恒星（一）

第二十三讲 恒星（一）

↓1.恒星、恒星的闪烁。

↓2.测量恒星的距离。

↓3.在传播路程中变老的光线、在恒星毁灭后很长一段时间内都还能看到这颗恒星。

↓4.以地球为球心的一个大球，恒星在这个大球外才出现、从最近的恒星处看地球轨道、我们的太阳缩小成一个小小的亮点，缩小到看不见、仅仅被北极星照耀着的地球、恒星们，光的最初始源。

↓5.恒星角直径的不可测量性、望远镜中所看到的恒星们。

↓6.地球的轨道都不能绕上一圈的太阳、天狼星的大小、恒星是与我们的太阳相似的太阳。

↓7.恒星的分类、一等星的列表。

↓8.肉眼和望远镜可以看到的恒星的数量。

↓9.恒星的特有运动、恒星的速度、太阳系朝着武仙座运动、未来的天空。

↓1.恒星在天空中的位置一直保持不变，这就是为什么我们将它们称为恒星的原因。与此相反的是，行星由于绕着太阳公转，它们在天空中是不断地移动着的，它们会连续地穿过不同的星座，我们在前文中已经研究过行星的这一特征。将行星的这一特征与恒星的这个特征联系起来，我们不用作特殊的天文学研究就能区分出行星与恒星。恒星的光传播得非常快，而且是连续地闪动着传播的，我们将它称为闪烁。似乎我们的大气层就是使它产生闪动的原因：空气越是清澈，气温越是低，恒星在地平线上的位置越高，那么它闪烁得就越是明亮。行星几乎是不闪烁的：土星与木星，它们发出的是平稳的光；而对于水星、火星、尤其是金星，我们可以感觉到它们会有一些闪动。

根据已经获得的种种资料，我们就认为恒星本身就是发光的，并且认为恒星处于太阳系中最后一颗行星的外面，它们就是与我们太阳相类似的星球，但是处于离我们无限远的地方，对于这些看法，我们甚至都没有再提供一个证明。而在这里，我们可以提供一个证明。首先，我们来研究一下距离。要测量一个不能到达的物体的距离，你们回忆一下，应该首先选择一个基底线，并以这个基底线为基础构造起一个三角形，并且我们能够测量出这个三角形中两个夹角的大小。通过构造一个相似图形，或者更好一点，通过计算，我们就能求得所求的距离大小。但是还有另一个必不可少的条件需要满足。就是基底线与所要求得的长度之间必须有一定的比例关系。我们已经知道，要测量距离我们最近的月球到地球的距离，需要以地球的周长的一大部分为基础画出一个几何图形。要测量太阳到地球之间的距离，地球已经太小而不能作为基底线了，因此要以地球与月球之间的那根想象的距离线作为基底线。那么，要测量恒星的距离，我们应该以什么作为基底线呢？我已经跟你们说过，有一根基底线是我们可以控制的，即地球绕日公转轨道的直径，以这根长达3.04亿千米的线段作为基底线，或许我们能够构造出我们想要的三角形来。下面让我们来试试。

↓2.假设在任意一个时刻，地球位于其轨道上的T点，如图80所示，我们用经纬仪上的一架望远镜来朝向太阳S，用另一架望远镜来朝向TE方向上的一颗恒星。第一次的观察使我们获得了角ETT′，六个月之后，当地球移动到T′的位置，即到了地球绕日公转轨道的另一个端点上，我们再次观察太阳。这时，我们把太阳作为参考点，用它来找到地球绕日公转轨道直径TT’的方向；现在，我们观察到恒星位于T′E′方向上，于是我们得到了角E′T′T。我们已经知道了基底线TT′的长度是3.04亿千米，我们还知道了这根基底线所构成的两个角的大小。这样，我们就可以构造出一个相似图形来。但是如果我们真的进行构造的话，我们就会发现，对于大多数的恒星来说，以TE和T′E′为代表的两条线，无论我们将它们延伸到什么地方，它们都不会相交。这样看来，这根基底线还是太短了。当我们以一根长度为3.04亿千米的线段作为基底线来构造一个以一颗恒星为顶点的三角形时，这根基底线还是没有什么用。实际上你们可以想象分别从两只手的末端发出来两条直线，并设想它们会在地平线处相交。毫无疑问，这两条直线最终会相交，它们构成了一个以两手间距离为基底线的三角形。但是，这个三角形太尖了，即使用最好的测量工具，我们也会把这两条边误看成平行的。同样的，TE与TE′这两条视线，它们分别从3.04亿千米的基底线两端到达同一颗恒星，严格来说，它们是可以相交的，但是因为距离太遥远了，因此我们的测量工具总是将它们看成是平行的。我们希望以地球轨道的直径来作为基底线来测量一颗恒星到地球之间的距离。这就像我们用手掌的长度来测量一个省的大小一样。在几何学中，就像在其他一切学科中一样，将小的跟小的进行比较，将大的跟大的进行比较，将特别大的与特别大的进行比较。相隔六个月后，两条通过同一颗恒星的视直线是平行的，因此它们所构成的三角形也不可能闭合，这告诉我们，以它们的长度作为比较的基准，这是不可能的。地球轨道的最大直径太短了，而恒星距离我们又太远了，因此这两个距离是不能比较的。

