启明星与长庚星
有时候,在天刚蒙蒙亮时,东方的天空会出现一颗明亮的星星,它晶莹透亮,光芒四射,美丽极了。这颗星古时称为“启明星”,意思是随着它的出现,天就要亮了。而有的时候,在黄昏时,我们在西方的地平线上空,也会看到一颗特别明亮的星星。随着天越来越黑,这颗星更显得光辉灿烂,像一盏明灯高挂天宇,引人注目。这颗星古时称为“长庚星”。
启明星与长庚星实际上是同一颗星,是九大行星之一的“金星”,西方称为“维纳斯”。维纳斯是古罗马神话中“爱与美”之神的名字。
金星,在我国古代又称为“太白金星”,这是由于她发射出白色的光辉。
金星与其他几颗行星(水星、木星、火星、土星)早在春秋战国以前就发现了。由于它们在天空中没有固定的位置,不停地游荡着,故此称为“行星”。
以别于似乎固定不动的众多的“恒星”。大约到了16世纪时,才确定我们人类居住的地球也是一颗行星。所有行星都围绕太阳旋转,旋转的轨道是接近于圆形的椭圆形。
金星的轨道在地球轨道以内,所以从地球上看去,当金星在太阳前面与背面时,都见不到。只有当金星离开太阳有一定角距时,才能看到。金星在太阳的西边时,我们可以在日出前的东方看到。此时的金星为启明星;而当金星在太阳的东边时,我们可以在日落后的西方地平线上看到,此时的金星为长庚星。
金星在距离太阳最大角距时,称为东大距与西大距。东、西大距时,是观察金星的最好时候。此时金星的高度大,在天空出现时间长。
那么,金星为什么这么明亮呢?
金星是颗行星,它本身不发光。它的光辉是反射太阳光而来的。其他行星也是反射太阳光而发亮的。既然是反射光,那反射多少就取决于行星表面的反射本领了。比如太阳光以100份射入某颗行星,而某颗行星将其中的15份反射出来,就说这颗行星的反射率(或反照率)为15%或0.15。各行星表面的结构不同,它们各自的反射率就不一样,比如,水星的反射率为0.05,火星的为0.15,木星为0.44,土星为0.42。而金星的反射率最大,为0.59即接近于60%。在我们地面上,只有新下的雪反射率才比金星大一些(为80%),而岩石、岩灰与木炭的反射率仅为0.07。
由此可见,金星特别明亮,是由于它表面的反射率很大。原来,金星大小跟我们地球差不多(金星半径为6096公里,地球平均半径为6371公里),但它表面包着一层浓厚的大气,而大气的成分主要是二氧化碳(占全部大气的97%左右),靠着这层大气反射、散射太阳光,因而显得明亮。
从我们地球上看去,金星特别明亮还有一个重要的条件,就是它离太阳及地球都不太远。金星距离太阳,只有日地距离的70%,约1亿零8百万公坠。它所得的太阳光的辐射当然就比较大了。木星体积比地球大1300多倍,但木星离太阳远(约为日地距离的5倍多),它所得太阳光就少,故此不如金星明亮。
从地球上看去,金星是离我们最近的一颗行星,它离地球最近时约有4千万公里,比地球的另一个近邻行星——火星,最近地球时的距离要近1千万公里以上。同样亮度的天体,有的离我们近些,看来就亮些:而有的离我们远些,看来就暗些。金星离地球近些,所以看来就亮些。
金星具有上述几个得天独厚的条件,使它成为全天最亮的星星。
但是,金星最亮的时候,并不是在它距地球最近的时候。当金星位置在太阳和地球中间时,称为“下合”,其相对的一点为“上合”。在下合附近,太阳光照亮的金星的半球,恰巧背对着我们,所以我们是见不到金星的。只有在离下合有一段距离时,才可见到金星最亮。按时间算,在离下合之前与之后一个月多一点的时候为最亮。比如1994年11月2日金星下合,在此之前的9月29日金星最亮,亮度达-4.7等,在11月2日之后的1994年12月9日,又是金星最亮。到了1995年初,金星离地球越来越远,它的亮度就逐渐降低了,年初为-4.7等,年中为-3.9等,1995年底为-4.0等。
