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图73 12月21日那天的地球
↓16.在图71中，地球要从它赤道上的A点到达对面的C点，然后再从C点回到A点，它要经过其轨道上的所有的点。我们刚刚考察了其中的几个点。地球上的明暗分界线逐渐地远离或是靠近两极，由此导致的结果是：地球上的每一个地区，其白天的长度与太阳光线的倾斜角度呈现有规律地增加或者减少。在图71中，每当9月22日时，地球到达B点。在这个位置时，地球上的赤道是垂直地接收到太阳光线的，因此明暗分界线恰好经过两极，此时对于整个地球来说，白天和夜晚的时间长度是相等的。每当3月20日，当地球到达其轨道上的D点时，也会发生同样的情形。我们将3月20日与9月22日分别称为春分与秋分。“分”这个字指的就是从地球的一极到另一极的所有地方，在这个时刻，白天与夜晚的长度都是相等的。我们将6月21日与12月21日这两个时间称为夏至与冬至。“至”这个字的意思就是指，太阳在这一时刻停止转动。也就是说，太阳从南方逐渐地往北方移动，向着天空顶点升去，直到它近乎垂直地照射到我们，这时正是6月21日，在这之后，太阳就不再继续向上升，又重新折返往南，直到12月21日，在这之后，它又不再往南了，又重新向我们这边移过来。太阳依次在两个半球升起与落下，这仅仅是由于地球转动和地轴的倾斜而造成的假象，对于这一点，我们没有必要再行说明。
↓17.地球在它的轨道上运行时，并不总是以同样的速度运行的。在冬天近日点时它运行得最快，而在夏天远日点时它运行得最慢。因此四季的长短也不相等：冬天是持续时间最短的季节，夏天是持续时间最长的季节。四季的准确时间长度如下：
春季 92.9天
夏季 93.6天
秋季 89.7天
冬季 89天
我们将上一组数据与下一组数据联系起来，下一组数据指出了在从赤道到两极之间的各个纬度上，持续时间最长的白天有多少个小时。
我们用24小时减去白天的时间长度，就能获得相应的夜晚的时间长度。从极圈开始，太阳至少有24个小时连续地位于地平线以上，由此我们就获得了地球各地最长白天的时间长度，如下所示：
这些数字可以同时适用于两个半球，在夏至时适用于北半球，在冬至时适用于南半球。当季节颠倒过来之后，上述同样的表格指的是地球上各地最长夜晚的时间长度。
↓18.根据太阳传递给
地球热量的分布情形，我们可以将地球的表面划分为五个区域，我们称之为五带。第一个区域称为热带，赤道正好经过它的中央，北到北回归线，南至南回归线，在热带正午时，太阳总是几乎位于天空的最高处，它的光线垂直到达地面，使得温度非常高，这是南北回归线之间的国家的一个特征。另一方面，在赤道附近，白天和夜晚的时间长度在一年中都保持着均等，都是12个小时。在热带的其他区域，白天和夜晚的时间长度也相差不大，夜晚的寒冷正好被白天的炎热所抵消，因此在热带区域，一年四季的温度变化不大。在热带区域的两侧，一个在北半球，一个在南半球，有两个地带，我们将它们称为温带，它们的一条界线是回归线，回归线将它们与热带分离开，另一条界线是极圈，极圈将它们与寒带分离开。住在温带的居民从来没有在头顶上空垂直照射的太阳，一年四季中，太阳的光线都是倾斜地照射到这里的地面上的，但是在冬天比在夏天时太阳的光线倾斜得更厉害些。因此这里的温度要比热带的低。在两个极圈之外，直到相对应的极之间，还有最后两个地带，即寒带。在寒带，太阳光线的倾斜度以及白天夜晚长度的不均等，都比其他地带相差得更大。在夏天时，这里的温度只升高一点点；而在冬天时，这里却异常寒冷。
↓19.我们已经知道，地球的轴总是一
成不变地与自身保持平行。但这并不是完全准确的。由于地球并不是一个完美的球形，因此地轴会非常缓慢地呈圆锥形旋转。陀螺游戏为我们提供了一个地轴旋转的日常情景，我们通过合适的方式将陀螺投掷出去，它就会在地面上旋转起来，并沿着一定的轨道转动。陀螺的这种转动让我们想起了地球绕太阳的转动。当陀螺绕着它的尖端旋转时，这种情形就类似于地球绕着它自己的轴转动一样。到了最后，尤其是当它快要停下来时，它就不再是垂直地转动了，而是歪倒着倾斜地转动，这时候它就会不断地摇晃，它顶部的那端就会画出或大或小的圆圈来，如图74所示，地球也是被推动着绕着它的中心作着一个锥形的旋转，它轴上的两个端点，如果我们在想象中将它们延长，那么它们也会在太空中沿着一个圈转动。但是地轴的这种摇摆是多么的缓慢啊！地轴要绕完一圈，地球就要花上26000年的时间！因此我们就明白了，尽管地轴是摇摆运动的，但是我们还是可以将它看作是在一年四季里都与自身平行的，这并不会带来什么明显的谬误。但是如果我们把几个世纪以来这种不可察觉的变化累加起来，我们也会对通过天极的变动所表现出来的地球的晃动感到惊讶。我们已经将靠近地轴延长线的那颗星称为北极星，在今天，它位于小熊星座尾巴的末端。随着地轴在26000年时画出一个圆圈来，地轴就会在天空中的其他位置遇到别的星星，那么这时的北极星就不是现在这颗北极星了。我们把年代追溯到埃及人建造金字塔的时期，那时候的北极星是天龙座的α星，从那时起，地轴逐渐地远离开这颗星，最终来到了小熊星座的面前。在往后的两个半世纪多的时间里，地球会逐渐地向着现在的这颗北极星靠近，直到与它相距只有0.5度，然后它就会逐渐地远离现在的这颗北极星，而慢慢地移动到天空中的其他区域中去。12000年之后，夏夜星空中的最美丽的星星会成为北极星，它就是天琴座的织女星。
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图74
第十七讲 历法
↓1.月亮、埃及的游移年极其麻烦。
↓2.天狼星周期、儒略修正、找到闰年的方法。
↓3.混杂年、不完整的二月份。历法、闰这个词的词源、计算错误以及作为祭品的鸡。
↓4.格里修正、确定世纪中闰年的方法、俄罗斯与希腊的历法。
↓5.月份。
↓6.一些严重的不合理之处、手上的历法。
↓7.一星期中七天的名称以及迷信的恶习。
↓8.复活节的确定。
↓9.一年中的第一天、罗马建国纪元、基督纪元、伊斯兰教纪元。
↓1.Almanach这个词来自于东方，它的意思是月亮。在一开始，人们是根据朔望月来推算时间的，由于月球相位变化明显，并且它在相近周期内可以规律性地做周而复始的运动，因此月球必然地成了划分时间的第一个基准。原初的月亮历法还有一件事情值得我们去探究：月份。月份的长度几乎与一个朔望月的时间相等，但并不是月球使我们地球上具有白天和四季的，人们也不是根据月球来确定时间去播种、收获以及采摘葡萄的。反而根据太阳的运行而建立起来的历法，其优点早就被人们所知。据说埃及人是第一个成功运用这种方法的，但可能由于认识不够充分的缘故，他们错误地认为一年中的天数是固定的365天，实际上，地球要沿着它的整个轨道转上一圈，需要365天5小时48分钟50秒，这一数值取的是一个平均天数，因此古埃及的一年要比实际上的一年少四分之一天。从长期来看，这种不一致性会产生非常严重的后果。我们拿一年中的一个非常有代表性的时间来作为起点来进行讨论，比如说春分，我们一开始假定某年的春分是在3月21日，由于古埃及的一年要比实际上的一年要少四分之一天，那么四年之后，当埃及人的月球历表上又显示到了3月21日时，实际上地球还没有到达它轨道上的春分时刻。地球是在第二天，也即3月22日时到达春分时刻的；八年之后，地球是在3月23
..日到达春分时刻；12年之后，这个时刻是3月24日；16年之后，是3月25日。由此，每隔四年的实际春天的开端则都比历表的晚上一天。年复一年，这种延迟不断累积起来，我们可以看到以后的春天会逐渐地在三月、四月、五月、六月才开始。四个季度就跟一年中的12个月份不相符合了，会依次经过一年中的12个月份。那么，就会有这样的时期，在七月份与八月份的时候会是寒冷的冬天，而在12月份与一月份的时候会是炎热的夏天。到了收获粮食的季节，人们却不知道要收获粮食；到了采摘葡萄的季节，人们却不知道要采摘葡萄。之所以产生这种不一致，是因为历表上的时间与实际时间不相符合。当历表上显示天气寒冷、不应该进行农业耕作时，实际的天气却是适宜种植并且很温暖。我们将古埃及人这种只有365天的年叫做游移年，因为它使得季节从一个月份游移到另一个月份。在经过365的四倍或说经过了1460个游移年之后，历表上的每一天都经过了四季中的所有季节，这时，历表上的时间计算又与地球的运行重新变得一致了，但从这个时间起，又开始重复着同样的错乱。古人将这1460个游移年的这个周期称为天狼星周期。
↓2.古埃及人由于无知与迷信，把历法弄得跟实际情况相差很大，以致罗马人在春天的时候庆祝起秋天的节日，在冬天时却庆祝起收获的节日来。直到公元前半世纪时，儒略?恺撒才让这种不一致性得以结束。他把真正的一年时间即365.25天确立为一年，不过，这个四分之一天却是个棘手的问题。我们是否应该将它添加进历法中的年即民用历法的年中去呢？如果历法上的某一年它开始于一月一日的零时，那么在第二年，它就会开始于早晨六点；在第三年，它就会开始于正午；到第四年，它就会开始于傍晚六点；在第五年，由于走过了一个周期，它就会重新开始于原初的午夜零时了。由于恺撒具有正确的判断力，所以他不容许每年时间起点出现这种变化。因此，他把一年的天数确定为一个整数，即365天，只是他规定每隔四年就要加上一天，来弥补所丢失的时间，使得历法时间与太阳一致。我们将此称为儒略修正，这是根据它的创立者儒略的名字来命名的。
根据
儒略修正，会接连出现三个365天的平年，接下来的一年中有366天，这年称为闰年；接下来，又会重新开始一个新的周期，它也是由三个365天的平年与一个366天的闰年组成的……如此这般，一直循环下去。我们知道，在每四个连续的年代数中，有三个数字是不能被四整除的，其中只有一个才能被四整除。根据这个非常简单的规律，我们就可以知道有哪些年可以被四整除，那该年就是闰年，它有366天。如果一年的年份数能够被四整除，或者如果它的后两位数所构成的数字能够被四整除，那么该年就是闰年，如果不是这样的话，它就不是闰年。因此，1868年、1872年、1880年等等这些年份，都是闰年；而1866年、1867年、1869年、1870年等等这些年份，都是平年。根据这一规则，世纪年份如1800年、1900年、2000年等等年份，也都有366天，因为它们的年份数能够被四整除，但我们很快就会知道，在儒略修订之后，有些世纪年并不是闰年。
↓3.在儒略?恺撒制订自己的历法时，他既考虑到了过去历法的错误，也考虑到了将来历法可能会有的错误，为了修正这种已经存在的历法上的不一致，他规定：在他施行改革的这一年应该有14个月bbr>，总共是445天。这一年异常的漫长，他应该把过去所有漏计的时间都补起来了，让时间回到它真正的位置上，这一年被称为混杂年。这一年是罗马帝国建国708年，即公元前46年。最后，为了避免将来出现错误，恺撒创立了每四年插入一天的办法。罗马人在他们的历法中规定出一个不完整的不幸月份，它是12个月份中最短的那个月，即二月。他们规定二月份只有固定的28天。儒略?恺撒可以大刀阔斧地将混杂年延长了两个月，以此来重新确立历法的秩序，但他却不敢触犯人们的偏见，改变以前二月份只有28天的这个规定，因为似乎这样做就是在亵渎神明。但是，他还是在规定，在闰年的时候，把多出来的那一天加到二月份。因此，每过四年这个不祥的月份就会多出一天来，变成29天；但在平年中仍是传统上的28天。这是一种非常奇怪的组合。
罗马人将每个月的开始那一天称为朔日（des），正是通过这个词，我们获得了历法（drier）这个词。但是他们用下个月的朔日作为基准日来称呼上个月的月末那几天。比如说，他们将二月份的最后几天>?称为三月朔日前的第六天、第五天、第四天，等等。当然，因为在闰年的时候，二月份延长了一天，这并没有违背古人蛮横地要求二月份一定要是28天的这样一个传统，于是人们规定三月份的朔日前的第六天有两天，因此，就有朔日前的第一个六天跟朔日前的第二个六天之分别。在作了这样一种叠加之后，二月份又跟以前一样只有28天了，它还是跟以往的传统一样，在第28天结束。正是根据罗马人语言中的bissextus（两个六）这样一种表达，我们获得了一个词bissextile（闰），用它来指称有366天的那些年份。在今天，虽然二月份还是像古代那样不完整，但我们至少可以承认在闰年时添加进的那一天是属于二月份的。这是因为，在连续三年中，二月份都只有28天，但到第四年的时候，它就会有29天了。但是bissextile（闰）这个词，还是让我们时常想起，在那时迷信的人们是多么置常识于不顾啊！
罗马的教皇们继承了恺撒的历法改革，但是他们犯了一个极端的错误，使得每三年中就有一个闰年。这些举足轻重的人，他们根据乌鸦的飞行以及作为祭品的鸡的食欲来占卜帝国的命运，在他们看到倘若二月份有29天那么帝国就会遭遇到巨大困难的征兆之后，他们不知道四分之一要重复四次才能得到一，于是出现了这种错误。这一错误持续了36年之久。直到奥古斯都通过消除这些错误的闰年，才使历法恢复正常。
↓4.儒略?恺撒所采用的一年的时间长度稍有些长了。地球要重新回到它轨道上的回一点，并不需要365天6个小时，而是只需要365天5个小时48分钟50秒。这一大约只有11分钟的差距，在128年的时间里，就会使得历法比实际的日期要少一天。当儒略历上的第128年结束之时，实际上真正的第129年的第一天已经过去了。教皇格里高利八世根据时间的估算来重新建立了历法的次序，这是他的贡献。教皇颁布的旨谕纠正了恺撒的历法上缺陷的地方，在这个旨谕被颁布时，已经有十天不一致了。由于恺撒规定的一年时间太长，所以在合适的期限内，时间并不会走快，这样，格里高利八世规定：将1582年10月5日称为10月15日，并且以十天的这个增量，一直计算到年末。然后，为了避免以后由于366天的年份数重复出现太过频繁而造成的这种不一致性，他颁布法令规定，在儒略历的所有世纪年中，每四个世纪年只许出现一个闰年，这也就是说，在旧制的儒略历中，每400年就要去掉三天。如何去掉这三天，人们是按照如下的方法来操作的：首先，去掉世纪年的末尾两个零；接着，把剩下来的这个数除以四，如果这个数是可以被数整除的，那么这一年就有366天，否则就只有365天。因此，1600年是闰年，1700年、1800年以及1900年就都不是闰年，2000年则是闰年。至于那些不是世纪年的年份，那么它们的闰年规则与儒略历是一样的。当它们的年份数能够被四整除时，它们就是闰年；否则它们就不是闰年。严格说来，格里高利改革并没有使民用年与实际年相一致，因为这太复杂了，但是他的历法已经很接近实际了，在一万年中只需要修正两三天就可以了。因此我们可以说格里高利制定的历法是一部杰出的历法，很长时间都不需要修正。
格里历在所有的基督教国家中都通用，除了希腊与俄罗斯之外，这两个国家一直沿用有错误的儒略历。到今天，这两种时间计算方式之间的差距是10天，比如说，当我们处于5月20日时，俄罗斯和希腊还是5月8日。在它们跟其他欧洲国家交往时，它们会写上两个历法时间，就像这样的格式：5月8/20日，这个格式的日期指的是儒略历的5月8日、格里历的5月20日。
↓5.一年分成十二个时间段，或说是十二个月份。这些月份看上去似乎是由朔望月的大致周期而来的，这些月份的时间长短之不等，以及它们有时会蜕变成没有意义的那些奇怪名称，都来自于古罗马人的旧俗。
一月份（Janvier）是这十二个月份的开端，它的名称来自于杰纳斯（Janus），这是一位生有两张面孔的神，他主宰这个月份，他的一张面孔看着逝去的年份，而另一张面孔则看着新年。
二月份（Février）据说来自于菲布若（Februo）或菲布若利亚（Februalia），他是死亡之神。赎罪节就是在这个月举行的。我们已经知道，正是由于这个二月份，每隔四年就要增加一天，以使我们的历法与太阳相一致。
三月份（Mars）会使我们想起罗马帝国的创立者，他把一部粗糙的历法给了他那个强盗团伙，这部历法规定了一年是304天，它们分成10个月。三月份是献给战神马尔斯（Mars）的，罗马帝国的创立者罗穆卢斯（Romulus）是战神马尔斯（Mars）的儿子。在接近3月20日或3月21日时，地球转到了这样一个位置，这时太阳光线直射赤道，这就是春分时刻。此时，天文学上的冬天结束了，而春天开始了。
四月份（Avril）似乎来自于一个拉丁动词aperire，它的意思是展开、打开。这是因为，地球在这个月份展开，以使新生的植物萌芽生长，使它们破土而出、生长在空气中。
五月份（Mai）仍然来自于神话传说，这个月份奉献给玛亚（Maia），她是商业之神墨丘利（Mercure）的母亲。
六月份（Juin）似乎是从另外一个神朱诺（Juno）的名字演变而来，这个月的21日是夏至，这时太阳的光线垂直照射到我们地球上的北回归线上，于是春天结束，夏天开始。
七月份（Juillet）的词的来源我们知道得更准确一些。古罗马执政官马克?安东尼为了纪念儒略?恺撒对古罗马历法所实行的可喜的变革，颁布旨谕，将一年中的一个月命名为Julius（儒略），因此
，这个月份的名称是根据历法改革者的名字来命名的。
八月份这个词来自于拉丁词Augustus，这个拉丁词是罗马皇帝奥古斯都的名字，是他修正了教皇们所犯的关于闰年的严重错误。