图80

↓3.对于那些离我们地球最近的恒星，天文学家极其仔细地研究过，因此能够通过测量一个三角形来求得它们的距离。但他们研究所得出的结论却是天空的历史上最令人惊讶的结果之一。当我们推算恒星的距离，我们以千米甚至是地球的半径为单位来计量这些距离，它的数字是变得多么的大啊！这时我们的大脑都陷入混乱了。这些不可想象的距离是很难通过数字衡量的，因此一种特殊的计量单位是非常必要的，这种计量单位就是用来测量深远度的单位，光为我们提供了这一计量单位。你们应该还记得，光线要从太阳到达地球，也就是要穿越1.52亿千米的距离，它需要的时间是八分钟左右。但是天文学家称，由于恒星构成的三角形是非常巨大的，离我们最近的恒星之一是半人马座的α星，它的光到达地球需要三年半的时间，你们要好好想想，这是三年半的时间。光只需要八分钟的时间就能穿越地球与太阳之间1.52亿千米的距离，而这里是三年半啊！你们再仔细听着，并不是所有的恒星与地球的距离都相等，有的离得近一些，有的离得远一些。天鹅座的第61颗星，它的光到达地球需要九年多的时间；天琴座的织女星，它的光到达地球需要12至13年的时间；天狼星的光到达地球需要22年的时间；大角星的光到达地球需要26年的时间；北极星的光到达地球需要31年的时间；五车二星的光到达地球需要72年的时间。现在进入我们瞳孔中的第一道光线，它已经在路上走了很多年，尽管它传播的速度达到了惊人的每秒30万千米的高速。如果它来自于北极星的话，那么它已经走了31年；而如果它来自于五车二星，那么它已走了72年。它在路上已经变老了，因此它给我们带来的不是恒星现在的信息，而是过去的信息。

除了这些将光线传播到我们地球这儿需要一个人的寿命那么长时间的恒星，比如说五车二星，还有其他很多的恒星，它们的光要传播到我们地球这儿，需要几个世纪甚至几千年长的时间。使用最高倍的望远镜所能看到的最远恒星，再根据光的强度随着距离的增加而减弱的原理，我们可以计算出这颗恒星的大概距离。它到我们的距离，是光需要花上2700年才能走过的一段距离。我们将头望向星空，第一眼就能看到一颗最小的恒星，在这颗恒星将它的光线传播出来的那个时刻，我们中的任何人都还没有出生呢！我们中没有任何人能够看到在此时恒星所发出来的光线，因为光线传播到地球需要一百年以上的时间。倘若这颗恒星消失了，那么我们在之后几个世纪的时间里都还能继续看到它；而在这颗恒星毁灭时它所发出来的光还没有传播到我们这里，直到隔了几个世纪之后，那些光才可能传播到我们地球。光线传播的速度与它所需要走过的路程相比，还是显得太慢了。因此，光线的传播会造成我们的错觉，我们坚持认为，我们所看到的是一种真实的景象，而实际上，那颗恒星已经消失很久了。

