量，通过吸收和再辐射来自日核的能量极高的光子而实现能量传递，每进行一次吸收和再辐射，高能光子的波长会变长，频率降低，这种再吸收、再辐射的过程反复地进行多次，逐渐将高能光子变为可见光和其他形式的辐射，经过对流层后，再向太阳的表面传播。

对流层厚度约14万千米，其起点在距离太阳中心0.86个太阳半径处。这里的物质内部的温度、压力和密度的梯度特别大，处于对流状态。对流运动的特性是非均匀性，这样会产生噪音，机械能就是这样通过对流层上面的光球层传输到太阳的外层大气的。

光球是人们平时看到的光彩夺目的太阳表面，厚度约500千米。光球层温度约6 000℃。光球面上有黑暗斑点，这是太阳黑子，它的温度约4 500℃，是日面上温度较低的区域，由于温度相对较低，看上去会比较暗。通过观察日面上的黑子的位置变化，可知太阳平均自转周期是27天。

了解太阳的自转运动可以通过太阳黑子。英国天文爱好者卡林顿在从1853年起的8年间通过观察记录日面黑子数目的变化发现，太阳各不同日面纬度旋转周期各不相同，并不是像人们想象中那样整块的运动。观测表明，太阳平均自转周期是27天，自转速度最快的是太阳赤道附近。

通过对太阳黑子数的长期观测和计数，我们可以知道，太阳黑子有一定的周期规律性，其平均周期约为11年。德国业余天文学家、药剂师施瓦贝是最早发现太阳黑子周期的人，他连续15年对太阳黑子进行观察和记录，获得了这一重要的科学发现。现在，人们把黑子出现少的期间称为“太阳活动谷年”，把黑子大量出现的期间称为“太阳活动峰年”。

从1755年开始的那个11年黑子周被现代国际天文界看作是第一个太阳黑子周，人们还规定往后依次排列序号。现在已经排到了第23周，最后一个黑子周是从1996年开始的，估计达到极大值的时间在2000～2001年。

除了光球以外，太阳表层还有色球层和月亮。通过专门的仪器，可以清晰地看到太阳的色球层，这是一圈环绕太阳光球的厚为2 000千米的红色大气。观测表明，常有巨大的太阳火舌在日轮边缘升起，这就是日珥。在太空，宇宙飞船拍摄到巨大的高达40多万千米的日珥！

我们经常看到一些暗黑的长条出现在太阳单色光照片上，这是日珥在日面上的投影，称为“暗条”。此外，色球上更多、更普遍的被称之为“针状物”的许多细小的“火舌”，其高度在6 000～17 000千米之间，宽度约几百千米，景色非常壮观，被喻为“燃烧的草原”。

色球层中有时会出现“太阳耀斑”，这是一种突然增亮的太阳爆发现象。耀斑是迄今为止我们发现的太阳上最剧烈的爆发现象，强烈影响到日地空间环境。

日冕是在日全食月球遮掩日轮时，日轮周围的青白色光区，它是太阳大气的最外层。日冕的温度非常高，甚至高达100～200万℃，因此有许多不断地向外膨胀的日冕气体，它们会产生连续微粒辐射。这种沿太阳磁力线的粒子流被称为“太阳风”。

太阳黑子

太阳光球上经常出没的一些暗黑色斑点叫太阳黑子。它是太阳活动的基本标志之一。由于太阳黑子的温度比它周围光球的温度要低1500K左右，因此在明亮的光球表面呈暗黑色斑点状。充分发展的黑子是由较暗的核和围绕它的较亮的部分构成的，形状很像一个浅碟，中间凹陷约500千米。太阳黑子大多成群出现，最多可达一百多个。黑子的寿命一般不长，一般仅一天左右。太阳黑子最多的年份叫做太阳活动极大年，最少的年份叫做太阳活动极小年。平均周期约为11年。太阳黑子在日面上的分布有一定的规律：表现为东西分布的不对称性和纬度分布的不均匀性。关于太阳黑子，我国最早在《淮南子》中就有记载，而欧洲人1610年才开始用望远镜观测黑子。