奥古斯都的继任者们梯伯尔、克洛德、内弘、多米第安，作了一些无谓的尝试，他们企图将他们自己那些无足轻重的名字放进历法中去。另外还有四个月份我们还没有讲到。在古罗马的罗穆卢斯时代，这余下的四个月份的名称分别是Septembre、Octobre、Novembre、Décembre，它们的意思分别是第七、第八、第九、第十。在古罗马的罗穆卢斯历法中，这些名称是合理的，这是因为这部历法中的一年只有十个月。但是在恺撒的儒略历里，也就是后来我们所用的历法中，这些名称就不合理了。为了将Décembre或是第十仍然作为一个月份的名称（而实际上它真正所处的位置是第十二个月份），当权者用了几个世纪的时间，才使得这个荒唐的用法得到认可。最后我们再回忆一下，在9月22日那天，地球的赤道正处于太阳光线的直射之下。这个时刻正是秋分，在这个时候，夏天结束了，秋天随之而来。在12月21日时，太阳光线直射在南回归线上，这个时刻正是冬至，在这个时候，秋天结束了，而冬天开始了。
↓6.月份之间的时间不等有时会令人感到为难。根据年代的不同，有的月份是31天，有的月份是30天；二月份是28天，有时候会是29天。那么，如何知道其中的哪些月份是31天而哪些月份是30天呢？一部刻在我们手上的天然的历法就可以非常简单地告诉我们如何去区分。我们将左手握成拳状，除了拇指之外的其他四根手指，每根手指都会露出一个凸起的关节，它们彼此之间都被一个凹陷部位隔着。接下来，我们将右手的食指依次放在左手上的这些凸起处与凹陷处，从靠近拇指的食指关节开始数数，同时按顺序说出一年中的12个月份：一月份、二月份、三月份……当数完左手的所有手指后，再从左手食指关节开始从头数起，这次数的依次是八月份、九月份……根据这种列举方法，所有那些落在手指关节凸起部位的月份都是31天，而所有那些落在凹陷部位的月份都是30天。当然二月份除外，它落在左手手指的第一个凹陷处。在闰年的时候，二月份有29天；而在平年时，二月份有28天。
↓7.每个月份又可分成星期。在平年时，每年有52个星期零一天。由于历法的久远性，到今天它们还保留了人类的一些记忆，尽管并不是很详细。一星期中每一天的命名，大部分都烙上了迷信恶习的印记。实际上，异教徒们将一星期中的每一天都奉献给了一位要加以崇拜的神圣偶像，而这些偶像是分别与不同的星体同名的。我们法国人继承了这种用法，即以星体的名字来命名一星期中的七天。因此，星期一（Lundi）指的是月亮日；星期二（Mardi）指的是火星日；星期三（Mercredi）指的是水星日；星期四（Jeudi）指的是木星日；星期五（Vendredi）指的是金星日；星期六（Samedi）指的是土星日；只有星期天（Dimanche）是由我们来命名的，它指的是主的日子，不过由于这个名称来自于基督教，因此异教徒们把它命名为太阳日。
↓8.我们宗教上的节日是根据历法来确定的。其中一些是固定的，另一些则是变化的。前者都是在固定的日子来庆祝的，比如说圣诞节，它是每年的12月25日；而后者每一年的庆祝日子都不一样，这取决于地球与太阳的运动，其中最著名的就是复活节，它规定了其他变化节日的日期。复活节接近于春分日与该月的月圆日，教堂只要根据天文学上的这两个日期，就可以正确地推断出复活节的日期：在春分之后会出现第一个月圆日，复活节就是该月圆日之后的第一个星期日。这里面包括很多条件：春分、月圆日、星期日。要使得这些所有条件都得到满足，复活节的日期就在一个较宽的期限内变动，于是复活节可能会是从3月22日一直到4月25日之间的任意一个日子，从3月22日到4月25日，倘若包括这两头的话，一共有35天。因此，年复一年，复活节庆祝可以在这35个不同的日期中进行。
一旦确定了复活节的日期，那么其他变化的节日的日期，比如耶稣升天节与圣灵降临节等等节日的日子就可以确定了，因为耶稣升天节是在复活节之后的第40天，而圣灵降临节是在复活节之后的第50天。那么很明显，由于这些节日与复活节所间隔的天数是固定不变的，因此这些节日也会在35天的期限内不断变化着。
↓9.我们应该将天文学上的一个特殊日子作为一年的自然起点，比如春分日或冬至日。但是习俗却不是这样的，因为它从来都不遵从理性。于是，我们的每年都是从一月一日开始的，并且，将一月一日作为每年的开端，这种做法很久前就开始了。几个世纪前，查理九世颁布法令，规定法国在1563年开始实行这一规定。而在查理曼大帝的时代，每一年还是从圣诞节开始的。不过，在十二世纪和十三世纪时，一年中的第一天是从圣诞节开始的。
我们将一个年代的起点也即以之开始纪年的年代称为纪元。在罗马人的纪年中，他们是从建立帝国的时期开始纪年的，这大约是在公元前753年。因此，我们将自己所处的公元年份加上753，那就可以知道罗马帝国创立的年代距今天有多少年了。所有基督教国家都是以耶稣基督诞生的那一年作为纪年元年的，人们将该年称为耶稣基督元年。伊斯兰教的元年称为伊斯兰教历纪元（Hégire），该年是耶稣基督纪年的第622年。Hégire这个词的意思是飞，它指的是穆罕默德从麦加飞到麦地那。伊斯兰教的历法是月亮历法，每个月中的天数从29天到30天不等，除非经过非常复杂的计算，否则很难将我们的年份转化成伊斯兰教历法中的年份。
第十八讲 太阳系
↓1.行星与卫星、行星的词源、恒星。
↓2.行星的运行。
↓3.行星的距离、每小时可以拉我们行驶10.8万千米的马车、几何学上最长的基底线。
↓4.波德定律。
↓5.行星的体积。
↓6.太阳对其行星群的主宰。
↓7.对太阳系的想象。
↓8.磨盘与芝麻、如何称量一颗带着卫星的行星、全部行星的质量之和与太阳的质量相比较。
↓9.行星的密度、漂浮在水上的行星物质。
↓10.行星上的年与日。
↓1.各种与我们地球相类似的星球，由于受到太阳巨大引力的作用，它们与地球一起，在各自的轨道上周而复始地转动。其中，有的体积大一些，有的体积小一些；有的离得近一些，有的离得远一些。所有这些星球都是不发光的，就像地球一样，它们是从太阳那里接收各自的光和热，我们将这些星球称为行星。当这些附属的星球依次绕着主宰它们的那颗星球转动时，而另外藏书网一些更不重要的星球则绕着附属星球中的一些星球转动，就像月球绕着地球转动那样，我们将这些不太重要的星球称为卫星。太阳和它的行星以及卫星就构成了我们所说的太阳系。
行星这个词的意思就是指移动的星体。实际上，星体之间的相对位置是保持不变的，就像它们是被牢固地镶嵌在天穹上一样，行星们由于它们是绕着太阳作环形运动的，所以它们在天空中的位置是游移不定的。从我们的观察点看来，它们每天都会经过星空中的不同区域。在今天，这颗星星可能位于这片星团，在明天，它就会被自身的运动带到另外一个星团。因此，只要看一下它在这些星星中间的位置是否有移动，我们就可以以辨认出来它是否为一颗行星。如果不移动的话，那么它就是一颗恒星。
卫星是指一颗星星绕着另一颗星星转动的附属运动。它的意思是守卫者或侍者，也就是说，卫星星球是它所围绕着转动的那颗星的侍者。卫星将太阳的光线反射给它所围绕着转动的星球，而这颗星球又将太阳光线反射给卫星。我们将地球称为行星，将月球称为卫星，因此我们就确定了行星与卫星的定义。
↓2.在今天，天文学家们所辨认出来的行星的数目已经超过90颗，下面就是它们的名称，我们是按照它们与太阳的距离由近到远排列出来的。
水星
金星
地球
火星
一些小行星
木星
土星
天王星
海王星
每颗行星都像地球一样，绕着主宰星划出各自的椭圆形轨道，这些椭圆都接近于圆。所有的椭圆形轨道都有一个共同的焦点，即太阳，但是每颗行星的另外一个焦点都不一样，就像它们各自椭圆形轨道的大小也各不相同一样。因此不同的行星轨道从来不会混淆，也不会相互交叉。此外，这些轨道是朝向各个方向的，我们并没有发现它们中的哪一些高，哪一些低，哪一些向左倾斜，哪一些向右倾斜。这是因为，它们几乎都处于同一个平面上，就仿佛在一张纸上画了很多同心圆一样。它们这个共同的平面几乎就是太阳赤道的延长面，行星绕着太阳转动的方向都是相同的。我在前文中已经跟你们讲过，一个位于太阳轴上的观察者，他的头向着太阳上面的一极，那么他会看到太阳从右向左转动，行星也是沿着这个方向绕着太阳转动的，而卫星也是沿着这个方向绕着各自的行星转动的。
↓3.关于行星，第一个要解决的问题就是它们之间的距离。在这里，出现了一个困难，它与我们在测量太阳与地球之间的遥远距离时遇到的困难一样。地球太小了，所以不能作为进行这样测量的必要基底线。天文学家们通过一种非常恰当的方式转换了这一困难。为了求得一个我们不可到达的距离，应该怎么去做呢？要有一个适当长度的基底线以及两个角。但是在地球上，我们找不到一根足够长度的基底线，即便两极之间的距离也是不够长的。正因为如此，我们就得用上这辆以每小时
10.8万千米速度运行的马车，也就是得用地球的运行速度与路程来测量。在这个时刻，我们位于空间中的这个位置，过了一小时、两小时、三小时之后，我们就会被带到离此地有10.8万千米的一倍、两倍、三倍距离的位置处。这是一根最好的基底线，它增长的幅度是非常大的。我们不用离开我们的工作间就可以走过这样一段距离。在今天，天文学家从他在地球上的观测点上观测他所要研究的那颗行星，获得了第一个角；第二天，他在同样的时间再作一次观测，获得了第二个角。至于这个三角形的底，它的长度是10.8万千米的24倍，正是地球走过了这段距离，并且测量出了这段距离。尽管基底线的长度等于地球最大尺度的200倍，但这样长的一段距离可能还是不够的，如果这段距离不够的话，还需要再等上多少天呢？在等待了六个月之后，天文学家会来到地球绕日公转轨道直径的一个端点上再进行一次观测，而他的另一次观测是在另一个端点上进行的。因此，这根基底线的长度就是我们地球到太阳距离的两倍，即3.04亿千米。当几何学要测量天体时，就会以这段非常长的距离作为基底线来构造三角形。但对于这些行星而言，这样的长度并不是必须的。要使得地球走过的距离可以与地球和行星之间的距离相比，几天的时间间隔就足够了。
↓4.正是根据我刚刚向你们介绍的这种方法，尽管介绍得并不是很具体，但总体的框架已经介绍清楚了。天文学家测量出了不同的行星与地球到太阳之间的距离。我们不必花费力气努力去记忆这些所获得的数据，通过一种非常简单的记忆方法，我们就能记住行星距离的数字系列。在纸上写下0，然后再写下3，然后再写下3的2倍……即依次将每次所得的结果乘以2，我们得到如下的数列：
0 3 6 12 24 48 96 192 384
然后我们再把该数列中的每一项数字都加上4，从而得到如下的数列：
4 7 10 16 28 52 100 196
最后，按照上文所说的与太阳的距离由近到远的次序，我们将这些数字写在这些行星的后面：
水星 4
金星 7
地球 10
火星 16
一些小行星 28
木星 52
土星 100
天王星 196
海王星 388
这张图表告诉我们，倘若地球与太阳之间的距离以10来表示的话，那么金星和太阳之间的距离则是7，火星和太阳之间的距离则是16，土星和太阳之间的距离则是100。如果我们想要把这些相对数字转化成以千米来表示的数字，那么我们只要想一想地球到太阳之间的距离是1.52亿千米，根据这一数值，比如说木星和太阳之间的距离就是1.52亿千米的十分之一的52倍，或者是521520万千米，即7.904亿千米。
这种记忆方法称为波德定律。定律这个词在这儿并不合适，因为它似乎指的是一种数字比例，通过它能够实际地计算出行星的距离，然而它只不过是一种为了减轻记忆的负担而发明的巧妙组合。在运用这一所谓的定律时，我们不要忘记，它给我们提供的仅仅是一些大约的数值，不过这些大约的数值对我们而言已经足够了。比如说，根据波德定律，木星到太阳的距离是7.904亿千米，而它的真正距离是7.948656亿千米。我们还需要记住，小行星群所对应的数值是28，这是一个平均数值，是小行星们到太阳距离的平均数，这个小行星群是由80多颗小行星组成的。最后，我们还应该知道，最后一项数字是错误的。假如地球与太阳之间的距离是10，海王星到太阳的距离则不是388，而只有300。
↓5.现在我们花费上一点时间来研究一番最后一个距离。海王星位于太阳系的边缘上，它是被太阳照射的距离最远的一颗行星。在它那广阔的轨道中，囊括了所有其他行星的轨道。要测量它的距离，我们需要地球与太阳之间的距离即1.52亿千米的30倍那么长的距离，难道这就是宇宙的最边界吗？不是。因为在这之外，宇宙的边界还会更远。像海王星的这么点距离，若与宇宙的边界距离相比，几乎不值一提。在宇宙中还存在着其他无数的、光芒四射的恒星团，还有其他无数个像太阳系那样的行星系统的中心，它们全都是恒星。海王星的轨道只不过占据着天空中的一个小小的角落、一个点而已。无论我们的想象力多么丰富，我们都不能够想象出这么一个巨大的空间来。古代一位著名的诗人赫西俄德，他想要赋予他所构想的宇宙一个高度的观念，他认为下面的这个想象是最好的了：假如有一个巨大的铁砧从天穹顶的高处落下来，那么需要十天的时间它才能落到地球上。与科学所揭示出来的天空相比，这个诗人的天空是多么狭小啊！我们可以自问，赫西俄德的铁砧要从海王星上掉到太阳上那得需要多长时间呢？通过计算我们就可以知道，这需要三十年。我们比较一下这两种坠落，不要忘了我们地球只偏安于广阔宇宙的一个小角上。
↓6.根据行星的距离和它们的视直径，运用我对你们讲过的方法，我们很容易就能推算出它们的体积。下面就是以地球的体积作为单位的各行星的体积：
| 水星 | 1/17 |
| 金星 | 1 |
| 地球 | 1 |
| 火星 | 1/7 |
| （最大的）那些小行星 | 1/2000 |
| 木星 | 1414 |
| 土星 | 734 |
| 天王星 | 82 |
| 海王星 | 110 |
你们可以看到，这些与地球一起绕着太阳转动的行星们，它们以地球为单位所得到的相对体积之间相差很大。这里面最小的行星，它小到需要两千个这样的行星才能抵得上一个地球的大小，这些就是小行星们。水星也很小。如果地球是中空的话，那么得17个水星才能把它填满。然后就是火星，它的体积是水星的两到三倍。再就是金星，它与地球差不多大。到现在我们说到的这些行星中，地球的体积是最大的。但接下来我们就讲到行星家族中那些大的成员了，尤其是其中的木星，它的体积是将1414个地球环抱在一起那么大。木星和地球的体积差距，就像一个小樱桃与一个大橘子之间的差距那么大。
可怜的地球在天王星、海王星、土星和木星这些巨大的星体面前，微小得似乎都看不到了。当我们想到这些时，不禁要自问，太阳只是这些星球轨道上一个焦点，它凭借着引力，如何控制着这些星球，使它们在不变的轨道上运转呢？难道将所有行星的力量加起来都不能超过太阳吗？难道凭借整个行星队列的力量都不能与太阳的能量相抗衡吗？通过一个简单的运算，我们就可以得到答案。我们将前表中的所有数字都加起来。即使再加上表中没有列举出来的卫星们，那么加起来的数字也不到2400，因此，我们以地球作为单位体积，所有的行星和卫星加起来的体积之和都不到2400，而太阳，你们一定还记得，它的体积是地球体积的140万倍。因此太阳一个的体积就比整个行星家族的体积之和大600倍左右。这个体积可以容纳太阳所有的行星和卫星队列，而且不止一个，它可以
９9ｌｉｂ.容纳600个。在这个星系里太阳就是主宰者，没有什么比这更确定无疑了。无论土星还是木星，从来都不能摆脱它的控制。
↓7.为了让我们更容易地构想出整个的太阳系、更好地了解星体之间的距离和体积关系，我们可以在想象中做如下一个实验。在一个非常平整的巨大平面中间，我们放置一个1.12米高的球。这个球几乎与一个磨盘那么大，我们用它来代表太阳。至于水星，我们就在离这个大球48米远处的平地上放一粒很小的芝麻来代表它。金星和地球，我们就用两个中等大小的樱桃来代表，我们将代表金星的樱桃放在距离大球84米的位置上，将代表地球的樱桃放在离大球120米距离远处。然后，用一粒小豌豆来代表战争之神——火星就足够了，我们将它放在中央球的192米距离处。小行星群用一小撮细细的沙子来代表，我们将它们撒在平均半径为336米的圆圈的周围。体积庞大的木星用一个大橘子来代表，我们把它放在离大球624米远的地方。土星用一只普通大小的橘子来代表，放在离大球1200米远的地方。天王星用一个杏来代表，放在离大球2352米远的地方。海王星放在离大球3600米远的地方，用一颗大桃来表示。在地球、火星、木星、土星、天王星以及海王星的旁边，放上一个或几个铅粒来代表这些行星的卫星。接下来请你们想象一下，在不等的时间内，所有的这些行星都围绕着中间这个巨大的球转动而形成了一个个圆圈。通过以上的想象，你们就会对太阳系有一个直观的了解。现在，不用我再多说，你们就会明白，在主宰所有行星的太阳面前，这些桃子、橘子、樱桃、芝麻是多么渺小了。
↓8.我们在前文中曾用过一种方法来测量太阳的重量，现在我们也用它来测量那些由卫星绕着转动的行星的重量。根据卫星的运动，我们可以计算出它在一秒钟内向着所在行星下落的距离，就像我们在讲到月球的下落时所说的那样。然后我们将所获得的结果与地球上的物体普通下落作一比较。如果在相等的距离内，行星落向它的卫星的速度，比受地球吸引的物体落向地球的速度快两倍、三倍，那么，这就说明，行星的质量比地球的质量大两倍、 4e09." >三倍。即使没有卫星，我们也可以测量出行星的重量。但这一操作非常困难。因此，在这里我们没办法对之进行研究。下面的数据就是以地球作为单位质量所计算出来的行星的质量。.99lｉb.
