测量恒星的质量

测量恒星的质量

现在我们该来应用一下这个刚刚讲过的原则了——当我们观察到天空中有一颗星在绕另一颗星做圆周运动，我们就可通过研究它的运行轨道而测出它们的质量。总的来说这个问题并不像我们刚刚讨论过的那么简单。要想把这个问题进一步弄清，我们必须再一次讨教牛顿的数学研究。

我们已经得知，向水平方向发射一个速度为每秒钟4.90英里的子弹后，子弹会绕地球作无休止的圆周运动。如果我们朝其他方向以其他速度发射会发生什么情况呢？

牛顿提供了答案。他说一个小的天体在大的天体的引力下无论怎样作运动，它的轨道都是椭圆形的——一种拉长的圆或是卵形线。（椭圆最简单的定义就是移动P点所画的曲线。它以这样的方式移动，以至于从S、T两点的距离PS、PT的总和保持相等。实际中我们能非常容易地画一个椭圆。在画板上钉两个图钉S、T，绳子的两端固定于这两个点，绳的P点上拴上铅笔，然后让铅笔绕圈，线要一直保持拉直，就能画出个椭圆。如果图钉S、T在画板上离得近，画出的圈就接近圆。ST的距离和绳子其余部分SP＋PT的比率叫做“椭圆的偏心度”。它不可能小于1，因为三角形中两边之和大于第三边。在限定的情况下，即偏心度为零时，椭圆就成了圆。偏心角越大、偏心度越接近1，椭圆就越长。让偏心度在0到1的范围内变化，便得出不同的偏心角，这些偏心角代表了所有小天体绕大引力天体旋转轨道的不同形状。S、T这两点叫做椭圆的焦点。能吸引其他天体的大天体往往占有椭圆中两个焦点中的任一个。）早先开普勒就发现行星绕太阳的实际轨道不是正圆而是椭圆的，虽然从大的方面看，椭圆和圆的区别并不大；它们是数学家们所谓的“小偏心度的椭圆”。这就进一步肯定了牛顿的万有引力定律，因为如果引力不是以牛顿关于距离平方的倒数减弱的话，行星的轨道就不可能呈椭圆形。

当天文学家研究双星在天空的运动时，一般都会发现它们所做的也不是圆而是椭圆运动。（他实际上观察到的是轨道在天空中的“射影”，可几何中众所周知的定理是椭圆形的射影就是椭圆。）这又一次证实了牛顿的定律，而且我们有权设想保持双星在一起的力和保持月球绕地球、行星绕太阳转的引力相同。通过对这些椭圆的研究，我们能算出恒星的质量。如果双星中的一个比另一个重得多，那么重的星保持静止，而轻的星则绕前者转椭圆圈，基本上与行星绕太阳转相似。这种情况在实际中是看不到的，因为双星的质量一般是相当的，这就给这个问题带来了新的复杂因素。这里没必要去探讨数学的细节，只说两颗星没有一颗是静止的就够了。两颗星画着不同的椭圆，从这两个椭圆能算出两颗星的质量。

我们看出这些星的质量和太阳的质量没太大差别，尽管整个太空为我们提供的范围要比表中靠近太阳的四对星大得多。可是，即使在整个太空中，也没有哪颗已知质量的星比克留格尔60B轻，尽管在天秤座的另一端。有许多星的质量都比我们表中的大得多。在诸多已知相当精确质量的恒星中，H.D.1337（皮尔斯的星）是最重的，它的两个成员的质量分别是太阳的36.3和33.8倍。普拉斯凯特（Plaskett）的星B.D.6°1309肯定还要重些，它的两个成员的质量至少是太阳的75倍和63倍，可能还多些，确切数还不知道。27大犬星族有4颗星，它们的质量加在一起，根据目前可得的证据，至少是太阳的940倍。不过我们在接受这样一个不寻常的数字前还是慎重些为好。

星星的平均质量是太阳的0.94倍，所以太阳比它们的平均质量要重些，这点已被更广泛的对恒星质量的研究证实。

经推理，我们很可能会认为恒星的质量是各种各样的，因为没有明显的理由说明为什么不会有比太阳重100万倍的恒星的存在，或者它们的质量只和地球的相等或差不多。实际上我们发现恒星的质量大体上相似，很少有比太阳相差太多的。这似乎表明，恒星是天文产物中一个确定的星种，而不仅是随意的一堆发光物质。

小知识

中国西汉王莽时代，有人用羽毛（鸟羽）做成两只大翅膀装在身上，并在头和身上粘满羽毛，模仿鸟飞行，飞行了数百步才落地。这是人类最早的飞行尝试。

到了东汉时期，我国科学家张衡制造出一种木鸟，身上有翅膀，腹中有器件，能飞数里。这就是历史上记载的木鸟飞天的故事。