日食

如果一只猫走在阳光灿烂的大街上，然后走进一座大厦的阴影处，我们可以说，猫看到太阳正在被大厦“吞食”掉。比大厦大得多的天体也会发生同样的事情，比如说月球，当然月球的阴影要大得多。实际上，月球阴影的直径接近3 500千米。这种情况发生在太阳、月球和地球排成笔直的一条线的时候。

因为月球比太阳要小得多，所以产生的阴影实际上是一个圆锥形状（注意图中也有所标示）。当月球在它的公转轨道上运行且离地球足够近的时候，我们发现它的阴影的圆锥顶点刚好到达地球。此时此地就会产生一个完全的日食，或称为日全食。因此，这种类型的日食只有在地球的某些区域才能看到。

随着月球沿着轨道公转，它在地球上的阴影以大约3 200千米/小时的速度运行（这是非常粗略的估计，因为阴影的速度在不断变化：地球表面凸凹不平，照到地球上的阴影运动的速度也就或快或慢）。图中的区域是被全食完全覆盖的路径，如果站在这条路径里，就可以看到日全食。如果站在这条线以北或以南的地方，那么只能看到日偏食，也就是太阳只有一部分被遮住。

当然，太阳、月球和地球三者排成一条直线可以形成日食，但是并不一定也能刚好让月球阴影的圆锥顶点落在地球上。这样的话，我们所能看到的最好情形也就只是日偏食了。

日环食是由月球公转轨道的椭圆性引起的。由于月球沿着椭圆轨道公转，在1个月的时间里，它有时候离我们较近，有时候较远。当它离我们足够远的时候，看起来要比太阳小得多。如果这时候太阳、月球和地球碰巧排成一条直线，那么月球就不能够完全遮住太阳（日全食），我们可以看到太阳光像一个圆环围绕着月球，这就是日环食。（这个名称来源于拉丁语，意思是“环状物”。）

和月食一样，日食也并非每个月都会发生，主要是基于这样的事实：月球围绕地球公转的轨道和地球围绕太阳公转的轨道之间有所倾斜，倾角为5°。这就意味着，在新月期间，月球的阴影通常从地球的上方或下方经过。但是，每年至少会有两次，三者处于同一直线上。那时月球阴影的一部分可以垂落在地球表面，在地球的某些地方我们可以看到日偏食、日环食或日全食。

行星

我们知道，围绕太阳旋转的有8颗行星：水星、金星、地球和火星相对来说比较小，为岩石构造；而木星、土星、天王星和海王星要大得多，由气体构成。

我们知道在离太阳更远的地方肯定还有更多的天体，它们可能比冥王星要大得多。2003年11月14日，人们发现了一个新的冰冷世界，名字叫做赛德娜，当时有一段时间它是行星的可能候选者。很遗憾，经过仔细计算，结果证实这颗星只有冥王星的一半大小，因此它被划归为“较小的行星”或称“小行星”。但是，人们信心百倍，相信随着望远镜和探测方法的改进，将来肯定能在太阳系再找到一颗行星。

这一组神奇的行星是怎样形成的？在大约50亿年前的太空里，我们会看到犹如暴风骤雨的景象。在引力的作用下，一大块由尘埃和气体组成的云状物（太阳星云）的一部分凝结在一起，随着它们的运行，产生出非常大的热量和能量。这些结块的其中一块后来变成了太阳。这个结块的一个奇异现象是，我们给它增加物质，它的引力就变得更强。因此，随着太阳逐渐形成，它的引力也在不断增强。这就意味着，一个由尘埃物质组成的大圆盘也正在形成，它后来演变成那些行星。