| 水星 | 1/13 |
| 金星 | 9/10 |
| 地球 | 1 |
| 火星 | 1/8 |
| 木星 | 338 |
| 土星 | 101 |
| 天王星 | 15 |
| 海王星 | 21 |
至于位于火星与木星之间的那些小行星，尽管我们还不知道它们的确切数目，但我们知道它们的质量是非常小的。
太阳不仅在体积上超过了所有的行星与卫星，而且在质量上也大大地超过它们。如果我们实际地将上面的数字累加起来，所得到的总质量不会超过500，即使将卫星也考虑进去的话。但在另一方面，我们在前文中已经知道，太阳的质量相当于354936个地球的质量那么大。因此，如果我们可以将它们放在天平秤的秤盘中来称量的话，那么为了使得天平秤的两端平衡，我们就必须在另一个秤盘中放入所有行星质量的700倍质量。
↓9.将行星们的体积与它们的质量作一比较，则会得出一些奇怪的结果。比如木星，它的体积比地球大1414倍，但它的质量却只比地球重338倍；水星的体积是地球的17分之一，但是质量却是地球的13分之一。因此，构成木星的物质要比地球上同样体积大小的物质来得轻；而构成水星的物质要比地球上同样体积大小的物质来得重。我们通过下面的方法就很容易知道为什么会有这样的不同。就像我们在第三讲中对地球所做的实验一样，我们假设，构成每一个星球的物质都是完全混合在一起的。然后我们取一升的这种混合物，来测量一下它的质量——假设其为同质的一升物质的质量——由此我们得到下面这组数据。
| 水星 | 6.76千克 |
| 金星 | 5.02千克 |
| 地球 | 5.44千克 |
| 火星 | 5.15千克 |
| 木星 | 1.29千克 |
| 土星 | 0.75千克 |
| 天王星 | 0.98千克 |
| 海王星 | 1.21千克 |
火星、地球与金星的密度几乎相同，而水星的密度要大一些，其他的行星密度则小一些。土星和天王星的密度都不如水的密度大，因此它们的物质就会像松木球一样可以漂浮在水面上。
↓10.每个行星要完成绕太阳一周的运行，所需要花费的时间是不一样的。行星与太阳的距离越远，那么它的周期就会越长，这个周期就是行星上的一年。以我们地球上的日与年作为基准来比较，由此我们获得了不同行星的年的时间长度，如下表所示：
| 水星 | 88天 |
| 金星 | 225天 |
| 地球 | 1年 |
| 火星 | 2年 |
| 小行星（平均） | 5年 |
| 木星 | 12年 |
| 土星 | 29年 |
| 天王星 | 84年 |
| 海王星 | 165年 |
为了简便起见，我们将这些数字都化成整数来表示，而没有标出它们的确切时间。这些数字向我们说明了：每颗行星要绕太阳一周，所花费的时间也就是它们的一年时间，是多么的不同。水星绕太阳一周，需要88天，这使得它每个季度的时间只有22天，比地球上一个月的时间还要短。位于太阳系边缘处的海王星，它需要165年的时间才能绕它的轨道运行一周，因此，它的一年就相当于我们地球上165年的时间，它的一个春季或一个冬季就有41年。
行星们还会绕轴转动，这种转动就像地球的自转一样，会产生日夜交替的现象。对于水星、金星和火星，它们绕轴自转需要将近24个小时，因此，在这些行星上，它们的白天和黑夜的更替与我们地球上白天和黑夜的更替非常相似。而木星，尽管它体积庞大，但它转动得却更快，在十个小时的时间里，它就能使它的各个面都依次受到太阳光线的照射。因此，木星的每个半球被照亮的时间是五个小时，五个小时之后，该半球就会进入黑暗之中。土星与木星的转动速度相接近，它绕轴自转一圈需要十个半小时。天王星和海王星的自转周期到目前为止我们还不知道，因为这两颗行星距离我们太遥远了。
第十九讲 行星（一）
↓1.行星的分类。
↓2.内行星，它们的相位。
↓3.外行星，它们没有相位。
↓4.水星、水星上看到的太阳、水星的大气层。
↓5.水星上的季节、水星上的山、水星上的火山。
↓6.金星、启明星、长庚星与黄昏星、金星的相位、金星上的山脉、金星上的大气层、金星上的晨曦雨黄昏。
↓7.轴的倾斜对季节的影响、水星上的季节Ⅰ。
↓8.水星上的季节Ⅱ、地球走错一步及其生命条件的变化、地轴不变的稳定性。
↓9.火星、火星的外观、火星上的大陆与海洋。
↓10.极上发亮的斑块、从太空中看到的地球两极的冰雪。
↓11.火星极上的冰雪。
↓12.从火星上看到的太阳、火星上被照亮的大气层、与地球最相似的行星。
↓1.根据行星在太阳系中的位置，我们可以将它们划分为两类：一种是内行星，另一种是外行星。内行星包括水星与金星，它们之所以被称为内行星，是因为它们的轨道都被地球的轨道所包围，并且它们离太阳的距离比地球到太阳的距离也更近一些。所有的行星都被太阳所吸引并且都围绕着太阳旋转，这就像地球上的物体都被地球所吸引并且朝着地心的方向运动一样。根据这样的看法，太阳就是太阳系的最里面的那个点，就像地球的中心是我们地球最里面的那个点一样。至于海王星，或是某颗更远的其他行星，如果它存在的话，那么它就是太阳系最外围、最高处的星球。外行星包括火星、小行星、木星、土星、天王星、海王星，它们被称做外行星，正是因为它们的轨道包围着地球的轨道，或者说，因为它们的位
9９ｌiｂ?置与太阳的距离要比我们地球离太阳的距离更远，因而它们的位置也比地球的更高。
我们应该将这种分类方法与另外一种分类方法结合起来考察，因为另外的这种方法更为普遍地描述了行星的外貌。这种方法将行星分为三类，第一类包括水星、金星、地球与火星，这一类是由中等大小的行星组成的，它们的两极略为扁平，构成它们的物质非常重，除了地球之外，其他星球都没有卫星。第二类行星是小行星，它们的特征就是数量众多、体积很小、质量很小，它们的轨道在其他行星轨道所构成的公共平面上相互交叉，并且隔得很远。木星、土星、天王星、海王星，组成了第三类行星，这是由巨大行星所组成的行星群，它们的体积庞大、密度很小，两极非常扁平，并且有着很多的卫星。木星有四颗卫星；土星有八颗卫星，除了这些卫星之外，还有一个卫星是聚成一个环形的；天王星也有八颗卫星，而海王星只有一颗卫星。
↓2.内行星和外行星的分类对于我们来说是非常重要的。实际上，内行星会呈现出不同的相位，这与月球的相位是类似的。也就是说，根据观察时间的不同，内行星们有时会整个地显示出来，有时会部分地显示出来，而有时会完全看不到。因为它们有时会将自身发亮的半球整个地朝向我们，或是部分地朝向我们，而有时则将它那黑暗的半球朝向我们。与此相反，外行星却总是整个地向我们显现出来，除火星有时会出现少许亏缺现象之外。这两类行星所呈现的面貌不同，是由地球所处的位置造成的。地球的位置有时会将我们带到面向内行星的黑暗半球那一面，但它的位置却总是能让我们看到外行星的发亮半球。借助于下图，我们可以来解释这一现象。
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图75
如图75所示，我们用S来代表太阳，V代表一颗内行星，比如说金星，用T来代表地球，用M来代表一颗外行星，比如说火星。当地球位于它轨道上的T点时，内行星V有时会在它轨道上的这一个位置出现，而有时则位于它轨道上的另一个位置。当V处于地球与太阳之间连线上的V点时，它将它黑暗的半球朝向我们，因此这时我们看不见V，它的这一相位类似于在说到我们地球的卫星月球时所提到的新月时期。如果V恰好位于地球与太阳之间的连线上，那么我们就会看到，这颗内行星就像一个黑色的圆点一样，出现于太阳那耀眼的光盘上，这就是金星凌日的现象。随着V在它的轨道上不断往前运行，它会逐渐地将它明亮半球的一部分呈现给我们，显示出一个月牙的形状。当它到达V′时，它正好将它明亮半球的一半呈现给我们，这一相位就类似于月球的弦月时期。最后，当它到达V″的位置时，它背向着太阳，这时，它就将它整个圆盘的面貌呈现给我们了。因为这时，它的发亮半球完全地朝向着我们。不用我说你们也知道，当内行星V正好经过地球面向太阳那一侧的背侧、并且跟这两者成一直线时，就它正好被太阳那巨大的圆盘遮住，但是这种情形很少发生。这颗行星最经常出现的情形是，它处于太阳与地球连线所在直线的上边或者下边。之所以这样，是因为它的轨道与地球的轨道有些略微的倾斜。过了V″之后，行星的圆盘开始出现亏缺，慢慢地变成了一个月牙状，最后就消失不见了。
↓3.这与外行星所呈现出来的外貌完全不一样。首先，一个位于太阳上的观察者，由于太阳是行星发亮的光源，很显然，他应该会看到所有行星的整个发亮半球。但由于观察者周围的太阳光线太强烈了，这使得他不能看清楚这些发着微弱光亮的行星。换句话说，对于这位观察者而言，他看到的所
藏书网有行星就都是圆形的。对于地球上的我们来说，我们观察外行星的时候，也会发生类似的事情，即它们看上去都是圆的，并且离得越远的，就会越圆。我们不是从太阳系的中心来看这些行星的，而是从一个非常靠近的点即地球来看的。地球与太阳之间的距离跟这些行星与太阳之间的距离相比较，地球距离太阳是非常的近了。因此，由于我们地球的位置非常接近太阳系的中心，从这个位置去观察，木星、天王星、海王星等等，在我们看来总是将它们朝向太阳的半球向着我们地球的。我们只要看一看前面的图75，就能相信这一点，在外行星M的轨道上运行过程中，它总是将向着太阳的那半球朝向我们地球。此外，如果我们所考察的这颗行星距离太阳系的中心越远，那么这一点就会表现得越明显。因此，距离我们地球最近的火星，尽管它也是外行星中的一员，但有时它也会将它处于夜晚的那个黑暗半球的一小部分朝向我们，这就使得它的圆盘有时看起来有点儿亏缺，而不是那么圆。不过它从来不会变成月牙形状，更不可能完全变成黑的。从图75中我们看到，当火星位于M′的位置时，它会将黑暗半球上的一小部分呈现给我们地球。
↓4.水星是内行星中的第一颗行星，我们很少能用肉眼看到它，因为它距离太阳太近了，它围着太阳转，画出一圈很窄的轨道。水星看上去就像一颗一闪一闪、发出明亮光芒的小星星。它有时在太阳刚落山之后才出现片刻，而有时则在太阳升起之前会出现片刻。因此，如果不通过望远镜的话，我们就只能在早晨或晚上的微光中靠近地平线的地方发现它。水星的相位也像月球一样明显地变化：在某一天，它会呈现为一弯窄窄的月牙形状，它的角总是向着与太阳相反的方向，这是因为它的光来自于太阳；再过一段日子，它会呈现出半个圆盘的形状；再过一段时间，它就会变成一个完整的圆盘了。要想看到这颗行星的不同外观，天文望远镜是非常有必要的。水星到太阳的距离是地球到太阳距离的1/5，因此在水星所见到的太阳的大小是地球上所见到太阳的2.5倍。水星上所看到的太阳圆盘的视面积应该比地球上所见到的太阳圆盘的视面积大六至七倍。你们可以想象一下，在那里会有七个像我们平时所看到的那样大小的太阳，它们一起将光线倾泻在我们的头顶上。到那时，你们就可以确切地体会到，太阳在离它更近的水星上所产生的效果，那里的光要比我们这里强上七倍，那里的热度也要比我们这里热七倍。但是天文学上的观察都一致认为，也许水星外围的大气能够改变这种极高的温度与伤害眼睛的亮度。我们知道，由云层形成的厚厚帘子，它在为我们地球削弱掉太阳光线的强度上起了多大的作用啊！水星的大气层中似乎有着非常多的云层，因为有时我们会在这颗行星那发亮的圆盘上突然发现一些黑条，它有时会引起非常明显的亮度变化。
↓5.不管怎样，水星上的环境状况是异常炎热、异常明亮，因此产生的四季对于我们地球上的人类而言，是非常难以想象的。水星 7ed5." >绕太阳一圈，需要88天，这就是它一年的时间长度。因此，它的每一季度只有22天。而且，水星的轴在它的轨道平面上是如此倾斜，以致太阳从它的一极照向另一极，而没有给温带留出位置。在这颗行星上，以它的北极为中心的一个广大区域，有44天的时间是总能看到太阳从地平线上升起而从来不落下去的；而在另外一片区域，即以南极为中心的这片区域，则在这段时期内会处于连续的黑暗之中。到一年的下半年时，情形就会颠倒过来，但这段时期还是44天。这时，水星上的南极处于光亮与炎热之中，而它的北极则处于黑暗与寒冷之中。只有在它的赤道区域，每隔24小时零5分钟——即水星自转的周期，白天与黑夜、炎热与寒冷会周期性地出现。
由于在水星呈现月牙形状时，我们能够在上面看到一些锯齿状的东西。我们认为，这是这颗行星上的一些山脉，我们已经对其中的一座山进行了测量，它的高度大约是20千米，相对于水星的体积而言，这是一座非常高的山，地球的体积比水星大17倍，但却没有与它体积相比这么高的山，因为地球上最高的山峰，其高度才八千多米。最后，在水星经过太阳面前时，每个观察者在这时都能看到在水星的黑色圆盘上有一个小的亮点。于是我们认为，在这颗小小的行星上，存在着熊熊燃烧的火山。
↓6.金星是一颗非常神奇的星星。它的光线如此明亮，以致人们在晨曦出现之前或是太阳落山之后都能看到金星。因为它是如此的光芒四射，就是在白天能够看到金星也不为怪。当它在东方升起时，我们通常将它称为晨星；而当它在西方升起时，我们通常将它称为暮星；古代的人们还将它称作启明星或黄昏星；此外，人们还将它称为太白星或长庚星。它的名字如此之多，这说明了从古至今，这颗耀眼的星星甚至会在人们最不经意的时候，冲进人们的视野之中。金星的相位非常明显，但要观察到这些相位，仅凭肉眼还是不够的。如图75所示，当它几乎位于地球与太阳之间、靠近V′的位置时，它呈现的形状是月牙形状。它所发出来的光是如此的明亮，我们似乎可以看到了它最大的面积，虽然这实际上仅仅是它圆盘上可以见到的一小部分面积。当金星到达V″的位置、与太阳相对时，这时，它会将它发亮的整个半球朝向我们地球。不过，它在这时看起来似乎变得小了、变得暗淡了，这是因为，它离我们地球的距离远了很多。当金星处于V点的位置时，它离我们地球的距离是3900万千米；而当它位于V″点的位置时，它离我们地球的距离是2.6亿千米。
↓7.在关于地球的那一讲中，你们已经知道，在地球所经过的轨道平面上，地轴的倾斜是如何产生四季的、是如何造成白天时间的参差不齐的。如果地轴的倾斜再严重一些的话，那么四季就会完全不一样了，白天与黑夜的交替也会完全不一样。水星在太阳光线照射下，它转动时的倾斜幅度要比地球的倾斜幅度更大，这为我们提供了一个例子。金星为我们提供了另一个例子，我会更加具体地向你们阐述这一点。
金星的轴与它
?.的轨道平面形成了一个18度的夹角，而地球与轨道平面形成的夹角是67度。在图76中，金星正处于它的夏至时期。我们将图76与涉及地球的那一部分的图75相比较，那么，你们会看到，这两颗行星处于太阳光线照射之下的情形是多么不同。为了明白金星轴的巨大倾斜所造成的重大后果，你们可以想象图76中的球（即金星）沿着箭头的方向绕着它的轴转动，那么显而易见，在23小时24分钟内（这是金星自转的周期），纬圈P上的所有点都位于被太阳照亮的区域内。因此，从北极B直到纬圈P的区域内，太阳从来都不会落下去，在那里黑夜不会出现。借用我们对地球已经使用过的术语来说，这个区域是金星的北极圈。因为它划定出来的这个区域是金星处于夏至时没有黑夜的区域。我们同时还看到，太阳光线垂直照射到靠近金星北极的纬圈T上，因此，这个纬圈就是金星的北回归线。因此，与地球上所产生的现象相比较，金星上的极圈与回归线正好是颠倒过来的。地球上的回归线靠近赤道，而极圈靠近极地；但在金星上，极圈靠近赤道，而回归线则靠近极地。由于这一颠倒，金星上的季节就与我们所熟悉的季节非常不一样。地球上的北部区域在夏至时只有白天而没有黑夜，但由于在那儿的太阳光线是斜射的，所以并不炎热。但金星上的北部区域在夏至时不仅仅只有白天没有黑夜，而且由于在那儿的太阳光线是直射的，所以在这时它的表面要比地球表面上热很多，它的亮度也要地球表面上亮很多。所有这些条件合起来，它们共同导致了金星上这一区域的气候要比地球上赤道地区的气候更热。
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图76
↓8.当金星上的北部区域持续不断地受到太阳的照射时，它的南部区域，即从极点A到极圈S之间的区域，会处于连续的黑暗之中。那里的温度会降到与我们地球上冬季时两极附近处的温度差不多低。只有位于两个极圈即极圈P与极圈S之间的那一块狭小区域，它被赤道E平分为两半，在这个时候，它的白天与黑夜是交替出现的。金星上的其他区域，则要么是连续的白天，要么是连续的黑夜，所以要么是异常炎热，要么是异常寒冷。
但是这颗行星会继续沿着它的轨道运行。慢慢地，太阳光线不再直射回归线T了，而是照射到了低一点的纬圈上了。到了秋分的时候，阳光就直射到了赤道上面。再过不到四个月的时间，金星就走完了它轨道的一半行程。这样，半年就过去了。这时，太阳的光线开始直射另一条回归线R了。由于我们假设在图76中，太阳光线是从左边照向金星，而不是从右边照向金星的，因为这时金星处于它轨道的另一端。那么，你们很容易就会看出，在这个时候，金星的南部区域迎来了漫长而炎热的白天，而它的北部区域则处于无尽而寒冷的黑夜之中。
下面我们来总结一下。由于金星的轴倾斜得非常严重，所以金星上没有温带。每四个月，从一个极到另一个极，就会交替出现异常炎热或是异常寒冷的天气。倘若地球上气候也变成这样的话，那么，那些只有在适宜的气候下才能生存的动植物就会灭绝。倘若赤道上出现了极地上的那种黑暗与寒冷，那么，怕冷的那些生物就会灭绝；同样的，当太阳光连续地直射极地时，极地上的那些生物同样也会消亡。因此，地球上的生命与地轴的倾斜幅度是密切联系着的。倘若这个以每小时10.8万千米的速度运行着的地球做了错误的运动，使得地轴的方向稍有变化，那么四个季节就会发生变化，那么我们生命的存在条件就会被破坏。但是我们完全不用害怕地球会走出这错误的一步。神圣的大自然控制着地轴，使得地球在太阳面前保持着那个倾斜度，从而给予它适宜的气候。神圣的大自然使地球的轴一直都能平衡在一定的范围内，这样就让生命的存在保持和谐。
↓9.按照与太阳距离由小到大的顺序，地球处于金星的后面。我们在其他的地方已经讨论过地球，因此在这里，我们直接越过它，而直接来到火星。火星排在外行星的第一位。在我们看来，火星就像一颗闪闪发光的星星，因为它发出鲜艳的红色，这使得它与其他的星球明显不同了。它绕轨道一周，需要花费地球上的687天，或者说接近于一年零十个月的时间。当它与地球处于太阳的同一侧时，它与我们只相距5600万千米，但当它到达了其轨道的另一个端点时，它与我们地球相距4.24亿千米。它的视面积和它的亮度在不同的时期相差很大。倘若我们用望远镜来观察火星，尤其是当火星与地球的距离最近时对它进行观察，那时火星是天空中最奇特的景观之一。它的圆盘上总是布满一些保持着固定形状的大斑块，斑块的轮廓非常清晰，有一些是淡红色的，有一些是模糊的绿色的。有些人认为，他们在这个半球上是看到了一张小的世界地图，在它的上面，土地是暗红色的，海洋是绿色的。倘若我们可以从邻近的某颗星上看地球的话，那么地球大概也是这个样子。因此人们推测，这些红色的斑点就是陆地，而那些绿色的斑点则是海洋。这些斑点出现在这颗行星的西部边缘，它们依次进入观察者的视野，然后又消失在火星的东部边缘，最后又在另一侧出现。同一个斑点要在火星圆盘的其中一端连续出现两次，所需要花费的时间是24小时37分钟，因此，火星绕它的轴转动一圈需要24小时37分钟。这一周期跟地球的自转周期非常接近，地球要完成自转一圈，需要24个小时。
