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第8章

由于恒星离我们都很远,即使它们的切向速度很大,我们所能观测到的自行也非常小。用肉眼能看到的恒星,每年的自行一般都小于0.1”,而它们离我们的距离都在4光年以上。蛇夫座里有一颗10等星的自行最大,每年也只移动10″。

恒星的自行如此之小,而它们之间又相隔很远,这种自行当然很难看出来,这就相当于下面这种情况:在离你2000千米远的地方有一些苹果,苹果之间也相隔2000千米,苹果都在动,运动最快的苹果每小时在切向才移动厘米的距离。试问,你能看得出这些苹果的运动吗?

你可以自己做一个演算:月亮大约每24小时(一昼夜)相对地球转过一周,它每秒的自行是多少?15”(即1°的1/240)。如果你盯住月亮看1秒,它在天空只转过15角秒,你能察觉这个自行吗?显然不能。如果看上1分钟,它的自行便是15角分,即1°的1/4,这个自行用肉眼仍不易看出。但是,如果看上1小时,它的自行便有15°了。这么大的自行,谁都看得出来了。

按照这个道理,恒星每年的自行虽小,但如果观测的时间足够长,例如:100年,几百年,恒星的自行也会不断积累起来,成为明显可见的位置变化。

人的寿命有限,只能依靠将所看到的恒星位置和前人记录下来的位置进行比较,由此算出恒星的自行。

最早研究恒星运动的是中国人的祖先。要发现恒星的运动,就要能测定它的位置。要测定恒星的位置,就要建立坐标系。我们的祖先在战国时代就发明了赤道坐标系。西方直到16世纪才开始使用这种坐标系,比我国晚了1000千多年。赤道坐标系至今仍为国际上通用。同时,我国在西汉时代还发明了用赤道坐标系测量天体位置的仪器——浑天仪。到了唐代,我国天文学家张遂通过精密测定恒星的位置,发现了当时恒星的位置和古代记录的位置有显着的不同,这在人类历史上是第一次发现了恒星的运动。而西方是在1000多年以后,在18世纪才发现恒星的运动。

由于恒星有自行,并且各不相同,所以无论是一个星座的形状,还是各个恒星之间的相对位置,在经过很长时间之后都会有明显的变化。现在的形状和10万年前、10万年后的形状。

恒星的视向速度就不能用上述方法测量,所用的方法留在后面介绍。

从测量结果知道,着名的织女星正以14千米/秒的速度向我们运动,牛郎星则以26千米/秒的速度靠近我们,还有的恒星则以303千米/秒的高速接近我们。也有的星在离开我们,例如:金牛座。(皆宿五)正以54千米/秒的速度离开我们。有的恒星离开我们的速度甚至高达547千米/秒。子弹的速度不到每秒2千米,火箭的速度也只有每秒10几千米,两相对比,就可以看出这些恒星接近和离开我们的速度有多大了。

至于我们的太阳,它也没有躺下来睡觉,它正带着我们(连同整个太阳家族)以250千米/秒的速度绕着银河系中心运动。

上面说的是不是宇宙里的最大的速度呢?远远不是。在后面将会看到,在银河系以外,还有着不计其数的“神行太保”,它们的速度大得让你可能不敢相信。

看了前面所说的,一些恒星正在以很高的速度接近我们,你也许会有些担心:它们会不会和我们相撞?如果你没有忘记前面说到的恒星间的距离多么的大,以至于对比之下恒星就小得多么可怜,你就丝毫不会担心了。如果用同样的比例把这两种数量缩小,恒星和太阳都缩成蚊子那么大,那么,这些“蚊子”之间的平均距离就有几百千米,相距这么远的蚊子会相撞吗?可能性是极小极小的。

成双成对的伴侣

光辉灿烂的太阳傲然独踞于它的宝座之上。九大行星、卫星及其他的小天体像子孙一样簇拥在它的身旁。就这样,太阳带着它的家族在漫无边际的宇宙中尽情地遨游。虽然如此,它或许会感到苦恼,因为它是孤单的,没有像它一样发光的伴侣依偎在身旁。也许它将孤身独居地过上几亿年、几十亿年,直至生命的终结。那么其他恒星也像太阳这样孤独吗?它们难道没有自己的亲密伴侣吗?