↓4.现在我们将自己限制在一个最狭小的范围之内。根据无可争议的资料，天文学家已经确定，离地球最近的一颗恒星，它与地球之间的距离也有地球与太阳距离的20万倍之多，也就是1.52亿千米的20万倍。那么，我们可以肯定，在这个圆圈内并没有其他的恒星；只有在这个圆圈之外，才有可能存在其他的恒星，让我们想象自己被带到这个理想的球上的一点，这个理想的球就是恒星的边界。从这里我们如何才能看到太阳呢？或者不如说，在这样一个距离上，太阳就消失了。那么，我们如何才能看到地球绕日公转所画出的那个圆圈呢？通过计算我们知道，在那个距离上所看到的地球转动而画出来的那个圆圈，就像看到一个处于2500米距离远处的五分钱硬币那么大。是的，地球就是在这个小小的圆圈上转动的，它以每小时10.8万千米的速度绕太阳旋转着。这个距离我们的眼睛有2500米远的硬币那小得可怜的视面积，就是地球运行的区域。当地球的轨道被缩小到如此小的地步时，我们所看到的地球自身，就不用再去考虑了。我们能够知道被风吹到云层上的灰尘颗粒的状态吗？对于处于1.52亿千米的20万倍这么远距离以外的地球，我们不能获得更多的信息了，顶多我们知道现在象征着地球轨道的这个小圆的中央，我们能够看到有一个亮点，它在一闪一闪地发光，此外便看不到别的什么了。但是这个一闪一闪发光的东西，对于我们来说，正是世界的荣耀，是生命的施予者，它就是太阳。我们再强调一点，数字准确无误地证实了，在距离我们最近的恒星的位置处，还有像太阳那样中等亮度的星星，比如说北极星。

从这个结论我们可以强有力地得出另一个结论，即：恒星所发出的光是它们自身就具有的，而不是从太阳借来的光。如果恒星的光的确来自太阳，那么它们就是被太阳照亮的，而太阳由于距离遥远缩小成了北极星那么小的星星，那么这仿佛就像地球本身是被北极星照亮的一样。然而，对于夜晚的黑暗来说，整个星空的照耀几乎都没有什么效果。那么，仅仅有北极星在闪耀，又会产生什么样的效果呢？在这颗星星的微弱光亮照耀之下，不管从近处看还是从远处看，地球都仍然处于完全的黑暗之中。同样，处于我们太阳光线的照耀之下，这些星星也仍然是黑暗的。不过，不管它们离我们多么遥远，每一颗星星都是一个或明或暗的亮点。一些星星，比如天狼星、织女星、五车二星、大角星等等，都放射出很明亮的光芒，因此所有这些星星，跟太阳一样，都是放射出光的最初始源。

↓5.从理论上来说，一旦我们知道了一颗恒星的距离，只要测一下角直径，也就是这颗恒星与所形成的两侧视线所构成的角的大小，我们就能够解决恒星体积的问题了。这看上去似乎是一件很简单的事情，但是请不要急着下结论。从地球上看太阳，要测量太阳的角直径是没有问题的。在前面的一讲中，我们已经测得太阳的角直径是32分6秒，但是对于一个位于离我们最近的恒星上的观察者而言，你们知道他看到的太阳，其角直径会缩小到多小吗？通过计算，我们就可以知道结果。因为一颗恒星到太阳的距离是地球到太阳距离的20万倍，从这样一个距离外去看太阳，那么太阳的角直径也会缩小20万倍，也就是说，小到只有一秒的百分之一那么大，我们任何测量角的仪器都不能量出这么小的数值来，所有可能的经纬仪都测不出一秒的百分之一。因此，尽管太阳的体积实际上非常庞大，但是从恒星这么远的距离来看，太阳就是一个点而已。反过来说，尽管恒星与太阳一样大，但是从地球上看去，这些恒星也仅仅是几个点而已。不过，我们所看到的恒星，确实是仿佛有着一定大小的。这是因为，当我们用肉眼去看时，恒星的周围似乎环绕着一层漫射光，我们使用高倍率的望远镜就可以看得非常清楚，这层漫射光消失了。失去幻觉式的光环的恒星，就会变成一个真正的点。我们使用的望远镜越是精确、越是完善，我们所观察到的恒星点就会越小。如果不考虑在距离上的巨大差异，这是一件奇怪的事情，也就是，望远镜可以使得行星变大而使得恒星变小。当距离超过了一定的比例，我们的观察工具就会失效，它的作用就仅限于除去恒星的漫射光并清晰地显示出这颗恒星的边界，通过望远镜观察，恒星就缩小为一个没有大小的点。因此，一般而言，恒星的角直径并不能通过科学的仪器来测量出来。