流星部落
在晴朗的夜空中,常常会看到飞流而过的一道亮光,人们称它为流星,民间也叫贼星。对此,常有人说:这是星星掉下来了。它们真是我们在天空看到的亮星掉下来了吗?当然不是。那些亮星离我们非常遥远,体积都比地球大得多,怎么可能往地球上掉呢?我们知道,在行星际空间有许多尘埃物质和大小不等的破碎的固体物质。当它们和地球接近或地球穿过它们之中的时候,这些固体物质便以每秒十几公里至几十公里的速度撞入地球大气层,与大气产生激烈的摩擦,从而生热发光,这就是我们看到的流星现象。流星现象通常都发生在离地面80至120公里的高空。每夜都可以看到一些流星。
但是这些单个出现的流星的方位、亮度和时间是不同的。就一日而言,后半夜的流星要比前半夜多。
流星体是围绕太阳运行的尘粒和固体块。流星体数量极多,形状不规则,大小相差悬殊。大流星体像一座山丘,小流星体连肉眼也无法辨认,通常只有砂粒和小石子那样大小。它们绕太阳转圈子的时候,有时会跑到地球附近。
当它们一旦闯入地球大气层,就以极快的速度与空气摩擦和碰撞,产生很高的温度,因而燃烧发光,在夜空中留下一道灿烂的光辉,这就是流星过后,还会留下一条明亮的痕迹,叫做“流星余迹”。
较大的流星体陨落时产生的流星现象叫火流星。这种流星体在稠密的地球低层大气内高速运行时,由于它大量的物质在大气中挥发燃烧,发出耀眼的光芒,看起来像一条巨大的火龙,常伴有雷鸣声,这就是火流星。明亮的火流星能把广大区域照得如月明之夜,甚至如同白昼。当天空中的流星余迹被淹没时,又会出现烟柱似的尘埃余迹,可持续几个小时。人们根据这一尘埃余迹可以推测出高层大气内的风向和风速等。
1930年,前苏联伏尔加河上空曾出现一次罕见的火流星。当年4月30日下午1时,人们突然看到天上飞来一个圆圆的“火球”,比月球稍小一些,后面拖着一条长长的“火链”,约飞行了5秒钟就消逝了。在消失的地方升起一股烟云,逐渐变浓,持续5分钟,直到烟消云散之后,人们还听到剧烈的轰鸣声,犹如发射火炮,一直延续了半分钟之久。
有时,夜空中出现的流星很多,仔细观察会发现,它们好像都是从一个方向射出,构成令人心旷神怡的天象。这种天象称为流星雨。
1872年11月27日,欧洲一些地区曾遇到一场罕见的流星雨,人们看到大群大群的流星从仙女座中迸发出来,像节日焰火一般,壮丽非凡。这场流星雨从傍晚7时一直持续到午夜1时,流星总数达16万颗之多,在流星陨落的高潮期间,每秒钟陨落的流星竟达10~15颗之多。但通常的流星雨往往每秒钟只陨落一两颗流星。
流星雨原本是某些彗星瓦解后遗留下来的碎片和冰块,当它们与地球相遇时,成群结队的碎片和冰块在大气层中因摩擦而燃烧和发光,便形成流星雨现象。每回流星雨出现时,似乎所有的流星都是从天空中的某一点发射出来的,这一点叫“辐射点”。通常流星雨的名称就用辐射点所在的星座名称来命名的,如前面提到的流星雨是从仙女座迸发出来的,就叫它为“仙女座流星雨”,这个流星雨是由比拉彗星瓦解后的碎片和冰块所形成的。
星海中的路灯
对我国广大地区来说,北极星和北斗七星常年可见。在壮丽的恒星天空中,它们像指路灯塔,似报时鸣钟,自古以来就是人们最熟悉的星星朋友。
北极星现在在很靠近地球北极所指向的天空,因此,看起来它总在北方天空。
正是因为它所处的位置重要,才大名鼎鼎。其实,按亮度它只是一颗普通的二等星,属于“小字辈”。它离我们约400光年。北极星属于小熊星座中最亮的恒星,也叫小熊座α星。中国古代称它为“勾陈一”或“北辰”。在星座图形上。它正处于小熊的尾巴尖端。说到这里,或许你要问:小熊星座α星永远享受北极星的尊称?或者说,地球自转轴的北极永远指向这颗星吗?
