天文發(fā)現(xiàn)

天文常識(shí)

星座

為了便于認(rèn)識(shí)星座，古人將天球劃分為許多區(qū)域，叫作星座。每一星座可由其中亮星的特殊分布而辨認(rèn)出來。現(xiàn)在國(guó)際通用的共有的星座88座，它們的界線大致是平行和垂直于天赤道的弧線。我國(guó)古代將星空分為三垣和二十八宿。

天球

人們?yōu)榱吮阌谘芯刻祗w，假想以空間任意點(diǎn)為中心，以無限長(zhǎng)為半徑所作的球。

天赤道和天極

延伸地球赤道而同天球相交的大圓稱為“天赤道”。向南北兩個(gè)方向無限延長(zhǎng)地球自轉(zhuǎn)軸所在的直線，與天球形成兩個(gè)交點(diǎn)，分別叫作北天極與南天極。天赤道和天極是天球赤道坐標(biāo)系的基準(zhǔn)。

黃道

地球上的人看太陽于一年內(nèi)在恒星之間所走的視路徑，即地球的公轉(zhuǎn)軌道平面和天球相交的大圓黃道和天赤道成23度26分的角，相交于春分點(diǎn)和秋分點(diǎn)。

黃極

天球上與黃道角距離都是90度的兩點(diǎn)，靠近北天極的叫“北黃極”。黃極與天極的角距離等于黃赤交角。北黃極在天龍座與兩星連線的中央。

黃道帶

天球上黃道兩邊各8度（共寬16度）的一條帶。日、月和主要行星的運(yùn)行路徑都處在黃道帶內(nèi)。古人為了表示太陽在黃道上的位置，把黃道分為十二段，叫“黃道十二宮”。從春分起依次為白羊、金牛、雙子、巨蟹、獅子、室女、天秤、天蝎、人馬、摩羯、寶瓶和雙魚，過去的黃道十二宮和黃道十二星座一致。由于春分點(diǎn)向西移動(dòng)，兩千年前在白羊座中的春分點(diǎn)已移至雙魚座，命名與星座已不吻合。

黃道坐標(biāo)

一種“天文坐標(biāo)”。天體在天球上的位置由黃經(jīng)和黃緯兩個(gè)坐標(biāo)表示。春分點(diǎn)的黃經(jīng)圈與通過某一天體的黃經(jīng)圈在黃極所成的角度，或在黃道上所夾的弧長(zhǎng)，叫作該天體的黃經(jīng)。計(jì)量方向?yàn)樵邳S道上由春分點(diǎn)起，沿著與太陽周年運(yùn)動(dòng)相同的方向，從0~360度。從黃道起，沿黃經(jīng)圈到天體的角距離稱為該天體的黃緯。計(jì)量方向從黃道起，由0~90度，黃道以北為正。

赤道坐標(biāo)

一種“天文坐標(biāo)”。以赤經(jīng)和赤緯兩個(gè)坐標(biāo)表示天球上任一天體的位置。由春分點(diǎn)的赤經(jīng)圈（時(shí)圈）與通過該天體的赤經(jīng)圈在北天極所成的角度，或在天赤道上所夾的弧長(zhǎng)，稱為該天體的赤經(jīng)計(jì)量方向自春分點(diǎn)起沿著與天球周日運(yùn)動(dòng)相反的方向量度，以時(shí)、分、秒表示。從天赤道開始沿赤經(jīng)圈到天體的角距離稱為該天體的赤緯。計(jì)量方向從天赤道起，由0~90度，天赤道以北為正。

歲差

地球的軸進(jìn)動(dòng)引起春分點(diǎn)緩慢向西運(yùn)行（速度每年50.2秒，約25，800年運(yùn)行一周），而使回歸年比恒星年短的現(xiàn)象。