大约47亿年前，当这个结块的温度达到了1 000万℃（这是个神奇的温度点，到达这一点的话，可以引爆原子反应堆），太阳最终开始了它为期100亿年的生命周期，产生出辐射冲击波，在行星圆盘中爆炸个不停。附着在圆盘周围较轻的气体被新形成的太阳吹得更远，这就是为什么我们发现那些气体巨人都处于太阳系的外层。那些较重的坚硬物质能够经受住爆炸的冲击，它们呆在原来的位置，由此形成太阳系岩石状的内层行星。

综合起来考虑，太阳现在正处于它生命的中间阶段。因此，我们还剩下只有50亿年的时间，在此期间，太阳会逐渐膨胀变成一个红色巨人，把地球烤得又焦、又脆、又干。在此之前，我们要赶紧制造出宇宙飞船，尽快找到一个新家。

要想看太阳系各个行星是怎样搭配得浑然一体，其中一个最好的办法就是，比较它们与太阳的距离以及它们与地球的距离的关系。地球距太阳的平均距离被称为1天文单位（AU）。现在来比较一下我们的邻居：水星为0.39AU，金星0.7AU，火星为1.5AU，木星为5.2AU，土星为9.5AU，天王星为19.2AU，海王星为30.1AU。请注意，内层行星的数字相对接近地球1AU的数值，而越往太阳系外层，数值差别就越大。

随着我们向太阳系外层走去，会发生下述3件事情：①太阳看上去显得越小，意味着每颗行星得到太阳的热量也就越来越少。②同理，离太阳越远，太阳光线也就越少，等我们到达海王星的时候，太阳看起来就像一颗较为明亮的星星。③离太阳越远，行星受到太阳的引力就越小，它们公转的速度也就越慢。当然，外层行星围绕太阳的公转轨道更大，它们要走的路程也更远，就像跑道的外圈和内圈那样。因此，我们发现，水星环绕太阳公转一周只需要88天，而海王星却要165年！

让我们暂时忘掉太阳系。天文单位也可以用来代替光年，这样可以更好地弄清楚离我们最近的恒星比邻星究竟有多远。我们发现，它的距离为268 710AU。我们应该怎样想象这么远的距离呢？

水星

这个太阳系最靠内的行星公转速度最快，比地球公转的速度快4倍。来自太阳的高温不允许水星存在任何大气层，没有了这个调控体系的存在，水星白天温度可高达400℃，而在晚上温度会一下子降到-170℃。要是那样的话，我们的身体受得了吗？要么被烤得焦脆，要么被冻成碎片？水星可不是个宜居的度假胜地。

观测水星：水星是一个相当小的行星，我们常用“难以捉摸”来描绘它。我们很难找到它，因为它离太阳最近，从来也不会高出黎明或黄昏的地平线。甚至有些天文学家也没看到过水星！但是，如果我们知道在哪里，确切地说在什么时候观看它，那么还是能够相当容易看到它的。由于太空中存在各种各样的倾角，因此，观测水星的最佳时间是在北半球春季（南半球秋季）的夜空，或者北半球秋季（南半球春季）黎明的天空。

金星

这颗离太阳第2近的行星围绕太阳公转比自转要用更少的时间，意思就是，金星上的一天要比它的一年时间还长！金星比其他任何行星离地球都要近，只有4 050万千米，刚好是月球到地球距离的100倍。

观测金星：金星可能是天空中除太阳和月球之外第3明亮的天体。这就意味着，有时候我们在大白天也能看到它，而在夜晚它也有可能像月球那样投下阴影。金星之所以这样明亮是因为它表面覆盖着毛茸茸的白色云朵，这些云朵是由可以致人死亡的二氧化碳组成的，能够把照在它身上的65%的阳光反射出去；再一个原因就是，金星比其他任何行星离地球都要近。无怪乎古人把金星称为长庚星（晚星）或启明星（晨星），当然，这取决于人们能够什么时候看到它。但是，只要人们能看到它，它自然是当之无愧的。

在极少数情况下，我们可以看到（要做好防护措施）金星正在从太阳面前经过。这种所谓的“凌日”现象每隔100多年才结对发生一次。上一次的凌日现象发生于2004年6月8日，这一次后的一次会出现在2012年6月6日。如果错过了这次，那么就只好等到2117年11月11日了！