↓10.此外，在火星的每一个极上，都有一块白亮的环形斑点，在淡红色的土地与绿色的海洋的包围中，由于这块斑非常白亮，因此它显得非常清晰。这些极上的白斑的面积是呈周期性变化的。当火星上的北半球处于炎热夏季时的那个半年，随着太阳照到它的边缘，北极上的白斑会逐渐地变小，向极点退去。与此同时，南极正处于冬季，南极上的白斑的边缘会逐渐扩大，侵入到那些原
先是红色与绿色的区域中。在火星的另一个半年，火星上的两个极的季节颠倒了过来。这时，南半球处于夏季，而北半球处于冬季。而此时北极白斑的面积就会扩大，而南极白斑的范围会缩小。两极上这些白色的外衣是什么东西呢？因为，随着太阳远离或是靠近它们，它们的面积也会相应地扩大或是缩小。对于一位从天空中的某个点来看我们地球的观察者来说，他所看到的两极上的景象是完全一样的。他所看到的地球的北端，就像一个被冰雪覆盖的巨大圆顶，这些冰雪从来都不会融化掉。他所看到的地球的南端，也同样像一个被冰雪覆盖的巨大圆顶，但是由于这里正处于寒冷的冬天，因此这个圆顶的面积要更大一些。从天空中来看，这两个被冰雪覆盖的圆顶就像白得刺眼的两块圆斑。根据季节的不同，每过上六个月，它们就会变得更大一些或是更小一些。我假设在这个时候，在地理位置高一点的北极，冬天的雪层发出耀眼的光芒，白霜覆盖着整个北部区域，并且一直延伸到温带。而在位置低一些的南极，那些巨大的浮冰都已经融化掉了。冻住的海洋又重新恢复了活力，皑皑白雪消失不见。在太阳的照耀下，僵硬的大地开始展开笑颜，植物都开始发芽生长。六个月之后，南部的地方就要被雪所覆盖，而北部的地方又有了热量、光明与生命。
↓11.假如类比法并不是一种错误的指引，那么根据地球与火星之间的这种高度的相似性，我们可以得出什么结论呢？很显然，火星与地球一样，并且在它的极上都有着冰雪覆盖。在冬天时，冰雪的面积会扩展变大；而在夏季受到太阳照射时，冰雪就会由于受到热而融化，向着极地退去。对于地球来说，每过六个月，极地上这些被冰雪覆盖的帽子就会部分地融化或扩展一次。但对于一年的时间更长一些的火星来说，它是每过11个月才变化一次。地球南极上的冰帽面积要比地球北极上的冰帽面积更大一些，这在火星上也是一样的情形。在这两颗行星的南半球处于冬季时，它们的这两个半球都在这两颗行星的椭圆形轨道上处于离太阳最远的那些点。对于这二者来说，都是当它们位于远日点时，南极处于冬天，而北极处于夏天。这是因为，行星与太阳之间的距离在不断增大，因此在这两颗行星上，由于南半球处于冬天时离太阳的距离要比北半球来得远，所以南半球的冬天要比北半球的冬天更加寒冷。由此会导致这样一个现象，即在火星与地球上，南半球的冰雪都比北半球更多。
↓12.火星轴的倾斜度与地球轴的倾斜度几乎一样，前者是61度，后者是67度。因此，在火星上也有热带、温带与寒带，这与地球上一样。火星上也有四季：春夏秋冬，这与地球上的也一致。但是由于火星上每年时间更长，因此它的每个季度都比我们地球上长大约两倍。由于火星距离太阳更加远一些，因此从火星上看到的太阳是地球上看到的一半大小，从火星上看到的太阳圆盘的视面积要比从我们地球上看到的小百分之四十三。火星上的热量与光亮也比地球上的要弱一半。尽管火星上有特殊的大气层，它也不能改变距离所造成的影响。毫无疑问，在火星的周围一直都有大气层包围着。在火星的极上有着冰雪圆顶，这就说明，火星上也是有水的，而水必然会形成水蒸气，把火星包围起来。而且，火星上也存在着气态的大气层，它和我们地球上的大气层一样清澈透明，也像我们的大气层一样能被太阳光线照亮。做下面的观察就可以证实这一点。火星上的那些红色地方或绿色地方，那些陆地斑块或海洋斑块，只有当它们位于火星的中央地带时，我们才能看到它们。当它们位于火星的边缘时，它们就像被一个发光的帘子罩住了，它们的清晰度被削弱了，在它们到达火星的最边缘地方之前，它们甚至都已完全不能看见了。最后，火星的周围有时会异常明亮，超过了它圆盘上的其他所有区域，此时火星的东边到西边就像环绕着一条狭窄的光带一样。根据这些情况，我们可以推断出，在火星上存在着大气层，它能够像地球上的大气层一样被太阳光线所照亮，从而产生出这颗行星上的白天。位于这颗行星边缘的闪闪发光的带子、使得我们看不到这颗行星边缘处的发光帘子，都不是别的东西，而正是这层大气层，这样，我们的视线斜斜地穿过大气层，由此穿过的大气层就变得更厚了。因此，火星的中央部分就比较清晰，而边缘部位就看得比较模糊了。火星的半径大约是地球半径的一半，它的周长是两万千米，它的体积相当于地球体积的七分之一。七个像月球那么大的球体体积合在一起，它们的大小才与火星的大小差不多。不考虑火星的较小的体积，总体来说，火星是与地球最相似的一颗行星。
第二十讲 行星（二）
↓1.小行星、小行星的数量、侏儒世界、破碎的行星。
↓2.前二十颗小行星的名称。
↓3.木星上所看到的地球与太阳、木星年。
↓4.木星自转的速度与极地处的扁平形状、极地处的扁平形状与自转速度的关系。
↓5.在太阳、月球与其他不同的行星上观察不到极地处扁平形状、木星上的季节与白天黑夜、无尽的春天、云条与信风。
↓6.木星的卫星及其食。
↓7.罗默与光线传播的速度。
↓8.土星、土星的外貌、土星上锁看到的地球与太阳、土星年、比软木还要轻的泥土、巨大的行星、地球不能与之相比的巨大、土星上的条纹、土星的季节、土星的卫星与圆环。
↓9.从土星上看到的圆环的外貌、土星上的夜晚。
↓1.在火星轨道与木星轨道中间有一个区域，在这个区域内，有一群很小的行星在不停地转动，这些就是小行星，它们也被称为天文望远镜行星。今天我们已知的小行星的数量为84个，但我们有理由相信，将来的天文观察会发现更多的小行星。这些小行星最突出的一个特点就是，它们非常小。小行星中最大的行星分别是：婚神星（Juno）、谷神星（Ceres）、智神星（Pallas）以及灶神星（Vesta）。它们的半径从200千米到400千米之间不等。这些异常矮小的行星，小得就像太空中的灰尘一样，它们的半径一般很难达到100千米。我们只要花一天的时间就能绕着这些行星走上一圈。我们最小的一个省的面积都可能比这些小行星的面积大得多。小行星的另一个特征就是，它们的轨道是交错在一起的。太阳系的几大行星就像一些球一样，在同一个平面上绕着一个中心点转动，天文望远镜行星（即小行星）却不会遵循这一规律。小行星的轨道并不处于太阳系那几大行星的轨道公共平面上，它们的轨道一般都是非常倾斜于这个公共平面的。此外，小行星们的轨道并不是一个覆盖着另一个，而是相互交织并纠缠在一起的，就像一团偶然交织在一起的铁环一样，小行星的体积小、数量众多，在天空的同一个区域堆积在一起。它们的运行有时候会呈现出断裂而破碎的样子，它们的轨道交错而倾斜。因此我们可以假设，这些小小的星体原来是一颗行星，它突然爆炸开，爆炸后形成的碎片向着天空中各个方向落去，这些碎片就是这些小行星。这颗处于火星与木星之间的独一无二的行星，与太阳系中其他各大行星一样，在一开始的时候也是围绕着太阳旋转的。在某一个天文学年表所不能确定的时期，发生了一次爆炸，这就像地球的地下力量使得大陆产生震动、有时甚至分裂一样，只不过地球内部的这种力量要弱一些，这颗行星的内部发生了爆发，并把行星的分裂碎片投射到太空中。这一大胆的假设是由奥尔伯斯提出来的，他是一位著名的天文学家，曾发现了智神星（Pallas）与灶神星（Vesta）这两颗小行星。
↓2.对于小行星上的物理构成，我们还一无所知。它们的季节与周日运动，我们也不知道。由于它们距离我们特别远，而且体积很小，因此我们无法对它们进行观察，从而获得各种关于它们的信息。在这些小行星中，花神星（Flore）是我们所知的距离太阳最近的小行星，它与太阳的距离平均为3.36亿千米。它沿着它的轨道绕着太阳转上一圈，需要1193天。小行星Maximiliana是距离太阳最远的一颗小行星，它离太阳的距离有5.2亿千米，它一年的时间是2310天。下面就是按照发现时间早晚的顺序，所排列的前20颗小行星的名字。
| 小行星名称 | 发现者 | 发现年代 |
|---|
| 谷神星（Ceres） | 皮亚 | 1801年 |
| 智神星（Pallas） | 奥伯 | 1802年 |
| 婚神星（Juno） | 哈 | 1804年 |
| 灶神星（Vesta） | 奥伯 | 1807年 |
| 义神星（Astraea） | 亨 | 1845年 |
| 韶神星（Hebe） | 亨 | 1847年 |
| 虹神星（Iris） | 亨 | 1847年 |
| 花神星（Flora） | 亨 | 1847年 |
| 颖神星（Metis） | 格雷厄 | 1848年 |
| 健神星（Hygiea） | 德加斯帕里 | 1849年 |
| 海妖星（Parthed> | 德加斯帕里 | 1850年 |
| 凯神星（Victoria） | 亨 | 1850年 |
| 芙女星（Egeria） | 德加斯帕里 | 1850年 |
| 司宁星（Ired> | 亨 | 1851年 |
| 司法星（Eunomia） | 德加斯帕里 | 1851年 |
| 灵神星（Psyche） | 德加斯帕里 | 1852年 |
| 海女星（Thetis） | 路 | 1852年 |
| 司曲星（Melpomed> | 亨 | 1852年 |
| 命神星（Fortuna） | 亨 | 1852年 |
| 王后星（Massalia） | 德加斯帕里 | 1852年 |
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↓3.在研究了众多的小行星之后，我们沿着距离近远的顺序，来到了木星。它比地球大1414倍。从地球上看去，这颗巨大的行星就像一颗普通的星星一样，发出淡黄色的白光，但是非常明亮，它的光辉比金星略暗淡些。由于木星与地球的距离是8亿千米，因此它在我们的眼中，就缩小成一个亮点了。如果这颗巨大的行星离我们地球近一些，那么它巨大的圆盘就能遮挡住一大片天空。比如说，倘若它位于月球所处的位置，那么，它所占9９ｌｉｂ?据的面积是月球所占据面积的1200倍，要有十个那么大的圆盘，从最东边一个挨一个连到最西边。随着距离的增大，看到的物体会缩小，这两者是相互影响的。因此，如果从地球上去看一颗星，这颗星的视面积会随与地球距离的增加而减少；同样的，如果从那颗星上去看地球，那么地球的视面积也会随两者距离的增加而减少了同样多的比例。倘若木星对于地球上的人们来说，看上去是一颗星星，那么如果观察者位于木星上，所看到的地球又是什么样子呢？那种情形下所看到的地球就像一颗发出微弱光芒的小星星一样，在天空中几乎看不见。
根据木星在其轨道上所处位置的不同，它到太阳的距离也从7.52亿千米到8.28亿千米不等，它与太阳之间的平均距离是我们地球到太阳平均距离的五倍左右。在这么远的距离所看到的太阳直径，要比从我们地球上看去的太阳直径要小五倍。因此，太阳的视面积要小25倍，因此得到的太阳的热量与光亮是地球上的1/25。在木星上所看到的太阳是小得多么可怜，如果没有借助什么辅助工具，那么我们在这颗行星上所看到的太阳非常的小，它还不如一个手掌那么大。
木星上的一年大约相当于地球上的12年。也就是说，在木星绕着太阳转上一周的时间内，地球就能绕着太阳转上12周。由于木星的轨道是如此巨大，因此它看起来转动的速度很慢，但这仅是表面现象，实际上木星每小时能够运行4.8万千米。
↓4.地球每24小时绕地轴自转一周，因此地球赤道上的一个点，每秒所移动的距离是462米，这一速度与炮弹离开炮口时的速度相接近。木星要绕着它的轴自转一周，只需要10小时零5分钟。因此，这个巨大的星球赤道的一个点，在每秒内所走过的距离是12586米，这要比地球赤道上的点在每秒所移动的距离多25倍。这么快的速度所产生的后果会使得木星的两极更加扁平。我们在前文中曾经讲到过，当一个球绕着它的轴转动时，由于它的自转运动会产生一种离心力，假如构成这个球的物质具有一定的弹性，那么这个球的赤道附近就会鼓起来一些，而它的两极附近就会扁平一些。借助于地球原初状态是液态的看法，我们已经解释了地球在赤道附近凸起以及在两极附近扁平下去的现象。转动的速度越快，离心力就会越大，所以如果木星是处于可伸缩的条件下，那么它的形变程度应该比地球还要。实际上，如果我们用望远镜来观察木星，就会发现它的圆盘并不是很圆的，而是非常明显的扁圆形状。我们做精细的测量就能得知，木星的每个极压扁了4000千米，而地球上的极则只压扁了20千米。
毫无疑问，太阳系的所有星体都存在着极地扁平的这种现象，因为它们都是绕轴自转的。但是由于这种自转非常缓慢，所以这种极地扁平的现象有时非常弱，以致从我们地球上看去都觉察不到。太阳自转一周的时间是25天，月球自转一周的时间是27天，对于这两者，我们看不出它们有什么明显的变形。水星、金星与火星，它们自转一周的时间与地球差不多，由于距离遥远，我们也看不到它们的两极有什么轻微的变形。不管怎样，木星为我们提供了一个强有力的证据，它证明了行星自转的速度与它的极地的扁平程度有着密切的关系。对土星的考察会再次证明这一规律。
↓5.木星的轴并没有倾斜太多，并不像我们在前面所说的那些行星那么倾斜，而是几乎垂直于它的轨道平面的。因此，木星的赤道几乎常年受到太阳光线的直射，所以在这颗行星上并没有季节的周期性变化。木星上的一年相当于我们地球上的十二年，在这个十二年的时间里的每一年它都一直是春天，温度一直没有多大变化。在我们地球上的三月份时，这时地球会将它的赤道面对太阳。倘若我们对木星上产生的气候条件并不熟悉的话，那么木星上的气候就是将这个三月份无限地延长下去，但同时气温要比地球上寒冷25倍。这样我们就得到了一个木星气候单调的观念。这样一个无止境的春天是由一些时间长度总是相等的白天与黑夜构成的：从木星上的一极到另一极，白天都是五个小时，夜晚也是五个小时。
通过天文望远镜，我们看到，在木星的圆盘上有一些不规则的条纹，它们有时是发亮的，有时是暗的，这些条纹与木星的赤道平行。也许这些发亮的条纹是一些云彩，它们按照木星自转的方向分布。由于木星转动的速度是如此之快，因此这些云条是由类似于地球上信风一样的空气流产生的。至于那些黑暗的条纹，它们应该是云在地面上投下的影子。透过一部分清澈的大气层，我们就能看到它们。
↓6.我们已经将卫星定义为：一些围绕着行星转动的附属星体。卫星之于这些行星，就像月球之于地球一样。水星、金星与火星都没有卫星，但木星上的夜晚，却被四颗卫星照耀着，其中有三颗比月球还要大。木星的这些卫星们，有时互相分散开，有时两个两个地在一起，有时三个聚在一起，有时四个都在一起，它们从地平线上升起，有时呈满月状态，有时呈月牙状态，有时呈弦月状态，为木星的夜空带来地球上不曾见过的华丽光耀。木星最近的那颗卫星每42小时28分钟围绕着 6728." >木星转动一周，最远的那颗卫星转动一周所需要的时间是16天16小时32分钟。在围绕木星公转的同时，这些卫星也绕轴自转。由于这两种转动的周期都是相同的，因此这些卫星总是将它同样的一面朝向木星，这完全就跟月球总是将它的一面朝着地球一样。这仿佛是一个普遍的规律：所有的卫星绕着它的行星公转一周所需要的时间，与它绕轴自转一周所需要的时间相等。
从我们地球上看去，木星的这四个月亮缩小成了一些小小的亮点，紧紧地贴在木星周围，不断地改变着它们的位置。我们有时看到它们经过木星的前面，掠过圆盘；有时又离它而去，走向左侧；然后又回来，消失在木星的后面；过一段时间重又回来，出现在木星的右边。在卫星经过太阳与木星之间时，每一颗卫星都会将它的影子投在木星那发亮的圆盘上，同时产生出一个个圆形的黑色小斑点。在这块黑色斑点所掠过的木星表面区域中，就会出现日食，当这颗卫星经过木星向着太阳那侧的背面时，它就会因为进入木星的影锥之中而“消失”不见了，这就是被食。这种情形跟我们月球投入地球影锥时的情形完全一样。天文望远镜可以让我们轻而易举地看到这些发生在遥远太空中的食的景象。当地球处于合适的位置时，我们就能 770b." >看到木星影锥的绝大部分，这时，一个观察者就会时不时地看到：卫星绕着木星公转，有时它就会投入到木星的影锥中“消失”不见，最后又从影锥的另一侧出现，然后又放出光亮来。每当月球到了地球的后面时，月球并没有每次都进入地球的影锥中，因此并没有每次都产生月食现象，因为它的轨道严重地向着地球公转轨道所在的平面倾斜。与此相反的是，木星的至少前三个月亮，每转一次，都要分别被食一次，这是因为它们的公转轨道与木星几乎处于同一个平面上。
↓7.正是借助于木星卫星的食的现象，罗默在1675年成功地解决了天体物理学中最困难的问题之一，即光速的问题。下面我们来介绍一下他是如何解决这个问题的。在木星的四颗卫星中，其中有一颗卫星绕着木星转动一周需要42小时28分钟，在同样的一段时间里，它在木星的影锥外连续出现两次。我们假设，当地球运行到它轨道上的A点附近时，如图77所示，一位观察者记录下这颗卫星走出木星影锥的准确时间，从这一刻起再过42小时28分钟，直到这颗卫星再一次出现在木星影锥的外面。每过同样这段时间的二倍、三倍、九倍，那么这颗卫星就会从木星影锥中出现三次、四次、十次。因此，我们能够提前推算出每次卫星出现的确切时间。我们假设已经推算出了卫星第一百次出现时的准确时刻，当这个时刻到来时，我们观察这颗卫星，这时让人惊讶的事情发生了，天体的运行是非常规律的，但计算却与我们的观察结果并不一致：卫星并没有在我们预测的时刻出现。要看到它的出现，还要再等上十五、六分钟左右。这种奇怪的延迟是由什么造成的呢？我们一定要记清楚，当这颗卫星第一百次出现时，这时时间已经过去了六个月。在这段时间里，地球已经走完了它轨道一半的路程，从它原先所在的位置点A处移动到了与前者相距地球轨道直径那么长距离的位置R点处。地球绕太阳公转的速度要慢得多，在六个月的时间里，它所移动的距离几乎都可以忽略不计，因此，我们将它看成仍然处于同一个地方。在卫星出现时，它所发射出来的光线，要到达地球，使得我们看到食结束的时间，那么这些光线除了要走我们一开始通过观察所预计的距离外，它还需要走过地球轨道直径那么长的一段直线距离，即从A到R这样一段距离，即30.4亿千米。这就是产生延迟的原因。要走的路程延长了，所需要的时间也就增加了。因此，光线要走完30.4亿千米的距离，大约需要16分钟的时间。
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图77