回歸年

又稱“太陽年”。即太陽視圓面中心相繼兩過春分點(diǎn)所經(jīng)歷的時(shí)間。回歸年比恒星年約短20分23秒，回歸年長(zhǎng)365.2422平太陽日或365曰5時(shí)48分46秒。對(duì)應(yīng)1900年初回歸年長(zhǎng)為365.24219892平太陽日，這個(gè)數(shù)值不是不變的，每百年減少0.53秒。

恒星年

地球繞太陽公轉(zhuǎn)一周所經(jīng)歷的時(shí)間間隔。只在天文學(xué)上使用，等于365.25636個(gè)平太陽日或365日6時(shí)9分9.5秒。

星等

僅僅在我們的銀河系中，就有多達(dá)以千億計(jì)的恒星。它們?cè)谔炜瞻l(fā)著耀眼的光芒。恒星的亮度差別很大，亮度的等級(jí)最早是由希臘天文學(xué)家依巴谷于公元2世紀(jì)時(shí)創(chuàng)立的，他把天上最亮的20顆星定為1等星，再依光度不同分為2等星、3等星，如此類推到6等星，最亮的星為1等，最暗的星為6等。直到19世紀(jì)中期，英國(guó)天文學(xué)家訂定其標(biāo)準(zhǔn)，他以光學(xué)儀器測(cè)定出星球的光度，確定1等星比6等星亮100倍。同時(shí)，利用這一數(shù)學(xué)關(guān)系，把比1等星更亮的天體定為0等、－1等……而把比六等星更暗的天體定為7等、8等……例如，太陽的星等為－27等，滿月時(shí)的月球?yàn)椋?3等。星等的數(shù)值越大，代表這顆星的亮度越暗。相反星等的數(shù)值越小，代表這顆星越亮。有些光亮的星，它的星等甚至是負(fù)數(shù)，如全天最亮的恒星——天狼星，它的亮度是－1.45等。人的眼睛在黑暗的地方，可以看到最暗的星是6等左右。現(xiàn)在，天文學(xué)家用集光能力最大的天文望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)到的最暗的天體，已經(jīng)暗于25等，它們比一支離開觀測(cè)者63千米的蠟燭光還暗。

事實(shí)上，星等是分為兩種的：目視星等及絕對(duì)星等。

目視星等﹕

是指我們用肉眼所看到的星等?？磥聿煌怀龅摹⒉幻髁恋暮阈?，并不一定代表它們的發(fā)光本領(lǐng)差。道理十分簡(jiǎn)單：我們所看到恒星視亮度，除了與恒星本生所輻射光度有關(guān)外，距離的遠(yuǎn)近也十分重要。同樣亮度的星球距離我們比較近的，看起來自然比較光亮。所以晦暗的星并不代表它比較光亮的星細(xì)小。

絕對(duì)星等﹕

由于目視星等并沒有實(shí)際的物理學(xué)意義，于是天文學(xué)家制定了絕對(duì)星等來描述星體的實(shí)際發(fā)光本領(lǐng)。假想把星體放在距離10秒差距（即32.6光年，秒差距亦是天文學(xué)上常用的距離單位，1秒差距=3.26光年）遠(yuǎn)的地方，所觀測(cè)到的視星等，就是絕對(duì)星等了。通常絕對(duì)星等以大寫英文字母M表示。目視星等和絕對(duì)星等可用公式轉(zhuǎn)換。

“變光星”

表面上看起來，天空中的星星每天都是一個(gè)樣子的。但事實(shí)并非如此，讓我們看看英仙星座中亮度排在第二的β星，每隔兩天零21小時(shí)，它的亮度就降為原來的一半多。然后，短時(shí)間后，又恢復(fù)到原來的亮度。阿拉伯人稱這顆星為“Algol”，意思是“可怕的魔鬼”。