火星

火星曾给我们带来无限的遐思，这里有很多原因：火星具有非常鲜艳的红色，天文学家在火星表面标示出了运河状条纹，H.G.威尔斯写过《星际大战》，还有近年来人们在研究、寻找火星上“消失”的海洋。

1994年有一项广为报道的研究，内容是说在南极发现了一颗陨石，名字非常好听，叫做ALH84001。根据一些人的观点，这颗陨石来自于火星，上面带有变成化石的细菌生物。但是，自那时候起，其他一些报道则对这种所谓的火星生物“证据”表示了怀疑。随着现在对火星探险活动的展开，将来有一天我们终将会知道真相，看看我们这个红色的行星邻居上面到底有没有生命存在。

火星有一层薄薄的大气，在火星表面，气流卷起红锈色的火星尘埃，它们被吹浮起来就像沙尘暴一样。

观测火星：火星可以运行得离地球比较近，距地球5 570万千米，也可能离开很远，为4亿千米。这里同样也需要考虑到火星公转轨道的椭圆性。在2003年8月27日那天，火星运行到离我们最近，这可是近6万年以来的第1次！这使得它看上去是极为明亮的天体。通常而言，每过18个月左右，地球就会赶上并超过火星，此时这个红色的世界就变成了天空中第2明亮的行星（排在金星之后）。

小行星

在火星与木星的公转轨道之间有很多太空岩石，它们被称为小行星，这就是主小行星带。有关它们形成的一个理论认为，这里之所以没有能形成一颗行星，是因为受到附近木星强大引力的影响。

谷神星是这个主要地带最大的小行星，直径为940千米，也是1801年人们发现的第1颗小行星。随后发现了智神星、婚神星，以及最亮的小行星灶神星。在这些小行星中，有些是以地球上的普通人名来命名的，如希尔达、阿尔伯特和索拉；有些甚至是以摇滚歌星的名字命名的，包括恩雅、克莱普顿、泽帕和雅尔。

观测小行星：有一颗小行星我们经常可以用肉眼看到，即灶神星。它看起来就像一颗暗弱的星星，因此需要在比较清澈的夜晚才能看到它，但这也是挑战。

木星

木星是太阳系最大的行星，也是第1颗气体巨人。谁知道木星有多少颗卫星？它那巨大的引力意味着它可能有几百颗卫星！它的绝大多数卫星都极其微小，因此我们不可能搞清其真实的数量。木星还有著名的大红斑，这是一个已经持续了300年的木星风暴。木星大红斑很大，能够把两个地球装到里面。

观测木星：木星非常大，能够反射很多太阳光，因此，有时候它看上去确实是一颗很亮的星星。我们需要使用望远镜才能观测到木星著名的大气带和大红斑，只需要简易的双目镜就能看到4个小点点，它们是木星的4颗主要卫星。

土星

人们把第2大行星的称号送给土星这颗带有光环的行星！实际上，所有这4颗气体行星木星、土星、天王星和海王星都带有光环。正是光环使得土星比较明亮，而且它有好多个光环。土星因为是由气体构成的，所以极其轻飘。如果有个足够大的浴缸，而且里面能灌满足量的水，我们就会出现，土星在里面会漂浮起来！

土星的光环是由冰冷的岩石微粒构成的。这些微粒有的小到沙粒，有的大如一栋房子，它们就像一颗颗小小的卫星绕着土星转动。

观测土星：同木星一样，土星也是个相当大的天体。当土星与地球同时处于适当的位置时，它看起来非常明亮。我们需要一架望远镜来观测土星的光环和卫星，因为双目镜不够强大。

天王星

这颗行星是人们第1次使用望远镜发现的。荣誉应当归功于威廉·赫歇尔，是他在1781年3月13日发现的。虽然此前很多人都看到过这颗星星，但是没有人知道它究竟是什么天体。为了纪念英国国王乔治三世，赫歇尔最初把这个新天体命名为“乔治亚行星”，但是人们最终接受了“天王星”（最早的至上神和天的化身，大地女神的儿子和配偶，提坦神的父亲）这个更为经典的名字。天王星最独特的地方在于它的轴心非常倾斜，以至于整个行星看起来好像在打转，就如同一个圆球在地面上沿途滚动。