↓8.土星的体积是地球的754倍，是木星的一半，但在我们的眼中，它看上去却小得可怜。我们看到的土星，是一颗表面呈铅灰色的星星。如果从土星上能够看到地球的话，那么地球看上去应该更小。由于土星与太阳的距离很遥远，我们至少可以确定，在土星上看到的太阳视面积大概是从我们地球上看到的太阳圆盘面积的1/100。倘若太阳这个光芒四射的光源、这个宇宙中的巨大球体，从土星上看去小到只有一枚两分钱硬币那么大，那么，从土星去看地球，地球又会是什么样子呢？土星在它的轨道上运行一周，时间是29年，它的速度是每小时3.6万千米，它与太阳的平均距离是14.48亿千米，每十个半小时自转一周。土星绕轴自转的速度是如此之快，就跟木星一样，因此它的两极非常扁平。土星两个极扁平的程度是其半径的十分之一，差不多有5600千米。土星的物质密度非常小，这导致了它的极地异常扁平。在前文中，我们已经学到过，土星的平均质量只有水质量的十分之七，因此土星可以漂浮在水面上。此外，由于物质的密度从球体表面到中心是不断增加的，越是靠近中心，物质密度就会越大，而且重的物质会聚集到一起，因此，我们要知道土星的表层是由很轻的物质构成的，那里的密度要小于土星的平均密度。那么，土星的地表是以柳木与软木还要轻的物质构成的，而并不是由岩石构成的。对于这样的一个地方，你们会有什么样的想法呢？在这样一种不牢固的支撑上面，能够存在海洋吗？平衡定律认为是不可能的。在地球、金星、火星与这颗被放逐到太阳系边缘的巨大土星之间，是不可能有任何可比性的。它的体积庞大、密度很小、自转速度很快，两极非常扁平，这些因素构成了一个与众不同的世界。
另外，天文望远镜向我们提供了关于土星的很少信息。我们看到，在土星的圆盘上有一些发亮的条纹，中间还夹杂着一些黑色的条纹，它们都平行于赤道，它们看上去类似于木星上的条纹。难道这仍然是由于球体的自转速度快、在行星的大气层中产生了信风，从而产生的云条吗？我们再补充一点，土星轴的倾斜度是64度，几乎与地球的相等。因此，这颗巨大行星上的四季也与我们的四季非常相似，但是它每个季节所持续的时间是七年。连续七年都是冬天，对于我们来说有点漫长。而且，这里的太阳还要比我们的太阳寒冷100倍。
↓9.在所有的行星球体中，土星是卫星最多的一颗星球。它有八颗卫星来照亮着它的黑夜。离它最近的一颗卫星绕着它转动一圈，需要22.5个小时；而最远的那颗卫星绕着它转动一圈，则需要79天。泰坦（Titan）是八颗卫星中最大的一颗卫星，它的体积是月球的九倍。土星的卫星还不止这些，它还有第九颗卫星。这是颗在太阳系中是非常独特的一颗卫星，它是一个非常大的平的圆环，相对而言比较窄，它以土星为中心并绕着它转动，但不会碰触到这颗行星。这个环并不是连在一起的，它是由三个同心圆环组成的。里面的那圈是黑色透明的，外面的那圈是浅灰色，而中间的那圈比土星的圆盘还要亮。最后两个同心圆之间，由于有一条很宽的间隙，因此
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分界线非常清楚，透过这一空白区域，我们可以看到星空。我们推测，构成环的物质是流动性的物质，因为有时我们能看到非常多分开的细小部分的印迹，这说明它们能够非常容易地分离开。这三个同心圆环的全部宽度加起来有4.8万千米；将圆环与土星分离开的空白区域，其直径有3万千米，至于圆环的厚度，我们估测是400千米左右。这颗环状的卫星在土星的自转过程中一直伴随着它转动。在土星绕着轴自转时，这颗卫星绕着它转动，就像二者连成了一体一样。动力学甚至证明，土星环的转动速度必须跟土星自转的速度相等，这样才能保持这个脆弱的巨大土星环的构架不致分裂；如果土星环的转动速度跟土星自转的速度并不一致的话，那么在重力的作用之下，土星环崩解后就会将它庞大的碎片落在土星上。这个圆环自身并不发光，因为我们看到，它将自身的影子投射在土星上，同时我们也看到，土星将它自己的影子投射在这个圆环卫星上。因此，这个圆环卫星只是将来自于太阳的光线反射出去，因此对于土星来说，这个圆环卫星就像是一个形状非常奇特的月球，它环绕着土星的整个天空运行一圈，就像一条连续的卫星链一样。因为土星的球面曲线的缘故，在土星的极地区域，我们并不能看到圆环。从纬度66度开始，这个圆环卫星逐渐地从土星的地面上开始出现。越是靠近土星赤道的地方，我们看到的这个圆环卫星就越是完整。它就像一个巨大发亮的拱形桥，横跨在天空中，从一端到另一端。从赤道上看去，也就是顺着土星环的竖直面去看，它就像一根银色的绳子，在天顶处把天空分成两半。当处于一种合适的观看情形下时，土星环那壮丽的光拱，弯曲在从西方到东方的天空中，这时，它的八颗卫星，呈现出不同的相位，一起放射出耀眼的白光：土星上夜晚这种仙境般的景象，是我们无法想象的。
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图78
第二十一讲 行星（三）
↓1.天王星、天王星的发现、天王星的年、天王星的季节、天王星的卫星。
↓2.行星之间的相互吸引。
↓3.天王星的摄动、通过理论推算出来的一颗行星、计算的眼睛与海王星的发现。
↓4.海王星、海王星的距离、海王星的年、海王星的质量、看上去就像一颗太阳的星星、太阳管辖的最后区域、瓦尔甘行星。
↓5.天体矿物学。
↓6.流行、一颗星星不会从天空中落下来。
↓7.8月10日与11月12日、圣劳伦的眼泪、一些流星雨。
↓8.陨星、陨星的体积与速度。
↓9.小行星的环形漩涡、误入我们地球大气层的小行星。
↓10.陨石、天上掉下的一颗重达12.5万千克的石头、地球外的物质。
↓1.从最遥远
藏书网的古代起，人们就已经认识了水星、金星、火星、木星与土星，不过还不认识它们的卫星。小行星、木星的卫星与土星的卫星、天王星、海王星都是近代天文学才认识的东西。天王星是由赫歇尔在1781年发现的，赫歇尔是天体物理学中最杰出的天文学家之一，他那强大的天文望远镜所看到的天王星，看上去仿佛是发出均匀灰光的小圆盘，天王星在周围的星星中不断地变化着自己的位置，于是我们知道这是一颗游移不定的星星但是现在。在它被赫歇尔发现之前，由于它的光亮非常微弱，人们并不能看到它。但是现在人们已经测量过这颗星的体积、质量、它的轨道，也已经计算过它与太阳之间的距离，还有，人们也发现了它的卫星。
不借助于天文望远镜，我们很难看到天王星。在有利的情形下，我们用肉眼看它，它顶多是一颗第六等亮度的星。我们看不到天王星，并不是因为它的体积小，其实这颗行星是地球的52倍大，而是因为它距离我们地球太远了。天王星到太阳的距离是29.2亿千米，它在轨道上绕太阳运行一周，需要84年。因此，天王星一年的长度就能比得上一个人的寿命了。表面看上去，它以极快的速度绕着自身转动，因为在天文望远镜上，我们能够看到它的两极扁平非常严重，它的扁平程度是其直径的十分之一。但是由于这颗行星距离我们太遥远了，所以我们就看不清它的小细节，看不到它的圆盘上有什么斑点，也没有任何参考点来观测它的自转时间。人们猜测，它自转的轴稍微倾向于它的轨道平面，因此，这颗行星每过42年，就要使它的一个极受到太阳光线的直射，由此它产生出的四季比金星上的四季还要奇怪。最后，我们知道，从天王星上看，太阳的圆盘是从地球上看到的太阳圆盘的1/400到1/300。我们知道，天王星上的物质的平均密度比水的密度稍微小一些。最后我们还知道，有八个月亮绕着天王星在垂直于它轨道的平面上转动。我们所认识到的仅限于此，因为它太遥远了。
↓2.海王星的发现，是近代天文学理论精确性的一个最强有力的证据。我们试着来了解一下。
引力是所有物体（无论是大的物体还是小的物体）所共有的一个特性，并且引力的大小与物体的质量成正比。太阳，由于它质量上的绝对优势，因此，将它的行星都吸引到自己周围，让它们不断地保持下坠的趋势，从而使它们绕着自己旋转。同样的，行星也会将它们的卫星吸引住，使它们绕着自己转动。地球吸引月球，就跟太阳吸引地球是一样的。但是很明显，地球的引力尽管能施加到月球的公转轨道平面之外，但它的引力大小却是随着距离平方的增加而减弱的。那它的引力会出于什么原因而突然消失吗？显然不会。因此，地球也能对它周围的行星——比如说火星、金星与其他的行星施加作用。只不过它的这种作用由于距离遥远而非常小，不
能与太阳的引力作用相提并论。但是无论如何，我们的地球对火星等具有一定的影响，不管这种影响从本质上来说是多么的小。如果火星顺从地球的召唤，那么会发生什么样的情形呢？它就会离开它绕着太阳旋转的轨道，向着地球靠近，并且绕着它转动，于是我们就会多了一个月亮，这颗迷途的星星就会失去原先的地位，从行星的行列走到了卫星的行列中。然而天空中的法则是严格公平的，在另一方面，地球也会被火星所吸引，向着火星飞去。因此火星也会吸引着地球，努力使得后者成为自己的月亮。巨大的木星也在吸引着我们地球，以增加它的卫星数目；土星吸引着我们地球，想让我们地球成为它圆环上的一员……总之，其他的所有行星，金星、水星，直到那些最小的小行星，都极力地要把地球从它的轨道中拉出来，吸引到它们的旁边。我们不必自惭形秽，地球同时也在一定范围内对木星、土星以及其他的星球施加着同样的作用力，就像这些行星吸引着地球一样。因此，行星之间存在着无止境的斗争，每一颗行星都根据它们的质量成正比、并跟它们之间的距离平方成反比来互相施加作用，想要把对方据为己有。但是，主宰者还是力量最强大的那个统治者太阳，它所管辖的这些星球始终被它维持在各自的行列中，这使得从来没有任何一个变成其他行星的卫星。我们还要注意另外的一个事实，当一个星球受到周围的质量非常大的另一颗星球的吸引时，它会略微偏离它的运行轨道，但是最终它还是会因为受到太阳引力的作用会回到原先的轨道上来。行星由于受到周围行星的吸引而偏离它们原先轨道的这种现象，我们将它称为摄动。作为摄动者的那个星球离得越近、质量越大，那么这颗行星所产生的偏移也会越大。
↓3.由此我们可以想到，为了要准确确定一颗行星所走过的路程，并且提前计算出在某一个时期它在天空中的位置，那么，天文学家不仅仅要考虑太阳的引力，同时也要考虑它周围行星的摄动影响。如果我们的计算是准确的，如果我们已经考虑到了所有行星的作用力，那么，我们的观察就应该与力学理论保持一致。一颗移动的天体，在任意一个时刻，都应该出现在科学所预测到的位置处。但是自从天王星被发现以来，这颗叛逆的星星却从来没有在我们所预测的位置出现。即使人们已经考虑到了它附近两颗巨大的星星即土星与木星所产生的摄动影响，但它仍然没有在应该出现的位置出现。因此，肯定存在着一种我们并没有预测到的偏移，它使得我们的计算出现了错误。于是在天文学家的心中，都产生了一种新猜想，他们根据天王星被弄乱的运行轨迹这一事实，推测出在太阳系的最边缘，还有一个新的世界。在天王星之外，应该还存在着一颗我们未知的行星，它对天王星施加着吸引力，使得它偏离它的运行轨道。法国著名的几何学家勒维黑耶，提出要单纯借助理论的力量来修正这一猜想，同时要发现这颗摄动星球，其实一直到那时为止，天文学观察还是通过耐心地探测天空来完成的，但是这位聪明的理论家改变了这种方法。他拿起了他的笔来进行研究，他用计算的眼睛来观测，他将所知的公式综合运用，来表达出天空中的法则。那些无扰动的有序运行的星星，以及有扰动的无序运行的星星，它们的质量、体积、速度、距离这些数字，无论是已知还是未知的，这位理论家都将它们记录了下来综合分析。这种高度的构思所得出的结果是令人称奇的。1846年8月31日，勒维黑耶在欧洲宣称，有一颗摄动的行星应该会出现在天空中的某一个点，它的星等是哪一等。几天之后，柏林天文台的台长加勒将他的天文望远镜指向勒维黑耶所指定的天空位置，那边果然有一颗星星，它恰好位于理论的手指所指向的那个确切位置。我们甚至都不用向天空中看一眼，科学就能准确地看到天空的深处！从来没有一次胜利像这次一样完全归功于几何学的永恒法则。
↓4.由此，我们将海王星又称为勒维黑耶行星。我们从来不能用肉眼看到这颗行星，尽管它比地球大110倍。在天文望远镜中，它看上去就是一个发亮的小点，亮度跟一颗八度星的亮度差不多，最好的天文望远镜都不能观测到它的大小。它与太阳之间的距离是44亿千米。 5b83." >它绕着太阳公转一周，需要164年的时间。海王星有一颗卫星，这颗卫星绕着它转动一周需要5天21个小时。根据这颗卫星的转动速度，运用我在前文中向你们讲过的那种方法，我们可以推算出海王星的质量与密度。由此我们得知，海王星的质量是地球的21倍，它的平均密度与木星的平均密度差不多，也就是刚刚超过水的密度。尽管这颗星星比地球大110倍，但由于它距离我们如此遥远，因此它看上去非常的小，即使用最好的天文望远镜，我们所看到的也只是很小的一点。要对这样一颗位于太阳系最远边界处的星星称重，并确定构成它的物质的主要特征，这难道不是人类理性力量的最高表现吗？除了力学告诉我们这些结论之外，科学再没有告诉我们关于这颗行星的其他物理状态。它距离我们地球太遥远了，因此我们的观察工具发挥不了作用。要想了解海王星的历史，还有另外一件事情要加以说明：在这颗行星上所看到的太阳圆盘，只有我们在地球上所看到太阳圆盘的千分之一大小。太阳这颗巨大的光源星球，对于海王星来说，只是一颗比其他星星稍亮一点的星星而已。在这颗遥远的行星上，它的亮度是怎样的？白天黑夜是怎样的？它的热度是怎样的呢？我们不要着急下结论，对于我们来说，这一切还都是未知的。
到了海王星这里，我们就到了太阳系的边缘了吗？在这里之外就没有其他的行星了吗？对此我们既不能加以否定也不能加以肯定。我们已经对太阳系中部的区域非常了解了，但太阳系中心的部分以及它外部的区域，还有待考察。也许在海王星之外，在我们还没有观测到的极远处，还存在着一些附属的行星在沿着一定的轨道运转。也许在水星与太阳之间，还有其他的行星在转动。但是由于它距离耀眼的太阳太近了，所以我们看不到它们。我们不要再关注这些不确定的可能存在行星的区域了，无论行星的家族是从水星到海王星是结束了还是没结束，这从本质上来说并不重要。就我们所知道的而言，太阳系已极为广阔，这一点已经给我们的理解力产生了深刻印象了。
↓5.我们刚刚所考察的这些遥远世界、这些地球的伴随者们、这些行星，天文学已提供了关于它们的准确资料：体积、距离、质量、年、季节、卫星，等等。但这些资料总是力学的或是几何学的，并不是那么吸引人。我们更关注的是它们的物理构成，对此我们还知之甚少。比如说，我们惊喜地得知，在火星的两极上面覆盖着冰雪，而在月球的表面则布满了火山坑。我们对于脚边的一颗石子，并不会有任何兴趣，因为我们认为这颗石子是地球上的，但如果我们被告知，这颗石子是从天上掉下来的，它以前是木星、火星或土星上的石子，那么面对这颗珍贵的天体矿物学的样品，谁还会无动于衷呢？人们会走上前去看一看，用手摸一下这个石子，分析分析从其他行星上掉落的这颗小东西，我们那合乎常情的好奇心，会得到多大的满足啊！我们会知道，这些星球，这些壮丽的光芒四射的、使天空异常璀璨的天体，它们是由什么样的物质构成的。当然，这个天空中的石子不是一个无意义的假设：它从天空中有岩石的区域降落到地球上，这种石头落下时产生的冲击力有时会砸碎一栋房子。它们真的来自行星吗？不是，但我们可以肯定，它们绝不是来自地球。它们是天体矿物学的真正样品，就像我们下面将要看到的那样。
↓6.我们还记得那些夜晚在天空中突然出现的星光，它们似乎是从天空中分离出来的，然后就像烟花一样，在天空中划出一条明亮的带子，很快出现，又很快消失。人们通常认为这是一颗陨落的星星，或者至少是一颗在天空中变动位置的星星。因此人们将它们称为流星。这些星真的能够
随意移动，跑到天空的尽头吗？它们会不会坠落到地球上呢？在繁星中，如果我们只看一下粗略的表象，如果我们只考虑到那些镶嵌在天穹的微弱的星光，那么我们很自然就承认星星可以离开天空坠落到地球上，就像一颗成熟的无花果的果实从树上落到地上一样，但我们知道这个天顶只是一个错觉，我们还知道这颗星星也许是一个巨大的星体，它甚至可能大到地球都不能与之相比，尽管从地球看上去它只是一个普通的小小的亮点，小到甚至都不能看到它。那么，这些星星比海王星（它的体积是地球的110倍，不借助于高倍天文望远镜我们都无法看到它）还要远。这些星星离我们这么远一段距离，但它传递到我们这的光线还如此亮，那么这些星星有多大呢？毫无疑问它们应该与太阳一样大，甚至比它更大。如果有一颗星星，仅仅一颗，坠落到地球上，那么这颗从天空中掉下来的星球加速下落时会产生强大的力量，在这一力的作用下地球会变成什么样啊！地球会爆裂，就像一个沙子在榔头的重击下被碾碎一样，它的碎片会散落到空间中。我们可以想象一下，地球与一块岩石，它们相隔一段距离并且相互吸引，那么它们二者哪个会向另一个坠落下去呢？最弱的那一个，即岩石会落向地球。同样，我们做一个不可能的假设，如果地球与天空中的星球必得有一个向着另一个落去，那么当然是地球，这个较弱的星球向着另一个较强的星球落去。如果我们认可相反的论据，那结果就是地球落向这块岩石，而不是这块岩石落向地球。因此，星星不会驶落，没有什么比这更确定了。那么流星并不以急遽的速度在天空中奔过，这些流星是什么呢？
↓7.没有一个夜晚是看不到流星的。每小时人们平均能看到四到八颗流星。但在一年中的一些固定时期，尤其是接近8月10日和11月12时，流星的数量会以惊人的比例增加，因此在这段时期有时会出现真正的流星雨。人们很久之前就注意到8月10日这个时期了，甚至那些对天文观察最不熟悉的人都注意到了。在某些地区，当地人们将这一时期出现的众多流星称为圣劳伦的眼泪，这些信仰单纯的人们，将这些光线比喻成遭受苦难的殉道者的热泪。实际上，圣劳伦节日也在8月10日。下面我们再列举一些流星雨的盛大景象。
在1839年8月10这个夜晚，在那普雷斯，四个小时内人们看到了一千颗流星；在麦兹，45分钟之内人们看到了87颗流星；在巴赫玛，六个半小时内人们看到了819颗流星；在纽哈文，三个小时的时间内人们看到了500颗流星。
1799年11月12日，在南美的库玛那，人们看到流星就像烟火一样，从很高的天空中陆续不断地射出来，就像一束束的烟花，在东方的天空中绽放。无数颗流星不断地在天空中画出一道道的磷光，这些燃烧着的球体就像天空中大炮所发射出来的红色炮弹一样，它们以惊人的速度，不停地穿梭在群星之中，在地面上投下它们的光亮。在四个多小时的时间里，在地球上的不同地方，从赤道到北极，都发生了同样的景象，整个天空都着火了！
1833年11月12日，从晚上九点到太阳升起的时候，在北美的长长的东岸线上，人们看到一场最值得回忆的流星雨。流星就像烟花一样，它们从天空中同一个区域绽放出来，然后向着不同的方向发散出去，有时沿着弯弯曲曲的线发散开来，有时是沿着笔直的线散发开来的。有很多流星在消失之前就爆炸开了，有些流星跟木星或金星一样亮。要数一下一共有多少颗流星，这简直是不可能的。它们有一半密集地降落下来，就像下雪时的雪花一样。但是当流星雨不是那么密集时，我们还是可以稍微对它有些认识，一位在波士顿的观察者试着去数他附近的流星的数量，在15分钟的时间内，在天空十分之一的区域内，他数到有866颗流星，那么整个可见的天空中就会有8660颗流星，因此一个小时就会有34640颗流星。然而流星雨这时已经持续了七个小时多的时间，而且只有在流星即将消失时我们才能观察到它，这是我们能够统计流星数量的基础。因此，仅仅在波士顿就出现超过24000颗的流星。如果我们计算出整个地球每年出现的流星的总数量有百万颗，我们是否应该对此感到惊讶呢？