18世紀(jì)80年代，英國(guó)有卓越成就的聾啞天文學(xué)家約翰·古德瑞克就提到過Algol是雙星。其中的一顆星亮度很低，每隔兩天零21小時(shí)，這顆暗星就運(yùn)行到了亮星的前面，并遮住了它，使之暫時(shí)失去了亮度。當(dāng)暗星移開時(shí)，亮度又重新恢復(fù)。古德瑞克的結(jié)論使他走在了他所處時(shí)代的前面，因?yàn)椋菚r(shí)候赫歇爾還沒有公布雙星存在的發(fā)現(xiàn)。然而，他的結(jié)論得到了證實(shí)，古德瑞克是正確的。

類似這樣的亮度因遮擋而變化的星體有不少，但有許多星體亮度的變化是無規(guī)律的。16世紀(jì)末，德國(guó)天文學(xué)家大衛(wèi)·費(fèi)伯瑞修斯在鯨魚座鯨魚雙星中探測(cè)到了它的亮度變化。當(dāng)天文學(xué)家對(duì)它進(jìn)行細(xì)微觀測(cè)后發(fā)現(xiàn)，它發(fā)出的亮度可以使它成為空中100顆亮星中的一員，而有時(shí)它變得很暗，暗得只有用望遠(yuǎn)鏡才能看到它。這樣的變化在一年中會(huì)發(fā)生多次，但極不規(guī)律，引起變化的原因不能用遮擋現(xiàn)象解釋。那么，最終的結(jié)論是：這類星體一次比一次放射出更多的光和熱，它才是真正的變光星。它被好奇的天文學(xué)家稱為“Mira”，拉丁語的語意是“奇異的”。

古德瑞克又發(fā)現(xiàn)了另一類變光星“仙王星座”，

它屬于“造父變光星類”。這類星的亮度變化是規(guī)律性的，但是它也不能歸在遮擋的變光星體中。因?yàn)?，它的亮度增加得非?？?，而減弱得非常慢（如果是屬于遮擋性的變光星體，則亮度的增加和減弱將是時(shí)間相等的，就像Algol星體那樣）。

上百種星體在亮度的增減上是有規(guī)律的，有的星體是聚集在一起的，如同日月蝕那樣變化，有的遮擋星完成一次亮度變化需要3天，還有的需要50天。遮擋將成為長(zhǎng)距離測(cè)星的手段之一。

變星

有不少恒星，亮度會(huì)隨時(shí)間變化，它們被稱為變星。

變星光變的原因，一種是雙星的兩顆子星相互掩食，稱為食變星（即食雙星）。

食變星的一個(gè)最有名的例子是英仙星座的大陵五星。它的光變?cè)谌俣嗄昵耙呀?jīng)被發(fā)現(xiàn)。它離開我們106光年，光變周期等于2.9天。食變星的光變周期，也就是伴星繞主星轉(zhuǎn)動(dòng)的軌道周期。

在更多的情況下，變星的光變是出于內(nèi)在原因，稱為內(nèi)因變星。內(nèi)因變星，又可按光變的性質(zhì)分為脈動(dòng)變星和新星、超新星等。

脈動(dòng)變星使星體程度不同地發(fā)生有節(jié)奏的大規(guī)模運(yùn)動(dòng)的恒星。這種運(yùn)動(dòng)最簡(jiǎn)單的形式是半徑周期性地增大和縮小。在半徑變化的同時(shí)，光度、溫度等也隨之發(fā)生變化。

脈動(dòng)變星有很多類型，最典型的一類是造父變星，其代表是仙王星座中的造父一星。這顆變星的光變周期是5.4天，最亮?xí)r亮度為3.6等，最暗時(shí)亮度為4.3等。

新星

新星是亮度在短時(shí)間內(nèi)，如幾小時(shí)至幾天突然劇增，然后緩慢減弱的一類變星，星等增加的幅度多數(shù)在9等到14等之間。由于新星在發(fā)亮之前一般都很暗，甚至用大望遠(yuǎn)鏡也看不到，而一旦發(fā)亮后，有的用肉眼就能看到，因此在歷史上被稱為“新星”。