观测天王星：当天王星处于最亮的时候，星等为5.5，肉眼刚好可以看见。这的确具有挑战性，即便对那些能在超级清澈、漆黑的夜空观测的人们来说，也颇不容易。

海王星

海王星是4个气体球形巨人中最后和最小的一个，但即便如此，它还是要比地球大54倍。由于海王星离地球非常遥远，所以它是一个暗弱的世界，孤零零地呆在太阳系冰冷的边缘。因此，直到1846年人们才认定它，这也就毫不奇怪了，尽管伽利略可能曾在1612年观测过它。

观测海王星：因为海王星离太阳非常远，因此需要使用双目镜才能找到它，它的星等只有7.7。

冥王星

冰冷的冥王星离太阳的距离极其遥远，所以人们以地狱之神的名字来给它命名。2006年，在捷克举行的国际天文学联合会第26届大会上，冥王星被确认为“矮行星”。冥王星比月球要小，再加上它极其遥远，这就是为什么直到1930年它才被人们发现。

冥王星环绕太阳公转一周需要248.54年。它的运行轨道非常怪异，它每公转一周，其间有20年是在海王星公转轨道的内侧运行的（最近的一次发生在1979～1999年间）。

观测冥王星：冥王星极其遥远，只有使用高倍望远镜才能在天空发现它那微弱（星等为13.8）的小点儿。如果生活在任何有灯光污染的城市，那就不要费神尝试了。

行星和星期

水星、金星、火星、木星和土星在古代就为人们所熟知，这是因为人们使用肉眼就能够看到它们。再加上太阳和月球，这样总计共有7个天体在太空中运行，而且长期以来它们看上去也没有什么变化。人们还相信，诸神都生活在“上天”那里。因此，“7”就成了一个非常重要的数字，我们的一周7天确实也就是这样得来的。

一些文明地区例如希腊等，那里的人们大都使用7天作为一个星期。很多西欧国家更进了一步，它们把行星与星期结合在一起，以行星的名字来命名这7天。

这张表格向我们表明，每一天的名称和在古代天空中运行的那些天体之间的联系。这其中尽管有一些变化，但它还是比较清楚地表明了这些名称的来源。

月球的法语是la lune，西班牙语是la luna，这两个名称非常接近拉丁语名称。威尔士语名称很特别，表明它在历史上受到过罗马人占领不列颠的影响，更特别的是，它和拉丁语根本没有什么直接联系。

有种经典的安排方式把地球排除在外，当然，我们的行星被认为是宇宙的中心。这种安排的顺序是：月球、水星、金星、太阳、火星、木星，然后是土星。这一点从我们一周7天的跳跃性也可以看得出来：从星期一（月球）跳过一天到星期三（原型是水星）。继续这样隔一天地跳跃下去，你会得到刚才给你的那个顺序。

月食

月全食只是月食的3种形式之一。另外两种是月偏食和半影月食，但是无论从哪一方面来说，它们都没有月全食那么激动人心，因此后面就不再提及。一个完整的月全食只有在满月的时候才会发生，此外还需要太阳、地球和月球在太空完全处于一条直线上。站在地球的北极向上望（参见P15的超级月食和日食图），我们可以看到月球有怎样的变化。

被太阳完全照亮的月球从位置1开始运行到地球的阴影里。然后经过几个小时的行程，月球运行到了太阳正对面的天空，在那里地球把太阳照在月球上的光线完全遮挡住了。通常这种情况发生在满月的时候，不过承蒙这3个天体的好意，它们现在已经站成了笔直的一排。