↓8.那些伴随着库玛那的流星一起出现的火球，也会单独出现在天空中。人们将它们称为陨星。它们的形状一般是圆形的，有时看上去与月球一样大，有时甚至比月球更大。它们快速地划过我们的天空，投下它们明亮的光线，几秒钟后就消失不见。通常，它们会在走过的路线上留下一条发光的尾巴；有一些会发生可怕的爆炸，将他们燃烧的碎片投射到地面上。我们将这些碎片称为陨石。陨星出现的速度非常快，天文学家们在这个速度允许的范围，努力求出陨星的实际大小和速度。得到的结果证明各个陨星之间相差很大。人们指出有些陨星的直径有三十米左右，一百米左右，另外一些陨星直径则可达到两千米到四千米。但陨星最明显的特征就是它们那惊人的速度。在1850年7月6日，我们观察到的一颗陨星
，它每秒钟走过的路程是76千米，是地球在轨道上每秒钟走过的路程的两倍多。我们已经确认的陨星中最慢的每秒钟移动的距离是2700米。一颗子弹的速度要是它的1/7至1/6。总之，我们观察到的陨星中有几颗在空间中的运动速度要超过卫星。流星也一样。它们的速度可以与地球的速度相比。它们每秒钟走过的距离从12千米到32千米不等。
↓9.天文学家为了解释流星和陨星，他们就假设有很多漩涡，有很多体积很小的小行星环，它们绕着太阳转动。对太阳系的考察已经向我们揭示，行星中从最大的开始排列，是从木星到土星，一直到位于火星之外的小行星。很有可能在天空中还存在着比小行星更小的星体，它们中有一些还不如我们地球上的某些岛屿面积大。天文学家还认为，在天空中盘旋着一些真正的行星颗粒，它们的体积与一块岩石、一个橘子、一颗核桃差不多。那么我们就假定存在着一些天体，一些小行星，它们数量众多、难以计数，绕着太阳做不同的环状飞行，它们中有一些离地球非常近。我们可以想象，在一间黑暗的屋子中，有一条光带，在它上面悬浮着一些灰尘颗粒，它们排列成一个圆环形，我们让这些成环状的灰尘颗粒绕着中心转动，然后就可以想象出那些小行星绕着太阳运行时的情形了。
我们说过，地球距离小行星的圆环非常近，那么很明显，我们的星球相对而言质量非常大，它就能够使得这些靠近我们的小行星的运行发生摄动。受到地球引力作用的小行星，就会逐渐地离开它们的轨道，向着地球落去，以它们绕着太阳运行时的可怕速度，进入地球的大气层中。由于这些小行星运行的速度非常快，与空气发生很强烈的摩擦，于是它的温度急剧升高。这颗以往不能被人们所看到的天体，现在就会立即变得炽热起来，并开始闪闪发光，在后面拖曳着一条发光的尾巴。一般地，随着空气阻力的增加，同时伴随着下落的倾斜，这些流星的首次侵入大气层即告终止。然后它就会重新弹跳起来，就像一颗被斜着投到水面上的石子一样弹出。为了继续被打乱的行程，它就从大气层中弹出去。这些由于受到地球引力作用而偏离它们轨道的小行星们，分散开来并与大气层发生摩擦，在大气层中发出光亮，这样就形成了我们平时看到的流星或陨星。地球在一年中的不同时期，尤其是在每年8月10日至11月12日期间，会深入小行星群的漩涡内部，这就解释了流星雨在每年会周期性出现的现象。
↓10.当小行星第一次接触到地球大气层时，倘若在这颗迷途的小行星的方向上并没有足够大的阻力的话，它并不总是会被大气层弹回的。如果它并没有被弹出大气层，那么它就会整个地穿过厚厚的大气层，当它到达某个藏书网高度的时候，这时温度已经足够使它爆裂了，它就会发生爆炸，同时发出雷鸣般的响声，炸裂成无数个碎片，最后以流星雨或陨石雨的形式掉到地面上。这些石头掉落时的力量非常巨大，它们撞到地面的冲力，并不比炮弹的冲力来得小。它们黑色的表面，仿佛被上了一层釉，这传达出一种信号，表明它们开始熔化了。陨石的重量也完全不一样，它们有时就轻得像一粒灰尘一样，而有时则有几百千克重。由于爆炸而产生的陨石碎片有时会散布到十几平方千米的区域中，那么在爆炸之前，这颗流星的体积应该会有多大啊？
小行星的陨落是常见的。天文学观察已经记录了上百个小行星陨落的例子。我们已经完美地证实了从天空中会有石头落到地球上，通过研究这些石头，我们可以获得地球外一些物质的性质的资料。现在，通过对这些从太空中陨落的小行星上矿物质的研究，我们得出了一个奇特的意想不到的结果：迄今为止，我们研究的每一颗小行星陨石上的物质，在地球上都能找到。它们的铁与我们地球上的一样，硫与磷也跟我们地球上的一样，钙、硅、泥土、铜、锡……也都跟我们地球上的一样。这些矿物学样品，就是构成地球外另一个世界的的物质，它们的主要成分是铁。人们甚至认为，地球上那些巨大的纯铁块，正是来自于天空。在托伦（Thorn）附近，人们发现了一颗巨大的陨石，它的重量至少有12.5万千克，这个巨大的金属块在过去的某一天，就像一粒灰尘一样绕着太阳旋转。毫无疑问，它是小行星漩涡中的一部分。在今天，这颗小小的星体躺在地球上，被挖矿工人挖了出来，就像一处普通的矿源一样。从天空中掉下的石头告诉我们，在我们身边的那些来自地球外的物质，与我们身边的物质是一样的。
第二十二讲 彗星
↓1.彗星、彗星的轨道与方向。
↓2.彗星的出现、彗星的形成。
↓3.1843年的彗星、它的尾巴的大小、彗星头的大小。
↓4.彗星的构成物质、彗星不会挡住星星的光线、彗星不会使光线发生折射。
↓5.彗星在行星附近受到的摄动、穿过木星世界的莱克塞尔彗星、彗星的微小质量。
↓6.迷信所产生的不理智恐惧、对年表的改变。
↓7.蜘蛛网与被投石器投出来的石块、一些担忧。
↓8.轨道不闭合的彗星与周期彗星、哈雷彗星、克雷霍的计算、理论与事实的完美一致。
↓9.比拉彗星、10月29日的夜晚、比拉彗星一分为三、恩克彗星与水星的质量、彗星的数量。
↓1.由于行星与它们的卫星的轨道几乎是圆形的，这使得在我们所见的范围内总是看到它们绕着它们的中心在转动，因此我们认为，行星与它们的卫星的确是太阳系中最主要的部分。在今天，我们看到它们在这个位置，在明天，我们会看到它们在另外的位置出现。在任何时候，我们都能够在星空中发现它们。但是不时地还会有另外一些星体加入这个一直在我们天空中出现的星体群之中。这些星体非常奇特，它们非常庞大，我们不知道它们从哪里来，它们出现后很快地又滑入到无限的深空之中。这些星体就是彗星。
人们通常会将一颗彗星分为三个部分。它们分别是彗核、彗发、彗尾bbr>。彗核是彗星的中心部分，它比其他的两个部分都要亮，似乎是由于它那里聚集了更多物质。彗核被一群体积非常庞大的雾状物包裹着，这像一种发光的雾，我们将它称为彗发。由于这一特点，我们有时将彗星称为发星。大部分的彗星都带有一个或长或短的发亮的轨迹，它的形状是可以变化的，我们将它称为彗尾。但是，有一种新的彗星既没有彗尾又没有彗发，我们还是将它称为彗星。在彗星所有的特征中，最首要的特征就是它有一根长长的轨道，这个轨道既可以离太阳很近，也可以离太阳很远，其中远的，可能我们用最好的望远镜也看不到。彗星与行星一样，也是顺着椭圆形的轨道，绕着作为光源的太阳转动。不过，彗星的轨迹是如此之长，甚至有时候我们都可以说它扫到了太阳的表面，这些轨迹甚至都可以延伸到太阳系的最外层区域，即海王星之外的地方。而且有很多彗星，似乎在天空中飘忽不定，沿着它们的轨道从一个太阳飞到另一个太阳。它们的轨道是开放的，如果碰巧它到了我们的周围，那么在太阳引力的作用下，它会暂时地向着太阳靠近。在穿过了太阳系中所有的行星轨道之后，它又会离开，一往无前地往运行，然后，毫无疑问，它们又去拜访远处的新太阳，直到有一颗太阳用自己的引力使这颗彗星臣服于自己，这样，这颗彗星的轨道才会固定下来。
下面是彗星与行星相区别的第二个力学特征。一个位于太阳北极上的观察者，他所看到的行星都是向着同一个方向，即从右到左旋转的，并且它们的轨道几乎处于同一个平面上，这个平面与太阳轨道的理想的延长面是同一个平面。在这个公共平面的延长面所对应的狭窄的天空区域之外，我们从来没有见到有行星出现。在天极的附近区域，比如在小熊座的星星中，以及在长蛇座的星星中，去寻找行星，这是白费力气，因为行星所在的区域位于这两个处于端点的星座中间，彗星却与行星相反，它们的轨道是尽可能倾斜的。它们可以出现在天空中的任意一个区域，无论是两极区域还是行星所在的区域，而且，它们有时与行星运动的方向一致，有时又与行星的运动方向相反。
↓2.当彗星与我们的距离超过一定限度时，我们就根本不知道那里有彗星过来了。预测、计算对彗星来说都没有意义。这个外来的星体，它第一次来拜访天空中这一个区域时，总是出乎我们的意料。某个警觉的天文学家在望远镜中看到了一颗彗星。这是一个模糊的白色雾状物，周边呈圆形，中间比边缘明亮，此外便什么都看不到了。但是当这雾状物靠近太阳时，它的形状会发生改变，它原先是圆形的，现在变成椭圆形了。然后，这个雾状物继续延伸出去，将它一部分的雾状物散播出去，其散播的方向与照射它的太阳光线的方向相反。最后，彗星在它后边划了一条长长的尾巴。当彗星走到了近日点，这时的彗星最亮，它那发亮的长长轨迹变得最大。然后，彗星又继续它轨道的第二段行程。现在，它走得越来越远了。这时，它的尾巴仍然朝向与太阳相反的方向，但它不再位于彗星的后面，而是位于它的前面，同时，它的亮度也一点点地消失，最后就完全变黑了。它的头，也就是那个彗核，最后也由于距离太过遥远而消失不见。因此，一方面，彗尾并不是一成不变的，有时，彗星的彗核与彗发的云状物质会爆发似地喷射出来，由此形成彗星的彗尾；另一方面，彗尾在其轨道的第二段中，它只出现在太阳的附近，因此彗尾也许是由太阳所发出来的热量或是其他的力量所产生的。因为彗尾几乎总是朝向与太阳光线相反的方向：当彗星靠近太阳时，它处于彗星的后面；而当彗星远离太阳时，它处于彗星的前面。彗星很少在它的核的两端同时发生喷射，当它两端同时发生喷射的时候，在它的一端会有一根或几根羽毛状的东西，我们把它称为彗星的胡子；而另一端就是我们所说的彗尾，但在这种情况下，这个发亮的轨迹的方向仍然取决于太阳的位置，彗星胡子上的羽毛是朝向太阳的，而彗尾则背向太阳。
↓3.彗星的尾巴的形状大不一样。它有时像一条直直的披巾，有时像一束绽放着的光线，而有时则弯曲得像一把可怕的弯形大刀，或者是展开成一个扇形的形状。它的尺寸有时大得惊人。1843年所看到的那颗最大的彗星，其尾巴长达2.4亿千米，宽达528万千米。假设它的头部区域靠近太阳，那么它就能越过地球扫到火星。当它转向我们时，它的尾巴能够将月球的轨道都包住，甚至要比月球的轨道大六倍。1843年所看到的那颗彗星，它的体积的确是异乎寻常之大。不过，彗尾长达4000万、8000万、1.2亿千米的彗星却也并不少见。
我们已经说过，这些从彗星体中喷射出来的巨大火条，就像从烟火中喷出来的一束束火花一样。彗星的物质似乎是受到来自太阳的某种排斥力的推动，于是彗星就从尾巴处爆射开来，散播出看不见的雾状物，之后，每一团雾状物都会在无垠的天空中继续它们的行程。那么，彗星要具有多大的体积才能经受得起这样的流失呢？它们的物质具有什么样的性质才能在天空中流动呢？1835年出现的哈雷彗星的头部直径长达56.8万千米，而1811年出现的那颗彗星的头部直径达180万千米。后一颗彗星的体积超过了太阳，而第一颗彗星就它自身的体积而言，是所有行星及其卫星加起来体积的40倍左右。1843年所看到的那颗彗星，尾巴非常大，但它本身却非常小，它的头部直径只有15.2万千米，不过，它的体积还是比木星的体积都要大。因此，彗星的体积通常是很大的。一般来说，它们都要超过最大的行星的体积，有的时候甚至可以与太阳的体积相比。
↓4.我们说过，一颗彗星的彗头包括如下部分：中间比较明亮的部分，即彗核；外层的云状包裹物，即彗发。如果单纯从核这个词来看，我们就会认为彗星是一个可以与行星相比的坚固天体，并且还会认为在彗星上环盖着一层类似于大气层那么厚的云状物。如果这样认为的话，那就完全错了。我们用高倍率的天文望远镜来观测，那么就会看到，彗星所谓的核并不是固体状的，而是呈发亮雾状物的形态，它比彗星的边缘部分要厚密一些。另外还有更加确定的资料来向我们证实，构成彗星的物质是非常微小的。透过彗星的厚厚包裹层，透过彗星的彗核，我们甚至都能看到天空中光线最暗淡的星星，就像在中间没有什么东西能够遮挡住我们的视线一样。在这样的结果面前，我们应该立即放弃那些认为构成彗星的物质是固体的或是液体的想法。最轻薄的雾、最轻淡的烟，它们与构成彗星的物质相比，都太过厚重了，因为这些物质，当它们有几百米的厚度时，它们就能形成一道星星的微光所透不过去的屏障。但是彗星的物质，它的厚度会有几千或是几万千米，它却仍然能够让我们看到星星的光线，而不会削弱光线的亮度。那么，我们至少可以认为，这是一种与地球大气层的气体相类似的透明气态物吗？不是。所有的气体，尤其是空气，都会改变穿过它的光线的方向，也就是说，都会使光线发生折射。但是当来自星星的光线穿过彗星，甚至在穿过彗星的彗核时，都不会发生折射，光线的方向并没有被改变，它会继续沿着直线传播，就仿佛在它的传播方向上没有遇到任何东西一样。那么，彗星的这种奇特的物质到底是一种属于什么类>型的物质呢？它既不是固体，也不是液体，也不是气体，我们对此一无所知。我们唯一可以确定的就是，这种物质非常的稀薄，地球上没有任何物体像它那样稀薄。
↓5.我们还有第二种方法来推断出彗星的质量是非常轻的。物体之间的相互吸引，会导致天体的运行产生摄动，引起摄动的星体的质量越大，被摄动的星体的质量越轻，那么所引发的摄动也就会越是严重。下面，我们仅以地球作为例子来加以说明。地球的质量非常巨大，它会将小行星群中的微小行星吸引过来，使它们偏离原先的轨道，冲进地球的大气层，最后成为流星或陨星，但是并没有一颗小行星能够改变地球的运动轨迹。太阳、行星、卫星、彗星，所有天空中的星体，都服从于这条最强有力的法则。因此，通过观察一颗彗星对它周围的行星造成的摄动以及行星对彗星所造成的摄动，我们就可能获得关于彗星质量的信息。在1770年，天空中出现了一颗彗星，它的名字叫做莱克塞尔（Lexell），在这之前人们从来都没有观察到它。它逐渐地向着地球靠近，最后到了与地球相距大约是月球与地球距离六倍的地方。很少有彗星与地球如此接近，那么，地球以及这颗在我们周边经过的彗星，它们之间产生的引力，相互斗争的结果是什么样的呢？地球似乎并没有注意到这位来访者的存在，它继续绕轴原样自转，同时也绕着太阳原样公转，就像这位来访者并不存在一样。地球的速度与方向并没有发生哪怕一点点的改变。而对于这颗彗星来说，情形就不一样了，由于受到它的邻居强大的吸引，它的行程延误了两天多的时间。最后，这颗彗星离我们地球远去，径直向着木星的世界飞去，但是在那个地方，危险应该更大。这颗彗星进入了这颗行星的四个月亮中间，它逐个地穿过它们的轨道，那么，那些微弱的卫星，在受到这颗彗星的吸引时，会出现什么样的情形呢？它们的运动会不会被这颗彗星所摄动呢？难道它们中间就没有一颗受到这颗彗星的吸引，离开木星，一直向着这颗彗星飞去吗？面对着这样的可能性，天文学家一直紧盯着他们的望远镜：木星的世界或许将告诉我们，有一天会有什么东西威胁着我们地球。结果与我们的预料并不一致，实际上在木星的世界中一点点麻烦事都没发生，彗星就这样飞过去，但这四颗月亮都没有改变它们的轨道方向，它们的运动既没有加速也没有减速，在彗星离开之前它们是如何转动的，在彗星到来之后它们还是那样地转动。于是人们认为，在天空中的那一个角落，并没有任何特别的事情发生。可是与此相反，这颗彗星自身，反而被木星和它的卫星吸引到这里吸引到那里，离开了它原来的轨道，进入了一个新的轨道，就这样迷失在无尽的太空中。自此之后，我们就再也没有看到过这颗彗星。因此，尽管彗星的体积异常庞大，但是它们的质量还不足以使它们对行星的运行产生最轻微的摄动，即使对它们的卫星也是如此。
↓6.长时间以来，由于彗星总是会出乎意料地出现，并且它们的形状总是非常奇怪，因此总会让人们惊骇万分。人们将它们看做是瘟疫、饥荒、战争来临之前的征兆。常识是这样一种能力，即坚持按照事物本来的样子来看待事物的能力，它通过科学的帮助，揭示了彗星出现时人们的惊惧只不过是由于迷信而造成的不理智的恐惧。天体那伟大的运行机理与人类的灾难并没有任何关系，太阳不会因为一个国王的死亡而不发光，同样的，也不会因为一颗彗星在天空中拖着它那长长的尾巴就宣告战争的到来，这些都是由于我们人类的愚蠢所造成的。在今天，我们已经对这一点达成共识。但另一个恐惧的原因又出现了，而这个原因似乎乍看起来还算有其根据。人们会认为，彗星可以在任意想象的方向上运动，那么有可能某一天，它们中的有一颗也许就会撞上地球，在这种情形之下，两个运动速度都奇快无比的星球相撞起来，这对我们来说难道不是致命的吗？我们不得不认识到这样一点：倘若一颗与地球质量差不多的彗星，它在运行的时候与地球相撞，那么二者撞击所产生的震动，就会使得陆地与海洋发生翻天覆地的变化，地球上的一切都会消失并灭亡。非常幸运的是，要发生这样的大灾难，需要有两个条件，而这两个条件似乎永远都不能得到满足：一个条件是质量，另一个条件是相撞。首先我们来考察一下两个星球相撞的可能性。
我们想象，一些随意地散落在广阔大气层中的灰尘颗粒，忽然有一阵风吹来，将它们吹向四面八方。我们认为这些微粒早晚会相撞，那么这种看法是合理的吗？不合理。因为大气层非常广阔，这种事情的发生只有一种可能性，但是这种可能性是微乎其微的。与其所在的广阔宇宙空间相比较，地球和彗星如果不是微小的灰尘颗粒，那么它们还能是什么呢？倘若我们忧心忡忡地担心它们会相撞，那是多么的疯狂和愚蠢啊！
如果我们假设彗星正好经过地球的附近，那么这种可能性就会变大了。几何学或许能告诉我们会有什么样的结果发生。一颗与地球质量相等的彗星，它经过地球与太阳之间，它到了与我们地球相距只有6万千米的地方——人们从来没有见到过有这样的事情发生，那么它会使得地球在其轨道上稍稍慢一些，地球上一年的时间就会延长至367天16小时5分钟。你们已经看到，彗星的来访并不是一件恐怖的事情，它只是稍微地改动了一下我们的年表，然后就离开我们了。
↓7.而且，我们还对此作了稍许夸张，假设一颗彗星的质量与地球的质量相同。我们知道，恰恰相反，彗星的质量是非常小的，它不能使得行星与卫星的运行发生最轻微的改变，我们还知道，彗星的物质是非常稀薄的，薄得连地球上最轻的雾、最薄的气都不能与之相比。如果碰撞发生了（当然这是不可能的），那么，由于彗星的质量非常小，也不会造成撞击的后果。也许我们都没有感觉到，就已经穿过了彗星。这个巨大的云状物没有给地球施加多少阻力，它不比蜘蛛网被投石器所投出的一块石头撞上而造成的阻力来得大。
但是，因为人们心中的恐惧是如此根深蒂固，有人还会这样说：即使彗星的物质是如此微细轻薄，它不可能对地球造成阻力，但是，它至少可以与大气混杂在一起，使得人们呼吸困难，难道我们就如此肯定，当一颗彗星的尾巴扫过地球时，它不会将一些致命的物质带入到大气中吗？而且，我们不是已经证实了，所有的彗星都有云状的半透明核吗？即使在大白天，我们也能看到彗星异常的明亮，这使得我们不得不产生怀疑：彗星的核是否更为紧密？它也许是由固体构成的，或是非常炽热的？受到这样一个炽热的火炉撞击，还能没有危险吗？对所有的这些问题，科学都保持沉默。对彗星的研究还没有到达这么前沿的程度。但是从一个更为普遍的观点来看，科学家可以做出如下的回答：因为天空无限的广阔，地球与彗星相撞，这种可能性非常的小，我们对此加以过多关注，这是非常不合理的。假如你们经常在耳边听到这些幻觉式的说法，它们告诉你会有彗星来撞击地球，那么孩子们，请放宽你们的心吧！天空是如此广阔，地球和彗星在这个广阔的空间里找到了它们各自的轨道，它们是不会相撞的，而且你们害怕什么呢？大自然的法则在指引着它们。