北斗七星是大家熟悉的星座。让我们看看开阳星(大熊座e星)吧,它就是从勺柄倒数过来的第二颗星。如果天空晴朗五月,便会发现在它附近有颗暗淡的小星(中名“辅”)。辅星和开阳星靠得很近,仿佛是依偎在它的身旁。人们就把它俩叫做“双星”。在秋夜南方天空里有1个不太显眼的摩羯座,在它最西端的那颗摩羯座a星也是1颗双星。它俩靠得比开阳星还要近,只有眼力好的人才能看得清。关于双星的来历这里面还有一段有趣的故事哩。

11月夜空,英仙座里有一颗第2亮的星,名叫大陵5(英仙座B星),它是1颗2等星。平时它的样子没有什么特别之处,可是有的时候它的行为却颇为古怪。因为它的亮度居然会发生变化,在5个小时的时间内它慢慢地暗下去,变成3.5等星,再过5个小时之后它又恢复到原来的样子。在古代,阿拉伯人很可能曾经注意到它这个古怪的行为,对它变化莫测的样子感到畏惧,把它比作神鬼的象征,于是魔星这个名字就从那时一直传下来了。到1782年,英格兰有个聋哑年青人古德立克开始研究这颗魔星。在科学家面前,魔星是吓不倒人的。这个年轻人做了多次的观测,画出了它的亮度变化,隋况之后,发现大陵5的亮度变化极有规则,每隔2天20小时49分就重复变暗一次,简直像时钟那么准确。经过分析,他认为这个魔星不是一颗星,而是一颗亮星和一颗暗星在一起互相转圈子,就像日食一样,当暗星走到亮星的前面,挡住亮星一部分光的时候,星光就变暗了。于是,魔鬼的真面目被揭穿了。

开始很多人不相信这种看法,包括发现天王星的赫歇耳在内。他说他用望远镜一再观测,总是只看到一颗星,后来他的看法有了改变,因为他在测量恒星视差时,选了好多靠在一起的星作为研究对象,结果恒星视差没有观测到,却意外发现有些靠得很近的两颗星互相绕着转圈子。从此以后,双星就成了天文学家热心研究的对象。至今已经记录了7万颗双星。它们互相转绕一圈的时间有的只要几小时,有的却长达几万年、几十万年。

并非所有靠在一起的两颗昆都是真正的双星。有时两颗星似乎靠得很近,实际上它们在空中相隔甚远,相互之间毫无关系,例如:摩羯座。星,只是由于视线方向相近之故,真双星则是两颗在空间距离很近的星,它们相互吸引并围绕着其公共的质心转动,同时在空中一起游荡,形影不离。

人眼的分辨力是有限的,望远镜则是观测双星的有力工具。口径越大,分辨双星的本领就越高,同时它又能测定双星之间分开的角度是多少。还是拿开阳星来说吧,原先肉眼所见的是一颗星,而在望远镜里竟分成了两颗星。它们相距14″,相当于400个天文单位,这是真双星。事情并不到此为止,当人们分别观测它每颗星的光谱时,发现它们的光谱会发生变化:有时光谱和正常星一样,有时一条光谱线分成两条,一条向红端移动,一条向紫端移动,变化极有规则。根据光谱知识知道,光谱线的移动是由于光源在视线方向上有运动。当光源向我们来,谱线就紫移,反之则红移。但是一颗星怎么可能在向我们驶来的同时又离我们而去呢?如果把一颗星解释为相互绕转的两颗星,就能满意地解释这种现象,这种用分光方法发现的双星叫分光双星。由于它们相距太近,人们无法直接在望远镜里分辨清楚,就又用同样方法去观测那颗魔星,发现它也是分光双星。这就完全证实了古德立克的预见。大陵5的两颗星的轨道面几乎就在视线方向上,所以才能发生一星掩住另一星的交食现象。这类分光双星又称食双星,因其光度会发生变化,故又称食变星。

研究双星有很大的用处,首先可以用它去“秤”出恒星的质量,比如天狼伴星的质量。在100多年前,谁也不曾知道天狼星会有一个伴侣。1834年,白塞耳开始怀疑起天狼星来了。因为它在天空中走的路径不像一般恒星那样是直线,而是一种波浪形的路线。随后的观测证实了天狼星附近一定有一颗看不见的伴星存在,它俩互绕一圈的时间是50年。事隔28年后有人用新造的望远镜终于看到了这颗暗的伴星,它正好就在人们预测的位置上。这个消息像发现天王星一样,又一次轰动了天文界。有人又对南河三(小犬座。星)进行计算,30年之后它的伴星也被人发现了。这充分说明,万有引力定律不仅适用于太阳系,而且适用于恒星世界。