我们要注意到，月球的左侧在这期间逐渐变暗，在到达位置2的时候，月食就到了全食阶段。但奇怪的是，此刻月球经常是呈现出浅红色、橙色和棕色混杂在一起的颜色，很少完全是黑色。这是因为太阳光还是能间接地照到月球身上：地球的大气层过滤了太阳的其他颜色，只让其中红色的光线穿过，从而微弱地照到月球上。

在大多数的月份，月球在地球的阴影上方或是下方运动，因此不是每个满月之时都发生月食。但一般来说，每年至少总有一两次这3个天体排成一行的时候。

卫星

卫星是指围绕行星运动的本身不发射可见光，以其表面反射太阳光而发亮的天体。卫星数量很多，最有名的就是月球。1610年意大利天文学家伽利略用他研制的世界第一架天文望远镜观测到木星的4颗卫星，这是人类第一次发现其它行星也有卫星。此后，人们又发现除了水星和金星之外，太阳系的其它行星周围都有卫星。到目前为止，太阳系中共发现66颗天然卫星，分别归属于：地球1颗，火星2颗，木星16颗，土星23颗，天王星15颗，海王星8颗，冥王星1颗。最大的卫星是木卫三，直径为月球的1.5倍，最小的是木卫13，直径约5千米。人们还发现较大的小行星如532号大力神小行星和18号小行星也有卫星，直径分别为46千米和37千米。从20世纪50年代起，人类先后发射了一批卫星，称为“人造卫星”。大多为人造地球卫星，也有人造月球卫星和人造行星卫星等。

彗星

在太空深处存在着某种东西，它正在向太阳系内层飞来。最初它运行得很慢，但是后来速度一点点增加，终于有一天它那燃烧着的轨迹从天空中划过，使得我们这个渺小行星上的人们能够目睹它的身影。

这种东西就是彗星。事实上，天空中有许许多多的彗星，它们是数量最多的天体之一，而且不可预测，在太空中飞来飞去。海尔-波普彗星是近年来最漂亮的彗星，在1997年4～5月的夜空中清晰可见。

当然，最著名的是哈雷彗星，是以17世纪英国天文学家埃德蒙·哈雷爵士的名字命名的。在世界各地的历史上，没有哪颗彗星能像哈雷彗星那样得到那么多人的观看，关于它的最早记录是在公元前467年。也许它最为我们熟知的一次回归发生在黑斯廷斯之战期间。那时，它的图案被编织进了巴约挂毯，以此纪念1066年诺曼底公爵威廉征服英国事件。

彗星是天空的定期访问者，历史上各种文明都有关于彗星的记载，但是即使当时最伟大的思想家也不知道它们究竟是什么东西。在古希腊，亚里士多德宣称它们是从地面流出并被带到天空的干热物质。它们遇热就会着火，快速燃烧就会变成流星，慢速燃烧就会变成彗星。差不多过了2 000年，伽利略的理论也好不到哪里去：他认为，彗星是太阳光在地球大气中折射引起的。

要想找到正确的出发点，我们还得回到埃德蒙·哈雷那里去找答案。1678年，哈雷看到过一颗彗星，此后他开始对彗星发生了兴趣，并尽其所能找遍世界各地所有关于出现过彗星的记录。艾萨克·牛顿爵士关于万有引力的定律刚刚发表，哈雷就运用这个定律进行探索。不久，他发现某些彗星看似拥有同一条轨道，而且它们被看到的日期相隔76年。这些分别被观测到的彗星有没有可能实际上是同一颗彗星呢？哈雷认为就是如此，他预言这同一颗彗星将会在1758年重新出现。果真如此，其后也是这样，历史就是这样被他们言中了。

从哈雷的工作我们懂得，有些彗星就像行星那样沿着各自的轨道运行。但是，直到20世纪50年代，我们才最终知道了彗星是由什么构成的。当时的天文学家弗雷德·惠普尔提出了一个理论，他认为，彗核（彗星的核心）只不过是一个直径大约10千米的“脏雪球”。这一理论并没有被普遍接受，但1986年哈雷彗星的回归彻底把这一问题弄清楚了。我们派出了一大批航天器从各种各样的距离去拦截哈雷彗星，最接近它的一艘航天器是欧洲航天局的“乔托号”太空探测器。1986年3月14日，“乔托号”探测器从距彗核仅600千米的地方驶过，它的发现证实了雪球理论。