↓8.所有的彗星，一开始它们受到了某种推动力的作用，是一直沿着直线运行的，但是它们一旦受到了太阳引力的作用，就会沿着弯曲的轨道运行。它们像行星那样，绕着太阳转动。但有时，它们的轨道是无限地延伸出去的，它的两端不会闭合；而
有时，它的轨道会成为一个可以回到自身的圆形。那些轨道不会闭合的彗星，似乎暂时地靠近太阳，然后又走远，不会再回来了。也许在无限远的距离处，它们在行进的道路上又遇上了其他的太阳，于是又绕着这些太阳转动。那些轨道可以闭合的彗星，由于它们距离我们遥远，所以我们看不到它们，但是它们总会周期性地在我们的天空中出现，这个周期的长度取决于它所走的轨道的大小，我们将它们称为周期彗星。人们估测，某些周期彗星要花上几个世纪、甚至是几千年，才能绕它们那非常大的轨道运行一周。它们轨道的一个顶端处于太阳附近，而另一个顶端，则处于太阳系最外围的边界处。天文学还没有足够的资料可以计算出它们的路程、预测出它们的返回时间。在周期彗星中，有一小部分，由于它们是频繁出现的，所以比较容易预测。在今天，天文学家可以预测它们的到来，并且可以预测出它们在天空中出现的具体位置。主要的几颗彗星有如下几颗：哈雷彗星，它每隔76年就会回来一次；恩克（Encke）彗星，它每隔三年半就公转一周；比拉（Biela）彗星，它绕其轨道一周，需要一年零九个月的时间。英国的天文学家哈雷，他与牛顿处于同一时代，而且跟牛顿是好朋友。他是第一个猜测彗星周期的人。在1682年，出现了一颗彗星，哈雷仔细地研究它的运行，然后将他所观测得到的结果与前人的观测结果作仔细比较。1682年出现的这颗彗星，就是1607年和1531年出现的同一颗彗星，在这三次出现的情形中，彗星所走过的轨道差不多是相同的。因此，这三颗彗星应该是同一颗彗星，只不过每隔75年至76年就出现一次而已。哈雷洞察了这一富有成效的观点，他毫不犹豫地预言，这颗彗星会在76年后，即于1758年年末或1759年年初，重新回到地球。这位声名显赫的天文学家并没有活到那时候，因此没能看到他的理论得到辉煌的证实。但是由于哈雷没有办法确定这颗彗星受到行星摄动的影响会有多大，因此他对此还是含糊其辞。一位法国几何学家克雷霍（Clairaut），在1758年解决了摄动这个难题，并且预测，这颗彗星会在1759年4月经过地球，最多早一个月出现，最晚会晚上一个月出现，彗星这次会比它之前的公转周期多走618天的时间：受土星的影响，多走100天；受木星的影响，多走518天。事实证实了这一高明的推算，这颗彗星在他所提出的时间范围内，于1759年3月12日再次出现了。
在此之后，由于考虑到克雷霍时代未知的天王星的摄动作用与地球的摄动作用，天文学家的预测也变得更为精确了。接下来1835年这颗彗星再次出现的时间与我们所预测的76年的周期只差了三天。事实与计算预测之间的这种完美的一致性，是对天文学理论的最完美的证实。有一颗我们还不知道的彗星出现在我们的天空中，它只亮了几天，然后它就进入太空的深处，好多年都看不到它。但不管怎样，科学一步一步地观察着它，在科学的思想中，它能看到这颗彗星日复一日地在它的轨道上运行，于是就能预测出这颗彗星再次出现的日期与位置。
↓9.根据哈雷彗星的周期，我们每隔76年往前追溯，来比较一下彗星的轨迹。我们发现，哈雷彗星就是那一颗在1456年出现的、并使整个欧洲都恐惧得发抖的彗星。它的尾巴像一把弯刀，被人们看做是土耳其战胜基督教的征兆。再近一点，在1832年，天空中出现了一颗叫做比耶拉（Biéla）的彗星，这颗彗星是根据首次观察到它的天文学家即比耶拉（Biéla）的名字来命名的。它同样也引发了不理智的恐惧。根据计算，在10月29日的晚上，这颗彗星应该会穿过地球的轨道，在那些不熟悉天文学运行法则的人们中间，产生出了巨大的恐慌。如果地球恰好经过这颗彗星所穿过地球轨道上的那个点，那么情形会变成什么样子呢？我们会被撞得粉身碎骨吗？我们会淹没在彗星的云状物之中吗？但是这个可怕的夜晚非常平静地过去了。当彗星走到地球的轨道上时，地球离这个交错点至少有8000万千米。我们再重复一次：天空是广阔无边的，行星与卫星都在其中悠闲地转动着，不存在什么相撞的危险。
在这颗彗星后来的多次重现中，1846年的那一次出现，为天文学家提供了天空史上比较独特的一个案例。我们所期待的这颗彗星并没有出现，而是出现了两颗更小的彗星，它们并排在天空中游弋，但却从不相互接触。在运行的过程中，原先的一颗彗星变成了两颗。那么，在这颗彗星身上，曾经发生过什么事情呢？它是不是碰上了某颗小行星，猛烈的撞击使得它变成了两颗彗星？事实上，它的确刚刚穿过了火星与木星之间的小行星区域，或者说是它由于某种相反的引力作用，那巨大的云状物被分成了两个部分。这些只不过是简单的猜测，事实就是这颗彗星现在一直保持着分裂成两颗的状态。
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图79 比拉彗星（1846年2月拍摄）
恩克（Encke）彗星的显著特征是它的公转周期特别短，只有三年零六个月左右。因此，人们也将它称为短周期彗星，但是它的轨道也有水星到木星的距离那么长。彗星常常使人们产生想象的恐惧，但是这颗彗星现在可以弥补一些过错。它对天文学作出了一个贡献。根据它在水星附近所受到的摄动，我们可以计算出水星的质量，由于水星没有卫星，所以我们不能运用测量行星质量的基本方法来测量它的质量。这颗彗星被无知的人们看做是灾难，但现在知识却可以利用它来拓展我们对天空的认识。彗星不再是地球灾难的征兆，而是能帮助我们来测量行星质量的工具。
在我们太阳系里转动着的彗星，它们的数量是非常大的。天文学已经记录下的彗星数目有800个之多，这些还不包括人们虽在不同的年代中看到过、但却没有做出精确预测的彗星，每年都会有新的彗星出现，仅仅在海王星的轨道中出现过的彗星，其数量就超过了上百万。
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。
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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 8fd9." >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。
.９９lｉb.t>↓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.随藏书网着星等越来越低，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?99lｉｂ.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。
第二十四讲 恒星（二）
↓1.聚星、恒星像卫星一样公转。
↓2.聚星的颜色、五颜六色的白天、单颗恒星的颜色。
↓3.周期变星、鲸鱼座的ο星，南船座的η星、不规则变星，消失的恒星们。
↓4.新星、1572年的新星、1604年的新星等等、重新点亮的太阳们。
↓5.在我们的地平线上可见的星空。
↓6.拱极星座。
↓7.用连线法寻找主星。
↓8.冬季天空中的星座。
↓9.夏季天空中的星座。
↓1.我们所说的聚星就是由几颗恒星，两颗、三颗、四颗或更多的恒星组成的星群，它们构成了同一个恒星系统，并且彼此之间相互绕着转动。双星是最常见的聚星，我们所认识的双星有三千多颗。三合星似乎数量很少。天文学上有记录的三合星只有52颗。那些由更多的恒星组成的星群就更少了。双子座的北河二或α星是双星；仙女座的α星是三合星；天琴座的ε星是四合星；猎户座的θ星是六合星。不论构成一个聚星的太阳们有多少颗，它们之间总是离得非常近，以致肉眼看上去它们会混合成一个单独的发亮的点。我们要在非常好的大气状况下，用最好的望远镜，才能看到它们是单独分开的。比如说，天鹅座第六十一颗星，即使我们最锐利的眼睛去观察它，它看上去也是不可分开的一颗星。我们用高倍望远镜来观察它，它就会分成两个差不多亮度的星星。但我们不能因为无法将这两颗星星区分开，就断定它们之间的距离非常近。天琴座第61颗星的两颗星之间相距至少有68亿千米，这比海王星的轨道半径还要长。根据引力定律，小一点的恒星受到大一点的恒星的引力作用，会绕着大一点的恒星作椭圆形运动，就像行星那样。今天我们在主星的上空见到它；过一段时间就会在左边见到它；再过一段时间后，就会在下边见到它；然后就会在右边见到它；最后，它又开始了新的转圈运动。在所有的聚星中，都会发生同样的情形：那些质量小的恒星，就像普通的卫星一样，会绕着那些质量较大的恒星旋转，走出一个椭圆形的轨道来。控制着太阳系并使得行星做圆周运动的力量，即牛顿引力，同样也会施加到我们肉眼所能看到的宇宙中最遥远的区域。一颗石子向着地面落下，这使我们明白了地球每年都在绕着太阳公转，它还使得我们明白，一颗恒星绕着另一颗恒星转动。被风吹起的灰尘颗粒，与位于宇宙边界处的那些可见的恒星，它们都遵循着同样的法则。
每颗聚星中作为卫星的恒星，它们绕着自身的轨道转上一周，所需要的时间是不一样的。武仙座的ζ双星公转的周期是36年；大熊座的ξ星公转的周期是58年；半人马座的α星公转的周期是78年；天琴座的第61颗星公转的周期是452年；狮子座的γ星公转的周期是1200年。
↓2.一般而言，构成一颗聚星的恒星们具有不同的颜色，它们中有的是白色的，有的是黄色的，有的是红色的，有的是绿色或是蓝色的。我们的太阳是白色的，也就是说，它向我们传播白色的光线。如果太阳的光线是蓝色的，也就是说如果它自身是蓝色的，那么所有地球上的物体在我们看来就仿佛涂上了一层蓝色一样，这就像我们透过一片蓝色的玻璃去看风景，于是，白天也会变成蓝色的了。如果太阳是红色的，那么白天也就会变成红色的了；如果太阳是绿色的，那么白天也就会变成绿色的了。我们想象一下，在我们的太阳系中有三到四颗太阳，而不是现在的一颗；它们中的一颗是白色的、一颗是蓝色的、另一颗是红色的，最后一颗是绿色的。那么，在地球上同一个半球上，我们可以一个一个地看到它们，或者是两个两个地看到它们，或者是三个三个地看到它们，或者是四个四个地看到它们，那么在地球上.的大部分时间里，都将没有黑夜了。一个太阳刚刚落下，另一个太阳就会升起。但是这种连续不断出现的白天也是各个不同的：因为地球在接收到白色光线的照耀后紧接着就会接收到红色光的照耀，然后又是绿色光与蓝色光的照耀，接踵而来的是有两个太阳的白天、有三个太阳的白天、有四个太阳的白天，这些白天的光明和热量都是不断变化的，这是因为这些太阳所发射出来的原初光线会按照不同的比例混合在一起。实际上，这些多个太阳并存的神奇景象在一些行星上是存在着的，那些行星被一个聚星像太阳那样照耀着。
除了白色光之外的其他颜色的光，也可以在单个的恒星上发现，不过很少出现。毕宿五、大角星、心宿二、参宿四，它们都是单独的恒星，发出红色的光；五车二星与河鼓二星（即牛郎星）发出黄色的光。除了这几个比较特殊的恒星之外，基本上其他的单颗恒星都发出白色的光。
↓3.人们发现，有一些恒星，它们在或长或短的一段时间内，发出的光周期性地变亮或减弱，人们把这种恒星称为周期变星。因此，鲸鱼座的o星有时会达到一等星的亮度。在1779年10月的时候，它还不如毕宿五星亮呢！在更为通常的情形下，它的亮度是二等星的亮度，在它发出最亮的光之后，它再过上十五天左右的时间，它的光就会逐渐地变弱，那个时候甚至用望远镜都看不到。之后五个月的时间中，人们都没有见到过这颗星。然后它又重新发出亮光、再次出现，并且每天都会增加它的亮度，最后就会恢复它最初的亮度。然后又开始了一个同样的周期，这个周期大约是332天。
南船座的η星更为特殊。我们只有在南半球才能看到这颗恒星。在19世纪初，它是被列为四等星的。1837年之前的几年，赫歇尔在好望角观测到了这颗恒星，并且在随后的几年中，一直观察到它是二等星的亮度；1837年的时候，赫歇尔发现这颗恒星迅速变亮，几乎达到与天狼星差不多的亮度。它用了15天左右的时间就完成了一个变化周期。之后它又重新变暗，但是它的亮度并没有降到一等星之下。在1843年，南船座的η星再一次以同样快的速度变亮，重又达到与天狼星差不多的亮度。之后，它这种异常的明亮持续到了1850年。
对于恒星发生亮度增减的这种变化，我们不可能确切地知道其原因所在。或许这些周期变星就像我们的太阳一样，也有些黑斑在圆盘上，但它们黑斑所占的面积可能会更大些。这样，当这些恒星朝向我们时，黑斑就会削弱它圆盘的亮度。或许这些恒星们有一些不透明的卫星，它们类似于我们地球这样的行星，当这些卫星绕着这些恒星转动的时候，就会挡住我们的视线，于是就产生了遥远恒星的真正的食的现象。
有一些恒星，它们的颜色或者是光的强度所发生的变化是非常缓慢的，它们不会周期性地变回到原先的亮度。人们把这些恒星称为不规则变星。它们中有一些要用几个世纪的时间才能变暗，有一些要用几个世纪的时间才能变亮，就像是它们的光源变得衰退下去或是变得活跃起来一样。另外还有一些变星，它们的星等保持不变，但它们的颜色会发生变化。在古代，天狼星是火红色的，但在今天，它却变成了明亮的白色。人们很少见到星星会完全消失，并且在天空中没有留下任何痕迹，这是一个很大的问题，对此我们还一无所知。有的太阳衰退了，有的太阳复现了，有的太阳陨灭消逝了。我们的太阳能一直保持它的热度不变吗？无数年后，当地球上没有人类居住时，地球是否依然在黑暗中绕着死去的太阳转动呢？
↓4.从另一方面来说，总有新的太阳诞生。这就是所谓的新星，它们突然出现在天空中，发亮一段时间后，就消失不见了。1572年就出现了这样一颗新星。天文学家第谷?布拉赫告诉我们，他惊讶地看到，有一颗异常明亮的星突然出现在仙后座中，他几乎不敢相信自己眼睛所看到的现象。在原先我们认为永恒不变的天空中，有一颗新的太阳刚刚亮起来，这一新的太阳在所有方面都和别的太阳相似，只是它比一等星闪烁得更强。它的亮度超过了天狼星。如果我们的视力足够好，即使在正午时我们也能将它辨认出来。即使在漆黑的夜晚中，也能多次透过厚厚的云层看到这颗星，而此时其他的星星都被云遮住看不见了，而且就像其他普通的恒星一样，它在天空中的位置一直保持不变。两三个星期后，它的亮度开始减弱，在1574年3月，它就消失不见了，它发亮的时间持续了17个月。
我们还可以列举出一颗非常特殊的新星，即1604年由开普勒在蛇夫座和巨蛇座中观察到的星星。那些在1572年看到新星的观察者发现，在最初的几天里，这颗1604年的新星比1572年的新星还要亮，在这之后它的亮度逐渐变弱，15个月之后它就完全消失了。1670年在天鹅座附近出现了一颗新星，这颗新星还要奇怪，它看上去似乎要消失了，但在它完全消失前，它又重新亮了几次。最后我再举一个距离我们时代比较近的例子。1848年在蛇夫座和巨蛇座中出现了一颗小小的红色的星，然而仅仅过了一年，这颗星就消失不见了。
这些新星是否就是新出现但很快就被摧毁的星，就像一部创作失败的作品很快被销毁一样呢？或者它们突然经历了一场大火，照亮了自己，从原先看不到的状态变成可见的呢？是不是某种巨大的电炉突然在它们的表面发亮，电炉迟早会熄灭或重新点亮？物质不会被毁灭，它只是在转变，它不会从有到无。创造和毁灭都是表面现象，而物质只是向着新的形式转变。我们不能因为一颗恒星不再发亮就认为它已经毁灭了，恒星在经历了黑暗的阶段后，也许它会再次获得那原先使它发亮的力的作用，从而在某一天又变得亮起来。
↓5.在迅速介绍了恒星宇宙的主要情况之后，我们还要再讲述一下在无数的恒星中辨认出一些恒星的方法。你们知道，我们将星群称为星座，而对于星群的划分是随意约定的，之后我们借用不同种类的物的名字，如工具、动物、人名等等来为星座命名。你们已经认识了大熊星座和小熊星座。如果你们记得不够完整的话，那么你们先回去看一下我们讲述星座的那一讲，因为小熊星座和大熊星座可以作为我们认识其他星座的出发点。
在某一个特定的观察点，由于地面是弯曲的，它总挡住天空的某一部分，使我们看不到整个天空。要想用眼睛观测到整个天空，那我们需要走到赤道以外的区域去。这一点我在前文中已经论述过了，所以在此就不再赘述了。在我们的地平线上只有一个非常狭小的空间区域，在这里，一半是白天，一半是黑夜。因此，在我们的地平线似乎应该有一半的星座是一直都看不见的，它们总是被白天的光遮住。我已经在别的地方告诉过你们，如果地球处于原地不动，而只是绕着自身转动，那么我们在白天就总是看不见这一半的星座。但由于地球是绕着太阳公转的，所有在地平线上升起的星星都会依次来到我们夜晚的天空中，因此我们迟>早会看到这些星星。我们接着进一步研究这一点。
太阳日平均比恒星日长4分钟。今天与太阳同时经过子午线的一颗恒星，明天它就会比太阳早4分钟经过子午线，后天就早8分钟，依此类推下去。将它提前的时间依次累加起来，那么这颗星就会在某个夜晚来到我们的天空中，由此我们就看到了原先看不到的星星了。因此星空的景象，它是随着一年中时间的不同而不断地在变化的。我们将要考察一下冬天和夏天星空的主要特征。但首先我们先研究一下拱极星座。
↓6.星空似乎形成一个整体绕着地轴（通过想象将其延伸就可以到达北极）转动。从表面来看，每颗星星都绕着这根理想的线画出一个或大或小的圆形轨道，圆的大小取决于星星与两极的距离。但对于那些靠近两极的星星，由于其方向高出地轴，因此它们所画的圆整个都位于地平线的上面。对于那些距离两极很远并靠近天体赤道的星星，它们画出来的圆则多多少少有一部分位于地平线之下。前一种星星从来不会升起，也从来不会落下，它们总是位于可见的天空区域，当太阳落山时它们就出现在那里；当太阳再次出现时，它们就消失不见了。它们从来不会被地球的曲线遮住看不见，由这些星星所构成的星座就是拱极星座。而后一种恒星，即距离两极很远并靠近天体赤道的星星，则与之恰恰相反，它们会升起和落下。也就是说，它们会从东方的地平线上升起，一直升到天空的高处，然后走到西方，最后落在地平线下。不论一年中的哪一天夜晚，我们都能看到拱极星座。只不过因为它们是绕着轴转动的，所以它们有时会出现在极的右边，有时会出现在极的左边，有时会出现在极的上边，有时会出现在极的下边，这取决于我们对之观察的时刻。大熊星座、小熊星座、仙后座以及英仙座，都是拱极星座。
我请你们回忆一下，大熊星座是由七颗主要的星星组成的，其中有六颗亮度差不多都是二等星的星星。大熊星座中的四颗星星排列成一个不规则的长方形，另外三颗则从这个长方形的一个角上延伸出去，形成了一个弯曲的尾巴。连接大熊星座四边形最外边两颗星星，也即将两颗守护星连接起来，我们把这条连线延伸出去，就会遇到北极星，这是处于小熊星座尾巴末梢的一颗二等星。小熊星座的面积要小一些，它与大熊星座一样，同样由七颗星星组成，但是方向正好相反。在它的这几颗星星中，只有三颗是比较明亮的，即北极星与四方形最末端的两颗星星，而其余的四颗则刚刚能够被我们看见而已。