首先应该指出,地球自转轴也是在周期性的缓慢摆动。因此,地球自转轴北极指向的天空位置自然也是变动的。可见,北极星的“皇位”也存在轮流坐庄的可能。天文学家们早已算出,5000年前,北极星不是现在小熊座α星,而是天龙座α星,中国古代称它为右枢。那时右枢获得北极星的殊荣。到公元1000年,也就是中国北宋初年的时候,地球北极指向的天空离现在北极星——小熊座α星的角距还有6度。可见,那时它还远远不能作北极星。现在地球自转轴北极指向的天空离小熊座α星的角距只有约1度。目前地球自转轴北极指向的天空正以每年15角秒的速度接近小熊座α星。到公元2100年前后,地球自转轴北极指向的天空和小熊座α星之间的角距最小,仅有约28角分。似乎这时它的“地位”才达到北极星的顶峰。然而,从此以后,地球自转轴北极指向的天空将逐渐远离小熊座α星。到公元4000年前后,仙王座γ星将成为北极星。到公元14000年前后,天琴座α星——织女星将获得北极星的美名。那时人们再谈起牛郎和织女的故事来,织女星“入主北极星的皇位”身份,远远超过牛郎星。地球自转轴这样摆动一周的时间,大约是26000年。这说明一切事物都是在运动的,静止只是相对的,运动变化才是永恒的。
北斗七星属于大熊星座的一部分,北斗七星位于大熊的背部和尾巴。这7颗星中有6颗是2等星,1颗是3等星。通过斗口的两颗星连线,朝斗口方向延长约5倍远,就找到了北极星。认星歌有:“认星称从北斗来,由北往西再展开。”初学认星者可以从北斗七星依次来找其他星座了。
古人把北斗七星作为一种永恒的神圣的象征。难道北斗七星组成的图形永远不变吗?它永远是找北极星的“工具”吗?当然不是这样。宇宙间一切物体都在运动和变化之中,恒星也不例外。既然恒星也在运动,那么,北斗七星组成的图形当然也在变化。实际上,这7颗恒星离我们的距离不等,在60~200光年之间。它们各自运行的方向和速度也不一样。7颗星大致朝两个方向运行,摇光和天枢朝一个方向,其他5颗基本朝一个方向。根据它们运行的速度和方向,天文学家们已经算出,它们在10万年前。组成的图形和10万年后组成的图形,都和今日的图形大不一样。
天狼星的伴侣
连接猎户座腰带上的3颗星,向东南延长到它们间距的约7倍长,就会看到青白色的天狼星。天狼星属大犬座,正好在大猎犬嘴巴上。在古埃及,每当天狼星在黎明时从东方地平线升起的时候,正是一年一度尼罗河泛滥的季节,此时,大地回春,埃及人便开始了播种耕耘。由于天狼星的出没和古埃及的农业生产息息相关,所以人们特别崇拜它。
天狼星是除太阳外全天空中用肉眼看起来最亮的恒星,是距离我们较近的恒星之一,它的距离为8.7光年。它还是自行(在垂直视线方向移动的角度的大小)极快的恒星,平均每年自行稍大于1″。1834年德国天文学家贝塞尔开始研究天狼星的自行。1844年他发表文章指出,天狼星的运动很不规则,在大球上的轨迹不像其他恒星那样沿一条直线运动,而是在天球上画下一道波纹状的路线。这种现象引出这样一个结论:天狼星实际是一对双星,天狼星的不规则运动,是由于它围绕双星系统的重心作轨道运动所造成的。
贝塞尔的文章发表以后,由于当时并未找到天狼星的伴星,人们认为它可能是个暗黑的看不见的星,此后也就没有人再注意这个问题了。19年以后,美国望远镜制造家克拉克制造了一架口径为46厘米的折射望远镜,他在试验这架望远镜时,终于发现天狼星附近的“看不见的伴侣”,这个双星系统的转动周期为50年。根据双星的运动,进一步求出了伴星的质量,结果是天狼伴星的质量与太阳的质量差不多。但是,天狼伴星的亮度却只有太阳的几百分之一,它的温度并不低,约为10000K左右。
什么原因使得天狼星的伴星这么暗呢?原来它的体积太小了,只有太阳体积的百万分之几。因此,人们把这类恒星称为白矮星。
天狼伴星的体积比地球大不了多少,质量却和太阳质量差不多,这意味着它的密度非常大,为1010公斤/米3,即每立方米的天狼伴星物质的质量约1000万吨。白矮星上1吨重的材料可以放在火柴盒里,可以想像它的密度之大!
最早发现的另一颗白矮星是波江座40号星的伴星。现在已经发现白矮星1000颗左右。由于它们的亮度太小,使用大望远镜也只能看到距离较近的白矮星,实际上,白矮星的数目比现在知道的要多得多。
白矮星与中子星
白矮星的密度
为什么白矮星的密度如此之高?根据白矮星的半径和质量可以算出它表面的重力等于地球表面重力的107~109(1000万~10亿)倍。在这样高的压力下,组成白矮星的物质的原子都被压碎了:电子脱离了它原来在原子中的轨道变成自由电子。我们知道,原子是由原子核和电子组成,原子的质量大部分集中在原子核上,而原子核占的空间很小,如氢原子核的半径只10-8厘米(一厘米的一亿分之一),而氢原子核(质子)的半径只有10-13厘米(一厘米的十万亿分之一)。原子被压碎,在强大的压力下,原子核排得更紧密了,因此单位空间内包含更多的物质,即是说密度大大增高了。这种自由电子气体叫作简并电子气体。简并电子气体压力与白矮星强大的重力平衡,维持着白矮星的稳定。白矮星质量越大,重力越大,简并电子气体压力就抵抗不住星体的引力收缩,白矮星就会进一步坍缩成密度更高的天体。印度出生的美国天体物理学家钱德拉塞卡研究了白矮星的物态,得出它的质量极限为1.4个太阳质量。当质量大于1.4个太阳质量时,白矮星是不稳定的,引力坍缩将使它变为密度更高的中子星或黑洞。
白矮星的演变与寿命
白矮星是恒星生命史的晚期天体,是快要死亡的天体。它是如何演变来的呢?