但是，哈雷彗星看上去更像一个表面凸凹不平的巨大土豆，而不是我们原先预想的圆球形。

随着彗星雪球接近太阳，离彗核较远的雪球外层的冰开始蒸发，剥落了构成彗发的尘埃。彗发是由气体组成的光环，形成彗星明亮的头部。我们可以看到太阳光把这个光环推进至彗星充满尘埃的尾部。更加微弱的是彗星蓝色的尾部，彗尾由气体或称等离子体构成，是由太阳风的磁场引起的。来自太阳的等离子体以400～720千米/秒的速度飞速流动。

据说，彗星是太阳系形成过程中的残存物。当太阳最初成形的时候，它把所有较轻的物质都吹拂开去，一直吹拂到冥王星轨道以外非常遥远的地方，形成一个称为欧特云的光环。这样，我们又有了一个理论。在那里存在着1 000多亿颗彗星，每一颗都在等着万有引力的触发，一旦被触发，彗星就会朝着太阳方向落去。旅程中速度加快，达到150万千米/小时的时候，彗星就在太阳周围像鞭子一样抽打太阳；此后可能是由于再次受到万有引力的影响，它就会变成一颗周期性彗星，在固定的日期重返天空。另一方面，彗星也可能会飞回太空深处，重新加入到它在欧特云的朋友中间。

流星

太阳系拥有行星、卫星、小行星、人造卫星以及空间站，可真是个热闹的地方。再者，还有前面刚刚提到的那些彗星，它们带有非常细小的微粒。虽然这些微粒只相当于沙粒大小，但是它们能在夜空中产生出最壮观的景象。如果这些微粒碰巧飞来跟地球的大气层来个短兵相接，就会燃烧殆尽，结果我们会看到它们燃烧留下的遗迹在天空中像彩带一样划过。这种现象被称为流星。

很多人想必都曾经在看到一颗流星后许下了一个愿望，因为他们相信流星是一种比较罕见的天文现象。事实上，这些细小的微粒每时每刻都在撞击着地球的大气层。太空中有很多这种物质飞驰而过，因此如果我们凝望一下清澈的夜空，不论时间长短，都会有所收获，可以看到流星。

这些细小的微粒在太空中飞舞的时候被称为流星体。它们撞击到地球大气的外层，然后转变成流星，速度高达74千米/秒。我们所看到的流星轨迹位于我们头顶上方80～160千米之间，持续时间通常不到1秒。

那么，我们每天晚上可以看到多少颗流星？在清澈的夜空并且较低的地平线以上，平均数字是每小时5颗。前面说过每时每刻都有很多微小的颗粒撞击大气层，实际上每天高达1亿颗，但它们绝大部分都太小，不能变成看得见的流星。当然，也有很多是在白天发生的，那时候基本上是没有机会看到它们的。

一些这样的流星痕迹是由微粒引起的，这些微粒漫无目的地在太空中飞舞，有的飞到地球上来，“嘭”的一声响，一颗流星诞生了。我们给这些东西取名叫做偶现流星，因为我们无法预测它们什么时候在哪里出现。但是，也有一些成群结队的微粒，它们在太空围绕太阳公转，每年都要定期光顾我们，我们能够预测它们，它们被称为流星雨。

在流星雨发生期间，我们看到流星的数量每小时都在大量增加。这些流星雨看上去好像是出自天空中同一个地点，这一地点被称为辐射点。简单地说，每一群流星雨的名称都取自于它的辐射点所处的星座名称。例如， 4月份天琴座有一个辐射点，那么这群流星雨就被称为天琴座流星雨。

1833年的狮子座流星暴把一个观测者吓得直喊：“世界着火了！”