實(shí)際上，新星不是新產(chǎn)生的恒星?，F(xiàn)在一般認(rèn)為，新星產(chǎn)生在雙星系統(tǒng)中。這個(gè)雙星系統(tǒng)中的一顆子星是體積很小、密度很大的矮星或白矮星，另一顆則是巨星。兩顆子星相距很近，巨星的物質(zhì)受到白矮星的吸引，向白矮星流去。這些物質(zhì)的主要成分是氫。落進(jìn)白矮星的氫使得白矮星“死灰復(fù)燃”，在其外層發(fā)生核反應(yīng)，從而使白矮星外層爆發(fā)，成為新星。

新星爆發(fā)以后，所產(chǎn)生的氣殼被拋出。氣殼不斷膨脹，半徑增大，密度減弱，最后消散在恒星際空間中。隨著氣殼的膨脹和消散，新星的亮度也就緩慢減弱了下去。

超新星

超新星是爆發(fā)規(guī)模更大的變星，亮度的增幅為新星的數(shù)百至數(shù)千倍，拋出的氣殼速度可超過1萬千米。超新星是恒星所能經(jīng)歷的規(guī)模最大的災(zāi)難性爆發(fā)。

超新星爆發(fā)的形式有兩種。一種是質(zhì)量與太陽差不多的恒星，是雙星系統(tǒng)的成員，并且是一顆白矮星。這類爆發(fā)與新星的差別是核反應(yīng)發(fā)生在核心，整個(gè)星體炸毀，變成氣體擴(kuò)散到恒星際空間。

還有一種超新星，原來的質(zhì)量比太陽大很多倍，不一定是雙星系統(tǒng)成員。這類大質(zhì)量恒星在核反應(yīng)的最后階段會(huì)發(fā)生災(zāi)難性的爆發(fā)，大部分物質(zhì)成氣殼拋出，但中心附近的物質(zhì)留下來，變成一顆中子星。

雙星

看上去離得近，實(shí)際距離也很近的兩顆星，通過萬有引力互相吸引，彼此圍繞著對(duì)方不停地旋轉(zhuǎn)。只有這種關(guān)系，才能稱作現(xiàn)代天文學(xué)意義上的雙星。天文學(xué)上把雙星中比較亮的一顆稱為主星，比較暗的那顆稱為伴星。

星團(tuán)

星團(tuán)是由于物理上的原因聚集在一起并受引力作用束縛的一群恒星，其成員星的空間密度顯著高于周圍的星場(chǎng)。星團(tuán)按形態(tài)和成員星的數(shù)量等特征分為兩類：疏散星團(tuán)和球狀星團(tuán)。星團(tuán)的命名，一般采用相應(yīng)的星表中的號(hào)碼。最常用的是梅西耶星表，簡(jiǎn)寫為“M”。它只包括了較亮的星團(tuán)。較完全的是“NGC”星表，有時(shí)還用“IC”星表。這些星表中不僅僅包括星團(tuán)，還有星云和星系。

球狀星團(tuán)

球狀星團(tuán)呈球星或扁球形，與疏散星團(tuán)相比，它們是緊密的恒星集團(tuán)。這類星團(tuán)包含1萬到1000萬顆恒星，成員星的平均質(zhì)量比太陽略小。用望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)，在星團(tuán)的中央恒星非常密集，不能將它們分開。