↓6.这并不是说聪明的观察者没有用高度完善的仪器来进行这样的研究。比如，赫歇尔就认为自己知道了五车二星的角直径是二秒半。但是，从距离地球最近的恒星上我们所看到的地球轨道的直径是二秒。如果五车二星的角直径确实如赫歇尔所说的那样大，那么它就成为这样一颗巨大的太阳：地球绕日公转的轨道都不能像一根带子一样将它环绕起来。这颗太阳是我们太阳的2000万倍大。这位著名的天文学家搞错了吗？他的仪器会不会欺骗他啊？谁能够断定，在天空的宝藏中，人们不会发现像这么大体积的星球呢？人们根据天狼星这颗天空中最耀眼的星星的亮度，推测它的体积大约是太阳的1000倍左右。

如果因为我们望远镜的功效不够强大，为我们留出了一个广阔的空间，对恒星体积的问题产生了种种猜测，但是很显然，这些猜测中总有一个是真实的。恒星是本身发光的球体，它们距离我们如此遥远，即使距离我们最近的恒星，它发出的光要到达地球也要三到四年的时间。另一方面，几何学最基本的推理告诉我们，从越远的距离看太阳，太阳看上去就会越小，如果我们能够从恒星区域起始的地方看太阳，那么它就变成像北极星似的一颗星星。如果我们的观察点能够设得足够远，那么最后我们就看不到太阳了。从恒星看太阳，太阳只不过是一颗普通的恒星；如果在距离太阳很近的地方看太阳，那它又成为太阳了。由于我们看太阳时，与太阳之间距离远近的变化，会使得太阳看上去是一颗星星或是星星看上去是太阳，就像距离的远近会使得火堆看上去是一个火花或者火花看上去是一个火堆一样。由此我们必然得出这样一个结论，即恒星都是可以与我们的太阳相媲美的太阳们，它们与太阳一样都是光和热的源头，体积同样都是巨大无比的。依靠理智我们可以猜测出恒星与太阳一样，都是行星和卫星组成的黑暗世界的中心，但我们的眼睛或许永远都不能看到这个世界。

↓7.根据恒星亮度的差别，天文学家们将它们分成不同的等级。最亮的恒星是一等星，那些光线稍微弱一点的恒星是二等星……如此一直排列下去。你们不要误解这一分类。它没有告诉我们任何关于恒星体积的信息，它告诉我们的仅仅是恒星显现出来的亮度。比如说，天狼星是一等星，北极星是二等星，这是否说明北极星的体积不如天狼星大呢？并没有，因为北极星的光比较弱也许是因为它距离我们要远一些。如果一颗恒星的大小和它光源的强度能够增加它的亮度，那么距离却削弱了它的亮度。因此很容易存在着这样的恒星，它被归为最后一等的星星，但实际上它比一等星还要亮，还要大。一颗我们的眼睛所能看到的最小的恒星点，也许是一颗比天狼星大很多的巨大星体。我们的眼睛刚刚能看到的位于天空深远处的发光的微粒，通常都是恒星。

前六等恒星指的是那些不用望远镜、仅用肉眼就能看到的星星。六等以下的恒星是指那些不用望远镜就看不到的星体。下面，我们列举的是在天空中看到的一等星的名字，从最亮的星星依次排列下去，每颗星星名字后面附带的是它所在星座的名字。