总而言之，如果我们知道流星雨什么时候出现，以及它们将在什么地方出现，那么就可以看到更多的流星。

说到流星雨，我们自然会联想到彗星。这是因为，随着彗星从太空飞过，它们会遗留下一些残骸绕太阳公转，这些残骸就是流星体。当地球公转到这些残骸中间时就会产生流星雨。我们需要动用观测人员在不同的地点观测，并使用雷达计算出这些流星的轨道，以防止它们撞击地球。结果就是，因为这些流星的运行轨道与周期彗星相似，因此有力地证明了流星体是在这类彗星的衰变过程中产生的。

历史上最强有力的证据来自于1966年11月17日的狮子座流星雨（来自狮子座），当时在高峰期的时候，每分钟有2 000多颗流星出现。这个流星群与坦普尔-塔特尔彗星有关，这颗彗星每33年绕太阳公转一周。最近一次它飞越地球是在1998年2月，当时只有使用双目镜才勉强看得见。在它那里，流星体都被串成一串，挤在紧贴着彗星轨道的一角，这就是为什么它每33年才绽放一次。狮子座流星雨在1999年11月复归的那一次，人们都怀着极大的兴趣进行观测。有记录显示，当时的流星暴高达每小时5 000颗。在接下来的年份，人们看到数量更多的狮子座流星雨，但是还没有哪一次能接近1966年的水平。的确，蚀刻画上显示的景象是历史上早期流星雨的壮观景象。

陨石的来历

关于陨石的话题，一直为人们所津津乐道，因为它们是从地球外的空间坠落到地面的，所以是名副其实的“天外来客”。陨石的构成成分有的是铁、镍等金属元素，有的是硅酸盐，有的甚至是金刚石！它们到底来自哪呢？

有人认为，陨石来自彗星。日本东京大学的古在山秀博士就认为，最早发现的小行星伊卡鲁斯，很可能就是由彗星转变来的。但是有些彗星没有彗发和彗尾，只有彗核，这就与小行星难以区分了。

大多数人还是认为，陨石来自太阳系中的小行星。太阳系中有数不清的小行星，它们像地球一样也是围绕太阳作周期性转动，但有一些质量较小的小行星运行到距地球较近的位置上时会被地球引力吸引到地球上来，穿过大气层坠到地面，成为人们常说的陨石。有人分析了陨石和小行星的物质构成，发现它们的构成成分相同。

1947年2月12日上午10点左右，在符拉迪沃斯托克北面的锡霍特·阿林山脉，降落了一块巨大的陨石。根据陨石坠落的方向和角度，考察队员推测这颗陨石进入地球大气层时的轨道是细长的椭圆形，远日点在地球内侧，近日点在火星和木星的轨道之间。这说明这颗陨石与小行星具有一致的轨道。由此推测，这颗陨石的前身是小行星。1959年4月7日晚，落在捷克斯洛伐克布拉格市附近菲拉布拉姆镇的陨石和1970年降落在美国俄克拉何马州北部的罗斯特西底的陨石，也被证明是小行星。

科学家在对陨石的不断研究中发现，陨石是坠落地面的流星体残余。对其物质成分进行分析后，科学家认为可以把它们分为3大类：

陨铁，或称铁陨石，其主要组成成分为铁和镍等金属元素。已知世界上最大的陨铁质量约为60吨，现仍位于非洲纳米比亚南部的原降落地。中国的“新疆大陨铁”质量约为30吨，在世界上名列第三。

陨石是各类陨石的统称。有时为了加以区别，将其称为石陨石。多数石陨石直径一般为零点几毫米到几毫米的很小的球状颗粒，在地球上的岩石内还没有见到过这种球状颗粒结构。含球状颗粒结构的石陨石中，球粒陨石均占84%。1976年3月8日，世界上最大的石陨石降落在中国吉林省。

陨铁石，或称石铁陨石，一般比较少见，基本上是由铁、镍等金属和硅酸盐各半组成，是介于陨石和陨铁之间的一种陨石。