在銀河系中已發(fā)現(xiàn)的球狀星團(tuán)有150多個(gè)。它們?cè)诳臻g上的分布頗為奇特，其中有三分之一就在人馬星座附近僅占全天空面積百分之幾的范圍內(nèi)。天文學(xué)家最初正是根據(jù)這個(gè)現(xiàn)象領(lǐng)悟到太陽離開銀河系中心相當(dāng)遠(yuǎn)，而銀河系的中心就在人馬星座方向。跟疏散星團(tuán)不同，球狀星團(tuán)并不向銀道面集中，而是向銀河系中心集中。它們離開銀河系中心的距離絕大多數(shù)在6萬光年以內(nèi)，只有很少數(shù)分布在更遠(yuǎn)的地方。球狀星團(tuán)的光度大，在很遠(yuǎn)的地方也能看到，而且被濃密的星際塵埃云遮掩的可能性不大，因此未發(fā)現(xiàn)的球狀星團(tuán)數(shù)量大致不超過100個(gè)，總數(shù)比疏散星團(tuán)少得多。

球狀星團(tuán)的直徑在15至300多光年范圍內(nèi)，成員星平均空間密度比太陽附近恒星空間密度約大50倍，中心密度則大1000倍左右。球狀星團(tuán)中沒有年輕恒星，成員星的年齡一般都在100億年以上，并據(jù)推測(cè)和觀測(cè)結(jié)果，有較多死亡的恒星。

疏散星團(tuán)

疏散星團(tuán)形態(tài)不規(guī)則，包含幾十至二三千顆恒星，成員星分布得較松散，用望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)，容易將成員星一顆顆地分開。少數(shù)疏散星團(tuán)用肉眼就可以看見，如金牛星座中的昴星團(tuán)（M45）和畢星團(tuán)、巨蟹星座中的鬼星團(tuán)（M44）等等。

在銀河系中已發(fā)現(xiàn)的疏散星團(tuán)有1000多個(gè)。它們高度集中在銀道面的兩旁，離開銀道面的距離一般小于600光年左右。大多數(shù)已知道疏散星團(tuán)離開太陽的距離在1萬光年以內(nèi)。更遠(yuǎn)的疏散星團(tuán)無疑是存在的，它們或者處于密集的銀河背景中不能辨認(rèn)，或者受到星際塵埃云遮擋無法看見。據(jù)推測(cè)，銀河系中疏散星團(tuán)的總數(shù)有1萬到10萬個(gè)。

疏散星團(tuán)的直徑大多數(shù)在3至30多光年范圍內(nèi)。有些疏散星團(tuán)很年輕，與星云在一起，甚至有的還在形成恒星。

星云

宇宙空間的很多區(qū)域并不是絕對(duì)的真空，在恒星際空間內(nèi)充滿著恒星際物質(zhì)。恒星際物質(zhì)的分布是很不均勻的，其中宇宙塵埃物質(zhì)密度較大的區(qū)域所觀測(cè)到的是霧狀斑點(diǎn)，稱為星云。星云類型主要有“亮星云”和“暗星云”兩種。

彌漫星云

彌漫星云是星際介質(zhì)集中在一顆或幾顆亮星周圍而造成的亮星云，這些亮星都是形成不久的年青恒星。彌漫星云呈現(xiàn)為不規(guī)則的形狀，猶如天空中的云彩，但是它們一般都得使用望遠(yuǎn)鏡才能觀測(cè)到，很多只有用天體照相機(jī)長(zhǎng)時(shí)間曝光才能顯示出它們的美貌。

河外星系

河外星系指的是銀河系之外的其他星系，它們都是與銀河系屬于同一量級(jí)的龐大恒星系統(tǒng)。河外星系一般用肉眼看不見，就是通過一般望遠(yuǎn)鏡去觀察，也還是一片霧，天文學(xué)家才發(fā)現(xiàn)二者完全是兩碼事：河外星云實(shí)際上是和我們銀河系類似的星系，而真正的“星云”，都是銀河系的內(nèi)部成員，是由恒星之間的稀薄氣體和塵埃組成的。因此，現(xiàn)在再也不用“河外星云”這個(gè)詞了，而一律改稱“河外星系”。

了解宇宙就需要了解各種天文現(xiàn)象。天文學(xué)家通過大量的研究破譯了各種天象，做出了合理的解釋，開啟了人類探索的腳步。