天狼星  大犬座

大角星  牧夫座

参宿七星  猎户座

五车二星  御夫座

织女星  天琴座

南河三星  小犬座

参宿四星  猎户座

毕宿五星  金牛座

心宿二星  天蝎座

河鼓二星（牛郎星）  天鹰座

角宿一星  室女座

北落师门星  南鱼座

北河三星  双子座

轩辕十四星  狮子座

在南半球的天空上，我们所见的最亮的星星包括：船底座的α星即老人星、半人马座的α星与β星、南十字座的α星与β星。一等星总共有20颗。

↓8.随着星等越来越低，星星数量增加得也越来越多。人们统计出：二等星有65颗，三等星有190颗，四等星425颗，五等星1100颗，六等星3200颗。因此，所有肉眼可见的星等星星的总数是5000颗。在我们地区，5000颗星星中，接近有1000颗星星从来没有在地平线上升起过，因此只有4000颗星星散布在我们的天空中。但是因为在某一特定时刻，我们只能看到我们头顶上方一半的天空，因此我们同时看到的星星只有2000颗。在晴朗的夜晚，能见度非常好的时候，我们最多也就看到3000颗星星。这实在太少了！我们最初总觉得天空中那些发亮的点似乎是无穷多的，但天空的广博超出了我们的预测。我们用望远镜来计数一下后面几等星星的总数。数字庞大，简直大大超出了我们的想象。人们发现，七等星有13000颗，八等星有40000颗，九等星有142000颗。我们可观察到的后面几等星的数目要以百万来计量。有一道乳白色的淡淡发光的带子，环绕在天空中，我们将它称为银河。赫歇尔统计出在银河里面有1800万颗恒星。在望远镜的放大之下，在这样一个不比月球圆盘大的天空一角，竟然是上万颗星星聚集的地方。人们粗略估测，从一等星到十四等星，总共有4300万颗星星，而且这个数字可能是有误差的。一般来说，我们的望远镜只能看到十四等的星星了，超过十四等的星星我们的望远镜就看不见了，但天空中的恒星是无穷无尽的，它们的数量不会止于此，因此随着我们使用更好的望远镜，探测天空更深远的地方，那么新的恒星区域就会出现，统计星星数量的工作是永无止境的。太阳们的宇宙悬挂在无穷无尽的天空中，就像最高权力者御座上的珠宝一样，那么何处才是你的边界呢？

↓9.从表面观察来看，恒星似乎彼此之间都保持在天空中的同一位置处。那么它们事实上也是不动的吗？不是这样，它们静止不动，这只是我们的错觉而已。在宇宙中，一切都在运动。太阳们与地球们一样，也在运动。如果我们看到恒星似乎是不动的，这是因为它们距离我们太遥远了，以至于我们根本就看不到它们在移动。实际上，恒星们是在运动的，它们顺着自身那神奇的轨道在天空中运行，它们所走过的路程在我们的时间与空间中是不能测量的。要测定这些神奇的轨道，我们需要运用现代天文学上极其精确的方法。比如，天鹅座的第61颗星，它每年都要移动一小段弧的长度，这段长度就相当于把一根绳子放到离我们眼前30米的远处、我们眼睛所看到的这根绳子的粗细那么多，即5秒的弧度。由于这颗恒星与我们的地球极为遥远，因此像这根绳子那么粗的一小段距离，就代表了非常大的一段距离，它对应的至少是160万亿千米那么长的距离。这就是天鹅座的第61颗星在一年中所走过的路程。为了让我们不要被这些庞大的数字搞得晕头转向，我们试着只去测量它在一个小时内所走过的路程。天鹅座的第61颗星每小时所移动的距离是257760千米；大角星每小时所移动的距离是307296千米；天狼星每小时所移动的距离是14.4万千米；五车二星每小时所移动的距离是150368千米。——地球在它的轨道上每小时所移动的距离是10.8万千米。我们不要再徒劳地去想象这种飞快的速度了。尽管天狼星、五车二星、大角星等等这些星星看上去似乎是不动的，但它们走得比地球还要快呢。这些原先我们认为是不动的星星，它们却拥有比我们想象的要快得多的速度。

因此，所有不同等级的恒星，它们都会发生位移，有的顺着这个方向，有的顺着其他方向。我们的恒星，太阳也不例外，在行星的陪伴下，它以每小时2.88万千米的速度向着武仙座飞去。我们还不知道是什么力量吸引着太阳向着这片天空区域靠近。或许它是围绕着一颗我们还不知道的恒星转动，这颗恒星的体积无比巨大，太阳只不过是它的一颗普通卫星。或许是这样的吧。由于恒星与我们地球有着无限远的距离，所以我们看不到恒星的移动，但它的移动至少已经延续了几个世纪。也许有一天，它们会混杂在一起，然后天空中的星群就会换了一个新的面貌。但人类的年表并不是恒星的年表，这种变化是非常缓慢的，或许在那个时候的地球上已经不存在人类，也就没有人能够看到这片崭新的天空了。