近年来人们对双星的注意力有增无减,尤其是对于一种叫做密近双星的系统,更有特殊的兴趣。这种双星的两颗星的间距很小,小到可以和它们的大小相比,甚至两颗星几乎要碰到一块儿。由于这个原因,它们相互吸引力很大,以致使它们本身的形状从圆球形拉长为鸭蛋形。在它们相互绕转的时候,两个蛋尖总是相对着,同时本身又在自转,就像两个摔跤对手一样,一边相互绕着圈子,——边紧紧地盯住对方,十分有趣。天琴座B属此类。它的一颗是较大的B型巨星,另一颗是较小的F型星。它们互绕一圈要13天,更有意思的是,它们都有一股气体物质流出来,并且还有一个旋转的、同时又向外膨胀的气体环包在它们外面科学家们认为,研究密近双星对解决恒星演化问题有很大的帮助。另外这种双星可能是强烈的X射线发射者,甚至有人认为它们之中可能有一个使科学家们极感兴趣的看不见的.“黑洞”存在。

成群结队的聚星

除了双星以外,天空里还有3颗;4颗、甚至10来颗星聚在一起,它们叫做聚星。双星和聚星的数目甚多。例如在太阳附近的20光年范围内约有100颗星,它们可以分别属72个双星和聚星系统。它们有的是两颗,也有多到4颗的“四合星”。据估计,双星和聚星约占恒星总数的1/3,可见这种情况是很普遍的。我们熟知的北极星、南门2、大棱5都是三合星。双子座的北河2有3颗星,而且每一颗都是分光双星,所以是六合星。上述开阳星包含的星更多:一颗是分光双星,一颗是三合星,加上辅星本身也是分光双星,所以总共是7颗星。

住在地球上的居民只能看到一个太阳。要是我们到一个双星系统去观光,一定会大饱眼福的。如果有这么一天,你能坐上宇宙飞船到最近的南门2附近游览,并且在那里住上几天,你会看到美妙的天空景色:天刚破晓,一轮橙红色的“太阳”冉冉升起,一切物体都被照得通红通红。过了一会儿地乎线上又升起另一颗更亮的“太阳”。看起来它和我们的太阳是那么地相象,颜色、亮度都相差无几,仅仅是个儿大了些。这两颗“太阳”在天空里竟相争辉,各放异彩。到夜间你也许能看到那颗比邻星,在地球上你看不见它,因为它的亮度是11等。可是在这里,它有4等星那么亮。尽管还不太亮,它还是会引起你的注意,因为它有时会突然地发亮起来,快得使你吃惊,过了几十分钟,它又突然地恢复原状……你看这天空景色是多么美妙啊!

变化多端的变星

天上大多数恒星都像太阳那样,老老实实、规规矩矩地演变着。虽然在它们上层大气中也会有波涛起伏,但在整体上并没有太大的变动,因而地球上的人们可以怡然自得地生活和工作,不必担心有那么一天太阳会突然发生剧变,从而影响人类的生存。在这些老成稳重的星星之外,却有那么一些星,它们是顽皮的、不守常规的,有时甚至会闹得闯下大祸,导致自身毁灭。由于它们共同的特征是亮度会发生变化,便得到了“变星”的名称,就像百花展览一般,变星是五花八门、种类繁多的。它们在这样的展览馆里竟相争艳、各有千秋,有的性情温顺、变化有方;有的脾气暴烈、放荡不羁。

1.造父变星:名字颇为古怪。这是因为在这类变星中仙王座δ星(造父一,如图所示)是最先发现的,最有代表性的一颗,所以由此得名。

研究变星首先要做的工作是观测它的亮度,绘出它的亮度随时间变化的关系——光变曲线,然后研究光变的规律。如果它是周期变化的,就可以求出它的光变周期。比如对造父1的观测。我们可以在它周围选出一些已知亮度的正常星作为标准,然后用肉眼或仪器来比较变星和标准星的亮度,求出它在某一时刻的星等。把不同时刻的变星星等画在一张以星等为纵坐标,以时间为横坐标的图上,就得到了它的光变曲线。造父1的亮度变化极有规律:上升较快,下降较慢。每隔5天8小时46分38秒就重复一次。亮度最小时星等为4.3等,极大时为3.6等,变化了0.7等,相当其亮度增加1倍。它发亮时颜色稍为变蓝,暗时变红一些。这说明其温度也有变化。据测量,变化范围近1000度。造父变星比太阳还大而亮,都是黄色超巨星。不是所有的造父变星的光变周期都是5天。短的有1天多,长的在50天以上。大家熟知的北极星也属此类。至今,这类变星已发现有700颗之多。

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