↓7.既然如此，我们就假设，现在的时间是12月末晚上的9点钟与10点钟之间，夜晚是晴朗的，我们所选择的观察点使得我们能够看到整个的天空。这时，我们向北看去，大熊星座就位于北极的右侧略微靠下的地方，它的尾巴朝向下面。再过一个小时，我们将会看到，大熊星座受到天空转动的影响，将会被带到北极星的右侧。接下来再过一些时候，它将会移到北极星的上边。而到那时，天就要亮了。现在这个时候，大熊星座正位于北极星的右侧，那么在它的四边形正对着北极星的对面，也就是处于我们左侧的地方，有一个美丽的星座，它由六至七颗主星组成，形成字母W的形状，或是一把倒着的椅子的形状，这就是仙后座。仙后座总是与大熊星座隔着北极星遥遥相对。当大熊星座位于北极星的右侧时，它就位于北极星的左侧；当大熊星座位于北极星的下面时，它就位于北极星的上面。从大熊星座的四边形可以引出两条对角线，一条通向大熊星座的尾巴，另一条并不通向大熊星座的尾巴。我们将后者延伸出去，它可一直延伸至仙后座的附近区域，一直穿过英仙座。英仙座并不是很亮，但这个星座由于大陵五（英仙座β星，即西方的妖魔星）而出名，这是一颗周期变星。每过三个半小时左右，它就从二等星变成四等星，再过同样一段时间，它又会从四等星变成二等星。
在英仙座的附近，几乎接近天空顶点的位置，有一颗非常美丽的黄色的一等星，这就是御夫座的五车二星。五车二星自身呈现为一个非常不规则的五边形的形状。从大熊星座四边形中靠近北极的那一侧，向着北极星的方向延伸，我们很容易就能找到五车二星。五车二星也属于拱极星，它会一直挂在我们的地平线上方。
↓8.现在你转过身去，面向着南方望着，你就会看到一年中最美丽的那些星座。你首先会看到的是猎户座，它呈现出一个不规则四边形的形状，在这个四边形的中间，有三颗同等亮度并且靠得非常接近的星星，它们排列在一条直线上，这三颗星星组成了这位猎户的腰带。猎户手里拿着根大头棒，用它来打向金牛座。人们一般将这三颗星星称为三位国王或是三位魔法王。在猎户座四边形的四个角上，有两颗星是一等星，其中位置高一点的那颗星是参宿四，它呈现出淡淡的红色，是猎户的右肩；位置低一点的那颗星是参宿七，它是白色的，是猎户的左脚。将猎户座腰带上三颗星的连线向着东南的方向延伸，就能遇到天空中最亮的星星，它就是大犬座的天狼星。在猎户座四边形的东边，几乎与参宿四同样高的位置处，还有一颗一等星，它是小犬座的南河三。天狼星、参宿四与南河三这三颗星就构成了一个等边三角形，银河就从这个三角形中穿过。现在我们将猎户座腰带上三颗星的连线向着天狼星相反的方向延伸出去，那么这条线就会遇到一颗红色的一等星毕宿五，它就是金牛座中金牛的眼睛。另外，有五颗很亮的星星构成了这头金牛的前额，它们呈现出字母V的形状。毕宿五就位于字母V中一个分叉的底部。我们还是继续沿着猎户座腰带上三颗星的连线方向，在越过毕宿五之后，我们会遇到昴星团，它是由六至七颗距离非常近的星星?组成的星群。要将这几颗星星区分开，需要敏锐的眼光。——毕宿五就位于与昴星团非常相似的毕宿星团中。——从大熊星座的四边形与尾巴的交点处引一条对角线，并使它延伸出去，那么这条延长线会经过天狼星，到达天空的另一端，它在半路上会穿过双子座，在双子座中有两颗非常美丽的星星，其中一颗是一等星北河三，另一颗是二等星北河二。这两颗星都位于南河三的上方。几乎位于参宿七到参宿四的对角线的延长线上。
↓9.现在假设我们正处于六月末的时候，那些冬天的星星都消失不见了。天狼星、南河三、参宿七、毕宿五，它们都看不见了。它们只有在白天的时候才经过我们的头顶上空，而另外一些星星则会代替它们在夜晚出现。这时，大熊星座位于北极星的左侧，它的尾巴向上，而此时仙后座则位于北极星的右侧，它的 6905." >椅背平卧在地平线上。大熊星座的尾巴向着西方，像一根手指一样弯曲着。顺着它弯曲的方向延长下去，我们就能看到一颗红色的一等星，它就是牧夫座的大角星。如果我们继续顺着大熊星座尾巴的弯曲的弧弯下去，就像画一个圆一样，那么在过了大角星之后，就能看到另外一颗一等星角宿一，..它属于室女座。还是在西方，向北一些，我们就能看到轩辕十四，它是属于狮子座的星。将大熊星座的守护线顺着与北极星相反的方向延伸，就能遇到狮子座，它是由六颗星星排列成一把收割者所用的镰刀形状，我们据此把它辨认出来。在狮子座中，最亮的一颗星星是轩辕十四，它是一颗一等星，位于镰刀柄的末端。在几乎接近天顶的地方，大角星的东边，有七颗星排列成一个规则的半圆，虽然这些星不是很亮，但我们还可以辨认出它们，这些星就组成了北冕座。七颗星中最亮的一颗星，是二等星贯索一。将大角星与贯索一之间的连线延长到两倍距离处，即到银河附近，有一颗非常漂亮的一等星在闪闪发光，这就是天琴座的织女星。在织女星的下方，有四颗非常小的星星，排列成一个规则的菱形。12000年后，织女星将成为北极星。将贯索一与织女星连接起来，在它们的连线中间会经过武仙座。这个星座没有什么引人注目的特征。但我们要注意的就是，太阳在它行星的陪伴下，以每秒钟八千米的速度向着这片天空区域，即武仙座所在的区域移动。在天琴座的左边，银河的正中央，银河正是从这个地方开始分叉的，我们可以看到有五颗星排列成一个巨大的十字架的形状，这个十字架的水平方向那根较长，而竖直方向那根较短。位于十字架顶部的那颗星，亮度接近于一等星。其余四颗星都是三等星的亮度。这就是天鹅座。从北极星引出一条直线，使得这根直线经过天鹅座，那么这条直线就会在银河外沿不远处遇到三颗排列非常规则的星星。位于这三颗星星中间的是一颗一等星，这些星星就组成了天鹰座的一部分。天鹰座的主星称为河鼓二星（即牛郎星）。
第二十五讲 星云
↓1.银河、银河的形状与位置。
↓2.赫歇尔对银河的探索与研究。
↓3.雾所产生的景象、雾气笼罩的地平线。
↓4.由恒星们组成的磨盘、对银河的解释。
↓5.对天空的测量。
↓6.星云的形状与大小、光穿过银河所需要的时间。
↓7.从远处看到的银河。
↓8.天空中的岛屿。
↓9.光的百万年旅行、不可分解星云、太阳诞生的实验室。
↓1.在晴朗的夜空，谁不曾看到过一条发亮的带子，就像一道发出磷光的雾气，从天空的这一端横跨至另一端？天文学家将它称为银河，通常人们会将它称为圣雅克之路。古人曾经讲过这样一个故事：有一天，朱诺（Juno）给她的孩子武仙（Hercule）哺乳时，有几滴神圣的奶汁从婴儿的嘴中流出来，洒到了天空中，由此形成了银河，即奶汁之河。科学保留了古代神话传说中的这个名字，但是，它却摒弃了原先的奶汁形成银河的这个传说，而赋之以另外一个更为庄重的解释。对于这一点，你们在下文中可以自行判断。
通过肉眼来看，银河就像一层发亮的淡淡的轻雾，它呈现为一条不规则的带状。银河环绕在整个天空中，把天空分成两个几乎相等的部分。在我们的这个半球，冬天时>?我们会看到银河穿过仙后座、英仙座、御夫座，非常靠近御夫座的五车二星；接下来，它经过猎户座的附近，把猎户举着的大头棒罩住了；最后，它到达天狼星的附近。在夏天，它从仙后座流向天鹅座与天鹰座，并穿过它们；从天鹅座开始，它分成两个分叉，而在南边的天空靠近半人马座的α星的地方，银河的这两个分叉又合二为一了。于是，在整个银河长度一半的地方分成两个弧，而另一半则单独成一部分，也许我们可以将它比喻成一枚戒指，该戒指的金属环被分成两个部分，中间留出一个空隙，嵌进那珍贵的宝石。单凭肉眼的力量我们不能再获得更多关于银河的信息。望远镜能告诉我们关于银河的其他知识。
↓2.如果我们将望远镜指向银河中的任意一个位置，那么很快就能看到成千上万的亮点，而最初我们用眼睛观察这里时，只能看到一片模糊的微光。严格说来，这里是群星聚集之地，栖居了无数颗恒星。从远处看，海滩上的沙粒混合在一起，像一条带子；从近处看，它就分成无数的单个的小沙粒。银河也一样，从远处看，或者用肉眼看，它就像一片乳色发光的带子；从近处看，也就是用望远镜看时，它就是无数的单颗星星的聚集体。我们所说的天体海洋的沙滩上，堆积的是恒星，而不是沙粒。当赫歇尔研究天空中的这一神奇景象时，他所使用的望远镜只能看到月球圆盘的四分之一那么大的一块区域，但就是在这样一片狭小的区域内，他所看到的星星就有300颗、400颗、500颗，直到600颗。在银河的这样一个小小角落里，只有月球圆盘四分之一那么大的一块区域居然就有600颗星星。那么，在整个月球圆盘的区域内就会有2400颗星星！在整个天空中，我们不用望远镜而只用肉眼来看，也看不到那么多颗星星。尽管望远镜的观察区域保持不变，然而星星则由于它们的视转而发生移动，不断地在更新着。赫歇尔尝试着统计所观察到的星星的数量，他估测，每十五分钟，就会有11.6万颗星星进入他的眼睛！他估计整个银河中星星的数量至少会有1800万颗！
↓3.是否银河就像望远镜所告诉我们的，它是由几百万几千万颗太阳聚积在一起形成的一个环，或者它是一层均匀分布的太阳所形成的景象，我们自己处于这层太阳的内部？下文中的例子可以解释我的这一想法。
假设在我们周围的地面上环绕着一层高十米左右的薄雾，这层薄雾在水平方向上是可以延伸的，但在垂直的方向上它的高度是有限的。那么，我们在这层薄雾的中间能看到什么呢？在我们的头顶上空，我们的视线几乎可以无障碍地延伸出去，因为雾的高度是有限的，我们只能看到一些很少的雾气的微粒，蓝色的天空似乎变得暗淡了一些。而与此相反，我们在水平的方向上向四周看上去，我们看到的都会是雾气微粒的不固定行列，这些雾气微粒重叠在一起，并且，由于这种重叠，观察者周围的雾气加重了，形成一个不透明的云状的圆环。因此，对于均匀的雾气层来说，当我们顺着它厚度较小的方向去看时，我们看不到雾气层；当顺着它厚度较大的方向去看时，我们就能够看到雾气层了。因此，它就在我们的周围形成一个云雾的环形地带。平常环绕在地平线上的那层雾气，实际上并没有其他的形成原因，它就是这样形成的。在水平方向上，雾气并不比我们所处地方的雾气更重，而是因为从水平方向看去，地面上的雾气重叠起来了，从而显得更为厚重。
↓4.这样，让我们与赫歇尔一起来想象如下情形：无数颗星星，它们彼此之间的距离几乎相等，并且它们排列成了扁平状的星团形状，或说层叠成磨盘的形状，而这个扁平状的星团或是磨盘的厚度，比起它的宽度来，小得可以忽略不计。我们可以利用前文中所讲过的一个例子来想象这一情形。它是由许多颗恒星形成的雾，尽管它的厚度有限，但它的长度与宽度却是无限地大。我们的太阳就是这许多颗恒星中的一颗，因此我们处于这个恒星磨盘内部的一个位置上，这样就可以解释这一切了。如果我们顺着恒星磨盘厚度这个方向看去，那么我们就只能看到很少的星星，在这个方向上的天空似乎也变得空空荡荡了；而如果我们顺着恒星磨盘的宽度这个方向看去，那么我们就能看到无数颗星星，这些星星重叠在一起，似乎互相紧挨着，它们融汇成了一条发出奶白色亮光的连续光带。因此，这个由无数颗太阳所组成的磨盘，它在其宽度的方向上形成了一个由无数颗恒星组成的带子，环绕在我们周围并漂浮在天空中，这就像从一层轻雾的最厚方向上看去，这层轻雾就呈现为一圈云层一样。因此，银河是顺着由恒星组成的扁平磨盘宽度的方向上看到的景象，而我们自己就是这个扁平磨盘的一部分。因此，银河就是一个被恒星形成的雾所包裹的界面。
↓5.现在我们来对之加以总结。所有我们在天空中所看到的恒星，不论是小的还是大的，肉眼看到的还是望远镜所看到的，全部加起来，其总数至少有4000万颗左右。这些恒星排列成一个扁平的星团，我们的太阳就位于它的中间。太阳只是和它的伙伴们聚成的巨大恒星堆中一颗普通的恒星。对于我们这些从恒星层的中间来观察银河的地球人来说，在某一个方向上我们是看不到这个恒星团的，这是因为它在这个方向上太薄了，但是在另一个方向上，我们却能看到恒星密密麻麻分布的情景，也就是说能够看到银河，我们将这种恒星密密麻麻分布的恒星层称为星云，星云通常呈现为磨盘的形状。从天鹅座到半人马座，银河开始分叉，因此我们知道银河这个恒星层是在它的一半位置处开始分成两层的。于是，人们将星云比做一个纸盘，该纸盘从它中间的地方微微分开，分成相互断开的两层。
↓5.赫歇尔尝试着去估测这个恒星团的尺寸大小，他的方法非常令人惊讶，并且他的原理非常简单，因此我们在这里非讲述一下不可。如果星云中恒星之间的距离相隔的距离几乎是相等的（这是一个非常自然的假设），那么从某一个特定的方向去看星云，如果这个方向的星云越厚，那么从这个方向上看到的恒星应该会越多。就是以这样一个毋庸置疑的原理为基础，赫歇尔开始去测量天空了。他以天文望远镜作为探测与测量的工具，望远镜能够使他的视线深入到星云的深入去，顺着天空的这个方向，望远镜中可能只会出现一颗恒星；在天空的另一个方向，望远镜中则会出现十颗恒星；而在天空的第三个方向，望远镜中则会出现一百颗恒星；另一个方向，两百颗恒星；然后是三百颗如此等等。根据这些数字，他就可以推算出眼睛所探测到的各个方向上恒星层的不同厚度。最后根据这些不同的厚度，他就可以很容易地画出星云的形态与结构。
↓6.由此，赫歇尔发现，恒星磨盘的宽度这个方向，也即在银河这个方向上，恒星磨盘要比它的厚度方向上大一百倍。尽管望远镜能够看到非常深远的地方，但是他确信他不可能探测到星云的尽头。赫歇尔认为，星云是深不可测的。他通过对星星的亮度作比较，最后发现：在银河中亮度最暗的恒星是离我们最近的恒星距离的500倍。不过，对于我们而言，最近的恒星离我们的距离，是三四光年；而对于我们来说，银河的边缘离我们的距离，则是1500至2000光年；那么为了在这座星云的宽度方向上从它的一端来到另一端，以光速也至少要走上3000年至4000年。现在，如果你们觉得你们的想象力足够强的话，那么，你们试着形成一个关于我们所居住的这个恒星层的观念。一道光从星云的一端射出，它开始飞速地向前奔驰。即使雷电的速度也太慢了，不可能追上它，只有思想的速度才能与之相比。在你们读这个字的时间里，也就一秒钟的时间里，它就已经绕地球走了七八圈，走了30万千米；在下一秒钟内，它还会走上30万千米……就这样下去，光会一直保持着这个速度。几年过去了，几个世纪过去了，几千年过去了，这道光还是没有到达它的目的地。这道光在它发射出来的四千年后，才到达这座星云的另一端。谁知道呢，因为赫歇尔所给出的银河的大小，在其他的伟大天文学家看来，可能会比银河实际要小呢？谁知道呢？就没有人会说银河得有光走上一万年那么大吗！从武仙赫拉克勒斯的嘴里漏下的几滴奶水，你们觉得能填满如此广阔的空间吗？
↓7.银河这座星云绕着我们在天空中画了一个环状带，这是由于我们正好处于这根环状带的中间位置。银河是由于我们的观察点位于中间而产生的一个景象。但倘若我们处于这个恒星层很远的地方，那么我们所看到的景象就会完全不一样。假设我们正处于这个恒星磨盘之外的某个不太远的地方，并且面对着这个磨盘，那么，这时我们所看到的这座星云就是一个闪闪发光的巨大圆盘，它覆盖了整个天空。假设我们离这个恒星磨盘远去，那么这个磨盘就会变得越来越小，而恒星磨盘上那些发亮的点，相互之间就会离得越来越近，最后它们就会相互靠在一起，融合成一片乳白色的光。当我们离银河足够远时，那么原先那个巨大的星团就会变成一个只有手掌那么大小的白色云团。几何学计算出，当我们与银河之间的距离是银河最大宽度的334倍时，看到它的角直径是10分。也就是说，这时它看上去就像是处于12米之外的五法郎硬币的大小。实际上我们完全不能想象，我们的星云由于距离的关系而缩小为这么小的一块面积。但是在几何学的指引下，理性总是能够对此作出合理的想象。理性能够看到大得不可估量的恒星层，在这里有着成万上亿的太阳们，它们聚集在天空的一角，理性看到这个恒星层就像一个圆形的小斑块一样，它发出模糊的亮光，这使我们想起微弱的磷光。
↓8.但是，倘若有一个很好的望远镜，那么实际上，我们也能从地球上看到理性所想象的位于遥远距离处的星云的样子。在天空中的很多区域中，在恒星层之外的地方，我们可以通过望远镜而看到一些发亮的斑点。这些斑点也是淡淡的云状，发出乳白色的光。它们中的大部分也是与我们银河星云相似的星云，也就是说，它们也是恒星团。到目前为止，在天文学家所能探测到的天空的最深远处，我们已经统计出有四千多座这样的星云。随着我们使用更高倍数的天文望远镜，所能看到的星云数目也将会不断地增加。由于距离的因素这些星云看起来亮度很弱，体积很小，因此它们很难被肉眼看到。要想看到?它们，我们必须用最好的天文望远镜。用一架中等倍数的望远镜来看，这些星云就像是泛着淡淡白色光亮的一片片小小的云片。它们发出的光是如此微弱，以致人们担心仿佛轻轻吹一口气就能把它们吹灭。但是随着望远镜倍数的增大，事实就会逐渐被揭示出来，你们也会渐渐发现自己原先的想法会有多愚蠢了。
这些一个个发亮的云片，原先人们担心会将它们一口气吹灭，但实际上它们却是一个个无比巨大的恒星团。一开始，云团似乎是同质的，而到现在，它就分解成无数个单独发亮的点，分解成一颗颗的星星，就像银河分解成了一个个的小碎片一样。倘若我们试图要计算出其中恒星的数目，那么这是件白费力气的事情。因此，我们的星云，即银河系，它并不是独一无二的，在天空的各个角落，都存在着其他的恒星团，至于它们的数量，人类也许永远都不会确切地知道。这些星团之间彼此之间相距非常遥远，因此宇宙就像一个没有已知海岸的海洋，而这些星团仿佛就像这个海洋中数之不尽的岛屿一样。
↓9.这些天上的岛屿呈现出各种各样的形状，它们中有一些是球形的；有一些是完美的圆形；有一些是拉长的椭圆形状；而另外的有一些呈冠毛状；有一些弯曲成环形；有一些只是简单的发亮的线；它们中有的呈直线形；有的呈曲线形；它们中还有一些像被彗发所包裹着的彗核一样的形状；有一些绕着一个公共的中心，将它的恒星们聚集起来，形成一个个螺旋形的厚条形状，看到这些，人们相信自己看到了烟火，而这实际上是恒星们所形成的发光条纹。下面我们来讲讲它们的距离。要想看到我们的银河星云变成10分的角直径，那么就需要将它移到离我们距离是其直径的334倍的远处。不过，一道光线要从银河的直径方向穿过它，那么至少需要3000年或4000年的时间，或许可能是10000年的时间，姑且认为是最小的那个数字，那将是3000年的334倍，也即比100万年稍多一点的时间，这就是在距离我们的银河334倍其直径的远处，即看到银河角直径为10分的地方，光要到达那个地方所要花费的时间。有一些星云的视面积大小是10分，另外一些星云要小一些，因此，恒星团距离我们是如此遥远，光线要从这些恒星团到达我们这里，至少需要100万年。
除了那些用我们的望远镜可以将它们分成一个个亮点、一颗颗星星的星云之外，天文学家们还认识了另一些星云，这些星云是不能借助于望远镜分开的，也就是说，不管我们用多大倍数的望远镜去看，这些星云还是一片片发出乳白色光亮的斑块。我们将前者称为可分解星云，将后者称为不可分解星云。不可分解星云不会像可分解星云一样呈现出规则的形状，它们像被强风吹得七零八落的云片一样，它们是由弥漫的物质构成的，与彗星云团的物质相类似，这些由微细的物质构成的云团，似乎是天空中的实验室，它会慢慢地受到引力的作用，从这里诞生出新的太阳来。天涯在线书库《www.tianyabook.com》